（无机化学专业论文）末端带有胆甾基的聚n异丙基丙烯酰的合成及热敏性研究.pdf

摘要 采用2 一氯丙酰化胆甾醇为引发剂，溴化亚铜( c u b r ) ，l ，1 ，4 ，7 ，1 0 ，1 0 一六甲基 三亚乙基四胺( h m t m a ) 为催化体系，以四氢呋喃和水( v v ，7 ，1 ) 为溶剂，2 5 c 氮气 下进行一异丙基丙烯酰胺( n i p a m ) 原子转移自由基聚合p ) 。研究了聚合时 间对聚合反应的影响，一级动力学研究轰明在高转化宰下聚合反应是以可控方式进行 的。通过瓜，n m r 光谱等测试手段确定了胆甾基在聚 l 异丙基丙烯酰胺链端的位置， 成功合成了较窄分子量分布的末端带有胆甾基的聚胪异丙基丙烯酰胺 ( c h - p n 口a m ) 。 研究了c 电p n i p a m 的热敏性，末端带有胆甾基的p n i p a m 的低临界溶解温度 ( i c s t ) 随分子量的增加而增加，疏水性胆甾基的引入有效的降低了p n i p a m 的 l c s t 。 关键词：肛异丙基丙烯酰胺( n i p a m ) 胆甾基 原子转移自由基聚合( a t r p ) 低临界溶解温度( l c s t ) a b s t r a ( 玎 e n d f u n c t i o n a l i z e dp o l y ( n q s o p r o p y l a c r y l a m i d e ) r p n n a m 3w i t ht h ec h o l c s t e r y lg r o u p w a sa c h i e v e db ya t o mt r a n s f e rr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n ( a t r p ) u su s i n g2 - - c h l o r o p r o p i o n a t e a 0 1 0 s 钯y la si a i t i a t o ra n dc u b 一1 ，1 , 4 5 ，1 0 , 1 0 - h e x a m e t h y l - t r i e t h y l e n e t e t r a m i n e ( h m t e t a ) a sac a t a l y t i cs y s t e r n t h ep o l y m e r i z a t i o nw a sc a r r i e do u ti nt h f ：w a t e r7 ：l f v v ) m i x e d s o l v e n ta t2 5 w i t hn i t r o g e n a n a l y s i si n f l u e n c e so ft h ep o l y m e ru s i n gd i f f e r e n tt i m e s t h e f i r s t0 r d e rk i n e t i ce x p e r i m e n t ss h o w e dt h a tt h ep o l y m e r i z a t i o nw a sw e l l c o n t r o l l e d t h r o u l 曲kn m rs p e c t r u m sa n a l y s i s ，t h ec h o l e s t e r y lg r o u pw a sf o u n da tt h ee n dc h a i no f p n 坤a m a sar e s u l t t h ee n d - f u n c t i o n a l i z e dp o l y m e rw a ss u c c e s s f u l l yp r o d u c e d , a sw e l l a sc o n t r o l l e dm o l e c u l a rw e i g h ta n dr e l a t i v e l yl o w1 9 0 l v d i s p e r s i t y t h ea r t i c l es t u d i e dt h et h e r m o r e s p o n s i v ep r o p e r t yo fw e l l - d e f i n e dp n m a mw i t he n d c h o l e s l c i y lg r o u p n cl o w e rc r i t i c a ls o l u f i o nt e m p e r a t u r e ( l e s t ) o fc h - p n i p a m i n c r e a s e dw i t ht h em o l e c u l a rw e i g h ti n c r e a s i n g t h e r m o r e s p o n s i v cp r o p e r t yo fp n i p a m w a sa f f e c t e db yc h o l e s t e r y lg r o u p l c s to fp