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摘 要

聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）凝胶同时具有亲水性的-CH（CH₃）₂和亲水性的-CONH-，使其系列聚合物具有优良的温敏特性。然而，传统PNIPAM类水凝胶存在响应速度慢、机械强度不够等固有缺陷，限制了其应用领域。针对这类PNIPAM水凝胶，本文综述了其改性方法——网络互穿（IPN）技术、缩小凝胶尺寸、增加凝胶的孔道数目等，并介绍了其在药物控制释放、组织培养、物质分离、电化学传感等领域的应用。

关键词：温度敏感，网络互穿，药物控制释放，电化学

Abstract：Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) gels have brought excellent temperature-responsive properties to their series of polymers due to their hydrophilic acylamino and hydrophobic isopropyl. However, traditional PNIPAM gels limited their application fields due to the disadvantages such as slow response rate and low mechanical strength. For this type of PNIPAM hydrogel, this article reviews its modification methods—IPN technology, reduction of the gel size, and increase of the number of pores in the gel, etc., and introduces its application in the fields of drug release, tissue culture, material separation, and electrochemical sensing , etc.

Keywords：temperature sensibility, Network interpenetrating, drug controlled release, electrochemistry

目 录

前言 7

1 温度敏感水凝胶 7

2聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）水凝胶 8

2.1结构及基本特性 8

3 PNIPAM类温敏凝胶的结构改性 9

3.1 聚合物网络互穿（IPN） 9

3.2凝胶尺寸 10

3.3多孔结构 10

4 PNIPAM类凝胶的应用 11

4.1药物控制释放 11

4.2组织培养 12

4.3物质分离 12

4.4电化学传感 13

结论 14

参考文献 15

致谢 16

前言

材料是人类生活以及生产的基础，新材料的开发和应用促进了人类社会的发展，所以一直都是人们关注的焦点。因此，衡量一个国家的经济和科学发展的情况，常常以其使用材料的种类和数目为重要标志之一。国民经济高速发展，对新型材料的需求愈发强烈，新型材料的研究与开发是一项迫在眉睫的战略性任务。

当今时代，智能化材料成为新材料领域的一大热点，高分子凝胶是智能化材料中的一种，其在医疗、交通、建筑、能源等领域被广泛应用。高分子凝胶是高分子链经交联聚合形成三维网络的体系，通过吸收一定量的水（或其他溶剂），使得高分子网络发生溶胀，但交联结构使之不溶解且保持一定的形状。外界环境微小的物理或化学刺激会使智能高分子凝胶的性质发生明显的改变，会因为环境的变化例如温度^[1]、pH^[2]、光^[3]、电场^[4]、化学物质^[5]等而发生相应的体积相转变，从而产生响应性。正是因为这独特的响应性，智能高分子凝胶在组织培养、药物控制释放、电化学传感器、物质分离等领域具有广泛的应用前景。

而在众多的刺激响应型智能高分子凝胶中，温度敏感型水凝胶易于获得且随温度变化方式易于为人工所控制，所以成为目前研究较多的一种智能高分子凝胶。

1 温度敏感水凝胶

温度敏感凝胶