n i p a mw i t he n dg r o u p sd e c r e a s e d k e yw o r d s ：n - i s o p r o p y l a e r y l a m i d e ( n i p a m ) c h o l e s t e r y l a t o mt r a n s f e rr a d i c a lp o l y m e r i z a t i o n ( a t r p ) l o w e rc r i t i c a ls o l u t i o nt e m p e r a t u r e ( l c s t ) 长春理工大学硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的硕士学位论文，末端带有胆甾基的聚- 异丙基丙 烯酰胺的合成及热敏性研究 是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所 取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已 在文中以明确方式标明本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 作者签名：递年王月筮日 长春理工大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者及指导教师完全了解“长春理工大学硕士、博士学位论文版 权使用规定”。同意长春理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的 复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权长春理工大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等 复制手段保存和汇编学位论文。 作者签名：匦盏竺年土月立丑 指导导师签名： ) 翌6 年土月2 亟e t 1 1 智熊高分子材料 第一章绪论 2 0 世纪8 眸代末，高木俊宜教授将信息科学融合于材料的物性和功能，提出了智 能材料( i n t e l l i g e n tm a t e r i a l s ) 的概念，即指对环境可感知且可响应并具有发现能力的新 材料，在航天、航空、生物工程等领域有广阔的应用前景，由其所诞生的智能材料与结 构技术已被国家中长期科学和技术发展规划纲要( 2 0 0 6 - 2 0 2 0 ) 中确定为前沿技术 之一。智能材料的分类方法有很多种根据材料的来源，智能材料包括金属智能材料、 非金属智能材料以及智能高分子材料 智能高分子材料作为智能材料的一个分枝，是一种集感知、驱动和信息处理于一 体，形成类似生物材料那样具有智能属性的高分子材料，在生物工程、生物技术、环 境保护等领域作为热点被中外学者所注目，是智能材料研究最广泛的一种。其主要分 类及应用如表1 1 所示： t a b l e1 - 1t h ea p p l i c a t i o n 柚ds 砸o f i a t c 嘞tp o l y m e r t l 1 。2 两亲性高分子聚合物 两亲性高聚物是指大分子中既具有很长的疏水性链段又具有很长的亲水性链段的 聚合物，一般分子量都在1 0 3 以上，亦可称为高分子表面活性剂。两亲性高聚物兼具高分 子的增秸性和低分子的表面活性，对水相与油相皆有亲和力，因此它具有很多独特的物 理化学性质。如两亲性高聚物在水溶液中可自组装成胶束，这些胶束大小在纳米尺寸范 围内并且具有核一壳型结构，其疏水链段之间因憎水相互作用而聚集形成粒子的内核， 外壳则由亲水链段组成。两亲性高聚物已经成为化学、化工、石油、医学、材料、物 理学、电子、生命科学相互交叉研究的对象，对其的研究一直以来都是高分子材料领域 的研究热点一 1 2 1 两亲性高聚物的分类 根据两亲性高聚物的来源，两亲性高聚物可被分为以下三类天然两亲性高聚物、改 性两亲性高聚物和合成两亲性高聚物三大类 1 2 1 1 天然两亲性高聚物 天然两亲性高聚物包括各种淀粉、树胶、微生物发酵多糖等等。目前，天然的两亲 性高聚物，如水溶性蛋白质、树脂仍在大量应用 1 2 1 2 改性两亲性高聚物 一直以来，大家都把开发合成兼具高表面活性和高分子量的两亲性高聚物作为研 究目标，对现有的天然两亲性高聚物进行化学改性以获得新型的两亲性高聚物就是方 法之一。改性两亲性高聚物包括改性淀粉、纤维素、蛋白质和壳聚糖等等 目前，改性的纤维素类高聚物日益受到重视，纤维素类高聚物不仅具有增稠、分散、 成膜、粘结和保护胶体等特性，而且还普遍具有生物降解性、使用安全性和丰富的原材 料。徐僖、孙杨宣、曹亚【刎等人分别从分子设计的角度出发，进行含亲水亲油两亲 链段纤维素类两亲性高聚物的研究制备时，采用了超声共聚合成新方法。通过超声波 辐照作用，使原料水溶性纤维素衍生物降解形成大分子自由基，由此引发具有双亲结构 的表面活性大单体( 及第三单体) 反应，进而制备出兼具良好表面活性和较高分子量的 改性纤维素共聚物。所用表面活性大单体包括壬基酚聚氧乙烯西醚丙烯酸酯、十二烷 基醇聚氧乙醚丙烯酸酯、硬脂酸聚氧乙烯醚丙烯酸酯，第三单体为苯乙烯或甲基丙烯酸 甲酯。比如孙杨宣利用羟乙基纤维素在超声波辐照下降解形成的大分子自由基，引发壬 基酚聚氧乙烯醚丙烯酸酯( 疗= 4 ) 与甲基丙烯酸甲酯发生聚合，制得具有高表厩活性、 一定粘度的含双亲链段的羟乙基纤维素类高聚物，其最低表面张力2 9 8 m n m ，最低界 面张力1 6 6 m n m = 1 ( 霄t ) 水溶液表观粘度8 。0 7 m p a - s ( 2 5 c 、1 9 2 s 1 下测定) 近几年 来发展的阳离子改性淀粉也是一种新型的两亲性高聚物，具有良好的乳化、分散和絮凝 性能。 2 1 2 1 3 合成两亲性高聚物 由于单体选择的种类和组成的变化较广，因此合成两亲性高聚物的种类繁多。合成 的方法一般可分为三类：使用两亲单体均聚：由亲油亲水单体共聚；在水溶性较好的 大分子物质上引入两亲单体在合成两亲性高聚物的研究中，一般根据需要选择不同 性质的单体、起始剂和改性反应条件能合成不同分子量、不同活性基团、不同高分子 结构的聚合物。故精密地设计亲水性基团和亲油性基团的组成、链长、基团在分子内 的分布及其分子形态等结构因子是非常重要的研究较多的亲水链段有聚氧乙烯聚乙 烯醚、聚乙烯醇和聚乙烯亚胺等，疏水链段有聚氧丙烯、聚苯乙烯和聚氧硅烷等，采 用自由基、阴离子、阳离子聚合等多种方法制备典型的具有表面活性的大单体有甲 基丙烯酸聚氧化乙烯酯、聚氧化乙烯基苯乙烯、聚氧乙烯醚苯乙烯、丙烯酸醑、甲基 丙烯酸甲酯类、丙烯酰胺类、苯乙烯及顺丁烯二酸酯类等。运用这些大单体与丙烯酰 胺、苯乙烯等单体合成了大批两亲性高聚物 齐琳琳【5 】等采用超声波对聚乙烯醇、丙烯酸甲脂和丙烯酸聚乙二醇酯进行三元共 聚；对共聚产物的临界胶团浓度、表面张力和界面张力进行了研究；探讨了共聚物与 系列低分子表面活性剂的相互作用；得出p v a m a - l ，e g a 表面活性剂随亲油单体丙 烯酸甲脂含量的增加；共聚物分子疏水性增加；临界胶团浓度下降的结论 李福绵1 6 - 7 1 的研究小组在最近两年在用活性自由基聚合制备功能高分子及其自组 装研究方面取得较多进展。他们用原子转移自由基聚合( a t r p ) 方法合成了分子量可控 的窄分布两亲性嵌段共聚物，其在水或有机溶剂中可以自组装形成不同形态的有序分 子聚集体。 1 2 2 两亲性高聚物的溶液性质 两亲性高聚物从结构上看可分为无规型、嵌段型、接枝型和网络型四类由于分 子中存在性能完全不同的链段( 亲水及疏水) ，溶液中大分子与溶剂中分子的作用更为 复杂，分子结构特点、两亲性链段长度比、组分组成以及溶剂的性质均对它的溶液形 态有较大的影响。对两亲性高聚物溶液性质的研究多采用非水体系( 选择性有机溶剂) ， 或分子量低于l x l 0 4 的大分子表面括性剂水溶液体系，而且多集中在表界面活性、胶 束形态等方面，文献报导的常用方法有静态或动态光散射、小角x r a y 散射、中子散 射、g p c 、膜渗透压法、沉降分析法、粘度法、表面张力法、荧光探针、化学松驰，电 子显微镜等等。最近几年，人们对两亲性高聚物胶束的形成及性质愈来愈重视，当今研 究的热点是胶柬形成的动力学与热力学研究，同时也注重研究两亲性高聚物在水溶液 中的性质。 m a r i n o sp i t s i k a l i s 8 等在高真空技术下利用阳离子聚合法制备了不同分子量的苯乙 烯和甲基丙烯酸聚乙二醇酯的窄分子量分布的两亲性嵌段高聚物，通过比较他们在选 择性溶剂中的聚集行为，发现其在聚苯乙烯溶液中主要形成单分子胶束，而在乙酸盐 主要是大型的凝胶体。 3 荣利霞1 9 】运用小角x - r a y 散射法研究了两亲性的聚苯乙烯一聚乙烯醇缩丁醛嵌段高 聚物p s m - b - p v b | a n 在选择性溶剂中的聚集行为，包括胶束的直径、形状、微结构等， 实验表明此嵌段高聚物在水、甲醇、乙醇、异丙醇溶液中随着实验条件的不同，结果 产生很大的变化如在不同溶液中，高聚物的链段由疏松变为致密：高聚物的囊泡表 面随着溶液中p h 值的增加变为光滑。 曹亚【1 2 】等对化学合成和超声波辐照分别合成的丙烯酰胺类和纤维素类水溶性高 分子表面活性剂进行研究，表明不同两亲性高聚物在水溶液状态中的胶束形态不同， 由于疏水性不同表现出球形、椭球形、棒状等不同形态，并证明稀溶液中单分子胶束 的存在。 1 2 3两亲性高聚物的应用 近年来，最引人注目的应用研究是两亲性高聚物在纳米材料( 卜b 膜) 、液晶( 侧链 型高分子液晶) 、药物靶向与缓释、三次采油、乳液聚合和分散聚合中的应用等。通过 两亲性高聚物在溶液中的自组装行为形成的具有核一壳结构和特定形状的超分子聚集 体，即聚合物胶束，已引起了人们的广泛兴趣，对其理论和应用上的研究发展也极为 迅速。通过分子设计、制备条件选择及各种物理化学方法，现在在许多体系实现了控 制胶束大小、聚集数、结构和形状等目的，是一种很有效的能够在纳米范围内精确控 制结构和形态的制备方法近年来，正尝试将两亲性高聚物分子形成的聚集体作为制 备多种纳米材料的方法；胶束内核还可作为“分子反应器”或“分子转换器”，能将 反应物结合到核内，使其与极性或化学性质非常不同于外部的某些物质反应，并制备 具有周定尺寸和特殊功能的胶体粒子 c h u i h s i n - c h e n g l l 3 垮合成了含有甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸甲酯、丙烯酸和丙烯酸 聚乙二醇酯单体的两亲性接枝高聚物，表征了他们在水溶液中形成的聚集体的性能， 研究结果表明，在水溶液中，这类两亲性高聚物显示出了对芘( 作为一种药物模型) 的 持续释放曲线，揭示了其具有用于药物传送系统的潜在应用价值。 德国的m a r k u sa | n o n i e 甜1 4 】等将聚丙烯酸和十四烷基胺或苯乙烯共聚合成一系列 不同分子量的两亲性高聚物，将其作为稳定剂应用于苯乙烯乳液聚合中，结果表明在 定分子量范围内可以得到稳定的乳液。 ， 1 3 聚肛异丙基丙烯酰胺的温敏性 异丙基丙烯酰胺单体及其聚合物结构式如图1 1 ，由于异丙基丙烯酰胺的分 子内有亲水性的酰胺基和疏水性的异丙基，所以其均相聚合物具有较低的低临界溶解 温度( l c s t ) 等良好特性。异丙基丙烯酰胺为白色片状固体，熔点为6 1 6 2 c ， 可溶于水和通常的有机溶剂，不溶于正己烷。在水中的溶解度具有特殊的温度特性( 见 图1 1 ) 分子式为q h l 。n o ，n - 异丙基丙烯酰胺的双键很容易打开，用通常的自由基 4 就能引发其聚合，也容易共聚。由于- 异丙基丙烯酰胺可溶于通常的有机溶剂、液体 乙烯基单体，故其容易通过溶液聚合和本体聚合而获得共聚物。 峪一f h ? 一 h n i 弋 - + 也c f h t l l 弋 ( a ) n i p a mf b lp n i p a m f q 驷l , e 1 1 辄佻h i 幅o f ( i 】凇 ma n d 秭n 订姒m f i g u r e l 2 s o 岫i i i l y a 口v c o f i n i p a m g l l _ - l 靠 聚异丙基烯酰胺( p n i p a m ) 是一种具有温敏特性的水溶性高分子，在水中的溶 解行为具有负温度系数，亦即在室温下清澈透明的p n i p a m 水溶液，当被加热到约3 2 时，体系分相，溶液变得浑浊反之，当体系温度降低到该温度以下，体系又恢复 清亮，这一过程完全可逆。该特征温度被称之为p n i p a m 的最低临界溶解温度( “笃t ) 。 环境温度能够改变p i w i p a u m 在溶液中的构象行为，使其呈现出温度敏感特性：在常温 下，线型p 1 q h ，p d v l 亲水性大于疏水性，聚合物溶解于水形成均匀的溶液，当温度升高 至3 0 3 5 时，疏水相互作用大于亲水作用，溶液发生相分离，表现出最低临界溶解 温度在n i p a m 聚合过程中加入交联剂，就成为p n i p a m 水凝胶，它在室温下溶胀， 而在3 3 c 左右发生体积相交而收缩，收缩的凝胶会随着温度的降低而再次溶胀，恢复 5 原状。这种由温度敏感性引起的高分子材料的智能性和记忆效应引起了人们很大的兴 趣l 搏1 6 1 在对p n i p a m 的研究中，人们最关心的一个问题是p n i p 蝴产生这种热敏特性的机理， 这也是当前对p n 口a m 研究的一个重点目前较容易被人接受的观点是：p n i p a m 分子 内具有一定比例的疏水和亲水基团，它们与水在分子内、分子问会产生相互作用。在低 温时，p b l i p a m 与水之间的相互作用主要是酰胺基团与水分子问氢键的作用p n i p a m 分子链在l c s t 以下洛于水时，由于氢键及范德华力的作用，大分子链周围的水分子将 形成一种由氢键连接的、有序化程度较高的溶剂化壳层。随着温度上升，p n i p a m 与水 的相互作用参数突变，其分子内及大分子问疏水相互作用加强，形成疏水层，部分氢键 被破坏，大分子链疏水部分的溶剂化层被破坏。温度的升高对疏水基团的影响表现在两 个方面：一方面疏水基团间的相互作用是吸热的“熵驱动”过程，即随温度升高，聚 合物溶液体系的熵增加，疏水基团的缔合作用增强；另一方面疏水基团的热运动加剧， 疏水缔合作用被削弱，同时，水分子的热运动加剧，从而改变了疏水基团周围水分子 结构与状态，使疏水基团的作用发生变化，疏水缔合作用进一步被削弱总的结果是 p n i p a m 大分子内及分子间疏水相互作用加强，形成疏水层，水分子从溶剂化层排出表 现为相变。此时高分子由疏松的线团结构变为紧密的胶粒状结构，发生了无规线团状 ( c o i l ) - 蜷曲球状( g l o b u l e ) 转变，从而产生温敏性p n i p a m 的水凝胶热敏侄相转变是 由交联网络的亲水性疏水性平衡受外界条件变化而引起的，是大分子链构象变化的 表现。 也有人对p n i p a m 的温敏现象从聚合物溶解过程的热力学来解释：根据n e m e t h y - s c h e r a g a 的疏水相互作用理论，由于氢键的形成，其溶解过程的焓变h 为负值，即 为放热溶解，同时在溶解过程中，由于水分子包裹在分子链的疏水部分形成较为规则 的笼子结构，致使熵变s 也为负值。由于g = a h t a s ，当温度较低时。焓和 熵的共同作用可以使a g 0 ，从而发生相变。定性上来看，凝胶的溶胀过程是水分子向凝胶内部扩散与凝胶侧 链上亲水基团形成氢键的过程，当温度升高时，氢键振动能增加，破坏氢键的束缚， 使之断裂，凝胶溶胀比则明显减少这是一个吸热过程，因为大量的结合水从高分子 骨架上脱离出来，使凝胶一水体系熵增加。 虽然人们对产生热敏的机理已有初步的认识，但就疏水基团相互作用机理及其与 相转变温度的关系而言。定量方面尚有许多问题有待澄清。 1 4 聚 l 异丙基丙烯酰胺的应用 p n i p a m 及水凝胶由于它的温度敏感性而具有良好的应用前景。利用p n i p a m 在 l c s t 附近发生可逆相变的特性，可以将p n i p a m 设计成分子开关，制备出多种智能高 6 分子材料这些高分子材料在生物医学、免疫分析、催化、分离提纯等领域都有广泛 的应用。国内孙很多文献对它的应用和开发作了很多报道【协1 9 l 。 1 4 1 生物医学工程中的应用 近些年来，国内外很多的研究学者对p n i p a m 及其水凝胶在生物医学工程领域中 的应用做了许多的研究工作，并发现了p n i p a m 许多新的性质1 2 0 - 笠i 。 女 。哦 西 鬻曳8 等 _ * 月_ l f 喀, u r e1 3 a p p l i c “o n o f i n t e l l i g e n t h y d r o 鲈 i n m e d i c l a e a n d b c h n o l o g y f i g u r e1 4 r p o f d o u b l ys e n t i v c i n t e l l i g e n t h y d r o g e l f o r t e m p e r a t u r e o f p hs t l m u l a t i o = 7 缓慢膨胀和释放药物 h 掣雌1 5p t m m i c 胡l p l 蛔a n dr 妇o f d o u b l ys 蚰t i v t 锄印i 萨ml l y d r o 萨l 1 4 1 1 药物控制释放 高分子药物控制释放体系，就是利用天然或合成的高分子化合物作为药物载体或 介质，制成一定的剂型，然后置于释放的环境中，控制药物在人体内的释放速度，使 药物按设计的剂量，在要求的时间范围内，以一定的速度，通过扩散或其它途径在体 内缓慢释放到特定的环境中，从而达到治疗疾病的目的高分子药物控制释放与常规 释放相比有无可比拟的优点：( 1 ) 药物释放到环境中的浓度比较稳定常规药物投药后， 药物浓度迅速上升至最大值，然后由于代谢、排泄及降解作用，又迅速降低，要将药 物浓度控制在最小有效浓度和最大安全浓度之间很困难。( 2 ) 能十分有效地利用药物。 由于控制释放能较长时间控制药物浓度恒定在有效范围内，药物利用率可达8 0 9 0 9 。( 3 ) 能够让药物的释放部位尽可能接近病源，提高了药效，避免发生全身性的副 作用。( 4 ) 可以减少用药次数不存在由多次服药而产生的药物浓度高峰，因此对患者 更为安全。 温度周期性变化能够周期性地是物理吸附的药物分子释放出来，见图1 3 图1 4 表明的是一种新型水凝胶的结构，它将各种环境的刺激因素综合起来图1 5 表明了这 种混合型的水凝胶在应用于生物粘附性药物控制给药中的应用价值利用p n 口a m 对药 物进行控制释放有以下三种情况：一是低温时将p n i p a m 水凝胶放入药物溶液中溶胀吸 附药物，高温则发生收缩向外捧出药物的方式；- - 是开一关模式，在l c s t 以上时，水凝 胶的表面会收缩形成一个薄的，致密的皮层，阻止水凝胶内部的水分和药物向外释放， 即处于“关”的状态。而当温度低于i c s t 时皮层溶胀消失，水凝胶处于。开”的状态， 内部药物以自由扩散的形式向外恒速释放：三也是“开一关”模式，但与上面的作用正 8 好相反，p n i p a m 以支链形式存在于接枝聚合物微球中，在l c s t 以下，接枝链在水中 舒展开来，彼此交叉覆盖，阻塞了微球的孔洞，被包封的药物扩散受阻。处予。关”状态： 温度在l ( = s t 以上时，接枝链自身收缩，孔洞显现出来，使药物顺利扩散到水中，处于 “开”状态1 2 3 1 1 4 1 2 药物输送 p n i p a m 类聚合物及其共聚物的热敏性，引起医学界的广泛关注，将其应用到药 物传输系统中，制得各种热敏性药物载体，如水凝胶，纳米粒子，聚合物胶束或膜等 药物载体材料这些热敏性高分子药物载体，在药物传输领域中已得到了广泛的应用 研究。 c h u n g 等对热敏性胶束作为药物传输材料进行了深入的研究1 2 4 - 2 5 1 由于在 p n i p a m 分子链末端进行改性，引入疏水或亲水性基团能明显影响p n i p a m 的相转 变。他们通过在p n i p a m 链末端引入疏水性基团( c l o h 赫) 进行改性，与p h i p a m 和疏水性单体的无规共聚物相比，末端该性能更有效地改变i n i p a m 的相转变性质。 这是由于末端的疏水基团通过疏水部分的聚集，形成了疏水微区，这种疏水性微区易 与水介质中的p n i p a m 发生分离作用，最终形成熟敏性核壳结构胶束这种聚合物 胶柬中存在自由线佳f n i p a m 分子链，具有与纯i v f f p a m 溶液辐圆的ic s t 在l c s t 附近，聚合物胶束同样表现出相转变行为这种热敏性胶柬，可以应用于药物传输 进行靶向给药研究。 s a k u m a 等通过表面含有两种亲水性分子链的聚苯乙烯纳米粒子，作为载体材料 结合沙门降血钙素，进行口服肽传输实验闭通过在老鼠体内的实验，表明纳米粒子 的结构会影响生物体对s c t 的吸收粒子表面存在p n i p a m 和阳离子型聚乙烯酰胺 ( p v a m ) 两种分子链，会提高生物体对s c t 的吸收，而表面存在p n i p a m 与非离子型 聚乙烯莲乙酰胺( p n 、，a ) 分子链的缡米粒子，由于i p n i p a m 被p f f v a 屏蔽，导致生物 体对s c t 吸收能力消失说明纳米粒子作为载体，提高生物体对药物吸收的能力与纳 米粒子自身结构和表面性质有关。 1 4 1 3 生物活性物质的固定 采用热敏性p n i p a m 固定化酶和蛋白质等生物活性物质，提高了生物组织的活性 和热稳定性，而且生物活性物质易于分离和重复使用例如当酶被固定于热敏性水凝 胶的内部时，环境的周期性交化弓l 起水凝胶的周期性膨胀和牧缩从而使酶的活性处于 开或关的状态，还能够加速地物进入水凝胶的速度和产物从水凝胶中的脱出速度( 见 图1 4 中的。生物反应”) ，从而使这种生物反应期系统的产率显著提高 c h e r t 2 7 1 等对末端为脂基的热敏性p n i p a m 低聚物固定口胰凝乳蛋白酶做了研究， 在3 4 下，固定化酶可完全溶解在水中，温度高于3 6 时，溶液体系发生相分离现 象。与天然酶相比，固定4 胰凝乳蛋白酶表现出更高的生物活性，且回收率非常高。 9 这种固定化酶可以作为水解酪蛋白的生物催化剂重复使用。 f 姐一2 8 j 等将热敏性p n i p a m 分子链，引入到苯乙烯与甲基丙烯酸缩水甘油酯共 聚制备的微球表面，形成同时具有热敏性和两亲性的微球。利用这种特殊结构和性质 的微球作为载体，吸附和固定蛋白质。研究蛋白质在微球表面吸附和固定行为，可以 进一步探讨蛋白质在生物领域中更广泛的应用，利用微球对温度和介质p h 的敏感性， 蛋白质在其表面吸附可以通过p h 或温度进行控制；而蛋白质的固定可以通过微球表 面环氧基与蛋白质中的氨基反应的条件进行控制。 1 4 。2 智能聚合物生物分子的结合 水溶性环境敏感的聚合物能够在特殊的环境条件下从水溶液中沉淀出来，利用这 种性质聚合物系统可以从作为温度或p h 指示器或“开关”型光传导开关，图1 6 表 示的是智能聚合物生物分子结合物在三方面的应用。在第一个例子中，首先生物分 子结合到聚合物上，然后由于条件的微小变化而选择性地从溶液中相分离出来。在这 种方式中，生物过程中的酶能很容易地以相分离的方式循环利用，同时酶催化所得的 产物能很方便地分离纯化。在第二个例子中，某种具有识别功能的生物分子或某种受 体的配体，如细胞受体肽或抗体，被结合到智能聚合物上应用于沉淀又到的亲和分离 过程。它与多组分溶液混合时，结合物选择性地与其亲和体配位，当给予某种外界刺 激( 如温度的微小变化) 时，就能够产生聚合物配体受体结合物配合物沉淀，从而 从溶液中分离出来。第三个例子是把亲和沉淀的原理用到免疫分析中，这种以智能聚 合物为基础的亲和分离技术比传统的方法更有效，如亲和凝胶色谱或酶联免疫分析， 因为这种方法都是在固体表面进行，存在着抗体或配体的脱吸或非特异性吸附的缺 陷。 + 囱。囝 啊囊 育鼢育蛳 8 f 一克囊抗体，t - 短攘尊t 骨暂口号 藏事嚣2 体一傣号 r 掣瞄1 6 1 k 印p l i c 岫o f i t t e l l i g e n t - p o l y m e r - b i o m o l e c u l a t 丑j 唱m 1 4 3 免疫分析 免疫分析技术具有高度的准确性和特异性，在临床检验领域中备受重视，是检验 分析方法中最为重要的技术之一采用p n i p a m 作为免疫反应载体而建立的免疫分析方 法可有效地克服均相免疫和异相免疫分析中存在的局限性，它具有均相免疫分析速度 快和异相免疫分析灵敏度高的双重特点 作为人体中最强韵一种雌性技术一雌二醇，其含量与某些胖痞密切相关。而它在人 体液中的含量很低，对其定量分析较为困难。苏萍【捌等研究了一种新测试方法，采用 热敏性p n i p a m 水凝胶，代替传统的聚丙烯酰胺涂层柱作为填充介质，进行雌二醇的毛 细管电泳免疫分析。通过热敏性水凝胶能够有效地抑制毛细管内壁吸附，缩短了分离 时间，提高了检测的重现性同时，毛细管柱可以反复使用。这种新的分析方法具有 受外界干扰小、检测限低、自动化程度高等优点 吕伸等首次将胶体金作为标记物引入相变免疫分析中，建立吗啡免疫分析的新 方法。通过将吗啡抗体与p n i e a m $ 凝胶偶联，胶体金标记吗啡全抗原，在进行相交分 离，最后用可见吸收光谱仪进行检测。这种免疫分析方法具有以下特点：利用了胶体 金快速稳定的物理吸附标记，省去了化学偶联的过程；利用胶体金自身的颜色，在可 见吸收区域进行检测；同时利用热敏性水凝胶的相变特点，进行异相快速分离，这是 一种快速的检测方法。此方法不需要复杂的分离仪器，滤光片分光的可见分光光度计 就可以完成分析过程。所用试剂可以长时间保存，有利于实现分析方法试剂盒化。检 测范围可达到0 1 0 - 1 0 0 m g l ，检测时间可控制在5 m i n 以内，完全满足临床检测的要求。 这种方法相对于荧光标记、酶标记免疫分析方法，在快速、简便特性上有明显的优势， 针对实际的尿样分析，取得了满意的结果，同时对即是药品又是毒品的吗非的检测有 深远的意义。 1 4 4 催化 p n i p a m 类热敏性高分子材料应用到催化领域中，除作为固定酶载体和应用到酶的 催化研究外，还可以将其应用到无机重金属盐结合，制备高效的金属离子催化剂方面。 c h e n 列采用p n i p a m 大分子单体参与苯乙烯分散聚合制得高分子微球；然后在乙 醇介质中通过还原h 2 p t c l 6 ，在微球原位上形成粒径为2 0 n m ，具有催化性质的胶态铂金 属。此纳米级胶态金属在水中非常活泼，能作为非均相催化剂还原烯丙醇化合物。通 过这种方法制得的p n i p a m p s 鼎催化活性与普通的p t c 和p s i 、催化活性相比都要高， 并且多次循环使用后催化活性仍保持很高。 s u z u k i t 3 2 等在乙醇介质中还原h 2 p t c l 6 溶液，只得单分散性p t 胶态粒子，再通过 p n m a m 接枝的硅胶作为载体，固定单分散性p t 胶态粒子。在乙醇介质中固定的p t 胶态 粒子，可作为活性较高的多相催化剂，对烯丙醇进行催化氢化由于无机硅胶具有较 好的热稳定性和机械稳定性，通过硅胶为载体固定的p t 胶态粒子体系，同样具有这些 1 l 性质，以致p t 胶态粒子多次反复使用后回收后。仍保持较高的活性。 1 4 5 分离提纯 智能型水凝胶的孔径能够被环境条件和水凝胶的组成所控制，因而，控制孔径的 水凝胶能用于某些分子的分离与提纯( 见图1 3 中的“分离”) 用阴离子型热敏水 凝胶p n i p a m 分离不同分子量的化合物，分离效果很好，且被分离物的分子量越大分离 效果越好。 d i n g l 3 3 】等制备了热敏性磁性f e 3 0 棚( s t - n 口 m ) 微球，并将其用于人血清蛋白 ( h a s ) 的吸附、解析研究在t l c s t ，微球可以吸附大量h a s 蛋白质。再在t l c s t 条件下，通过磁分离作用，将 吸附的h a s 蛋白质解析。通过如此反复操作，可以使h a s 蛋白质分子分离、纯化热敏 性磁性微球在分离过程中无凝聚现象，可以重复使用。克服了p n i p 删微球在离心分离 过程中，本身易发生凝聚，不利于循环使用的缺点 利用生物抗体改性的p n i p a m ，得到热敏性抗体，这种共轭聚合物保持了对抗原的 键合能力，同时在u 嚣t 以上，可进行沉淀分离。利用这种热敏性抗体共聚物，可以达 到亲和分离、纯化、浓缩生物抗原的目的。f o n g 【矧等利用p n i p a m 与免疫球蛋白f v 片段 偶合的共轭聚合物，对鸡蛋白溶菌酶( h e l ) 做了亲和分离研究通过f v 片段保持对抗 原的亲和活性，键合溶液中的h e l ，再通过共轭聚合物的热敏性，3 7 条件下进行热分 离，得到含有h e l 的沉淀物低温条件下，热分离出的聚合物在清液中重新溶解，再通 过洗脱回收h e l 抗原。这种亲和分离方法显著的特点是可以在较小的溶液体积范围内达 到快速浓缩抗原的目的。 1 4 6 其他领域的应用 p n i p a m 及其共聚物作为热敏性材料，在其它领域中的应用也有研究报道，例如： 合成光学晶体、微载细胞培养材料、热敏性微型生物分子容器、生物分子识别材料、 化学传感器等。 1 5 聚肛异丙基丙烯酰胺的研究现状 在聚肛异丙基丙烯酰胺的合成中，有传统自由基聚合，活性离子聚合以及活性自 由基聚合而传统自由基聚合本身却有很多缺点产物结构控制较难，易双基终止，以 及链转移等副反应的存在，使产物的分子量分布较宽，并带有支链结构，无法有效的 控制分子量；离子型聚合对反应介质的极性和溶剂化能力的变化较为敏感，反应条件 较为苛刻，在反应过程中对一些基团需要保护解保护，而且离子型聚合适用的单体相 对较少，难以实现工业化；而活性可控自由基聚合可以得到分子量可控和低分散性的 p n i p a m ，是进行p n i p a m 分子设计的一种很好的方法。 温敏性高分子材料是近年来敏感性材料研究中的一个热点问题- 异丙基丙烯酰 胺的聚合物是最典型的一种温敏性材料。聚( l 异丙基丙烯酰胺) ( n i p a m ) 是研究最广 泛的一种具有温敏性的聚合物，通过与疏水或亲水性单体共聚可方便地调控其疏水性 和l c s t 。国内外关于它的研究报道也非常的多现将近年来关于它的研究简要概括为 以下三个方面： 1 ：通过将n i p a m 与不同的有机物单体迸行共聚，得到不同性质的共聚物。( 1 ) i ) j o k i 记a n dv o g t 将一异丙基丙烯酰胺与n 一异丙基甲基丙烯酰胺以一定比例共聚，得 到不同共聚组成的共聚物，并通过雾点法测定了这些不同共聚组成的共聚物在水溶液 中的相转变温度。得到了相转变温度和共聚组成的定量关系( 2 ) 郭睿威【3 5 】等以巯基乙 胺为分子量调节剂，以丙烯酰氯作为链端转化剂合成了不同分子量的端丙烯酰胺基聚 一异丙基丙烯酰胺) ( p n 口a m ) 大分子单体；与丙烯酰胺共聚合，合成了以p n i p a m 为 侧链的接枝聚丙烯酰胺。用f y i r 和1 h - n m r 方法表征了接枝聚合物与大分子单体的组 成该接枝聚合物在水溶液中具有热缔合特性及明显的温敏增稠性，水溶液的粘度在 3 2 5 0 之间随温度增加而增加。( 3 ) 曾宏波p q 等以舻异丙基丙烯酰胺( n m m ) 为温 敏结构单元，丙烯酸胆甾醇酯( c h a ) 为疏水结构单元，合成了系列不同p n i p a m c h a 摩尔组成比的无规两亲性共聚物。利用浊度法、荧光探针法、表面张力法等对上述两 亲性共聚物的最低临界溶解温度和胶束形成能力等进行了系统的研究，并探索这类温 度敏感性聚合物胶束在药物控制释放中应用的可能性。 2 ： l 异丙基丙烯酰胺的活性自由基聚合如( 1 ) d u a n q i a n 等利用原子转移自由 基聚合技术在p n i p a m 末端成功的引入了芘基官能团，p n i p a m 的l c s t 可以得到大大的 降低，达到2 1 7 c ，而通过加入一环糊精p n i a p m 的l c s t 又可以上升到约2 6 c 。( 2 ) 刘郁杨鲫等通过分子设计合成并表征了一系列基于温度敏感性聚 l 异丙基丙烯酰胺 ( p n i p a m ) 和，c o 的但却具有不同结构与性能的新型聚合物；研究发现，这些聚合物 不但具有p n i p a l l 的热敏性，也具有，- c d 的超分子包合性，并表现出独特的药物控 释性能。( 3 ) 袁金芳阁等通过自由基聚合和端酰胺键合的方法合成了一系列分子量不同 的端胺基聚n - 异丙基丙烯酰胺( p n 口a m ) 及其含双十二和十四长链疏水烷基两亲性聚 合物，通过聚合物水溶液的透光率随温度变化曲线的拐点确定其低临界溶解温度 ( “葛t ) ，并研究其影响因素结果表明，两亲性f n i p a m 水溶液相转变温度不仅受聚 合物结构如亲、疏水链长比的影响，而且与溶液浓度的也有较大关系。 3 ：在胪异丙基丙烯酰胺聚合过程中加入交联剂，得到聚肛异丙基丙烯酰凝胶，其 也是一种对温度敏感的智能高分子材料，在生物材料和生物技术方面具有广阔的应用 前景。( 1 ) 吉割鲫】用明胶( g e l ) 和一异丙基丙烯酰胺( n i p a m ) 为原料，制备了g e l 聚 异丙基丙烯酰胺( p n i p a m ) 水凝胶：研究了不同含量的水凝胶的温度，p h 敏感性。结果 表明：温度对水凝胶p h 敏感性的影响取决于水凝胶的组成。( 2 ) 李威i 删等采用紫外一可 见光引发无皂乳液聚合的方法合成了聚一异丙基丙烯酰胺纳米微凝胶；并研究了光引 友与常规热引发所得到的微凝胶粒径大小的区别，比较了不同的乳化剂对纳米微凝胶 粒径的影响，以及相同的乳化剂在不同的浓度时产生的微凝胶体积变化，即粒径与乳化 剂甩量关系。( 3 ) 琚正j l 【4 i i 等裂用巍液聚合法按不冠配比，合成出啦异丙基丙烯酰酸 ( n i p a m ) 与二烯丙基二甲基氯化铵( d a d m a c ) 的共聚物p ( t c i p a m d a d m a c ) 温 敏性微凝胶，利用红外光谱仪及核磁共振仪对其进行表征，同时利用动态光散射仪测得 微凝胶粒子在水中不同温度下的直径，从而获得其低临界溶解温度为3 l 。n i p a m 与含 有羧基( ，c o o h ) 、胺基( n l 勘等可解离基团的单体通过共聚使共聚物具有温度p h 双重 敏感性，如果在共聚的同时通过适当的方法交联则可形成温度p h x j 【重敏感的共聚物凝 胶。 1 6 胆甾醇的特，l 生及应用 1 6 1 胆甾醇的特性 f i g v 陴】7s t m c t m _ c o f c h o l e s t e r o l 胆固醇是一种环戊烷并多氢菲的衍生物，其绪构式如图1 7 。其结构特点是：c 3 上有1 个羟基，c 5 c 6 上有1 个双键，c 1 7 上有1 个八碳原子的烃基。其溶解性与脂肪类似， 不溶于水，易溶于乙醚、筑债等溶裁。胆固醇是动物组织绍胞所不可缺少的重要物质， 它不仅参与形成细胞膜，而且是合成胆汁酸；维生素d 以及甾体激素的原料胆固醇又 分为高密度胆固醇和低密度胆固醇两种，前者对心血管有保护作用，通常称之为“好 胆固醇”，后者偏高，冠心病的危险性就会增加，通常称之为。坏胆固醇”。 胆甾类化合物的结构特殊，环a 和环b 顺式连接，使其类固醇骨架形成了一个凹形， 成为含空腔的分子的分子为构筑人工受体提供了有利条件。在空腔上下两侧由于所连 接的基团不同而具有了不同的性质。a 面连接的羟基胆甾类化舍物的亲水部分，芦面三 个甲基和大的骨架一起构成了其豌水部分，墨恧具有双亲性，极易形成败束，进行自组 装。同时它含有多个手性碳原子，其羟基又是化学修饰很好的官能团。它的特点使其成 为众多研究领域选择的目标，因此胆甾类化舍物的设计、开发和利用备受关注。在人工 受体的分子识别及手性分离、新型超分子主体设计与新型药物、超分子化学、官能团 选择性保护等众多领域都有着广泛的应用。 1 4 1 6 2 胆甾醇的应用 由于胆甾醇的生物相容性好，具有刚性甾环结构和疏水性特点，所以它被广泛地用 于高分子的疏水性改性，得到双亲性聚合物。胆甾醇仅有c 3 的羟基可进行化学改性 所以一般是将其转变为甲酰氯或n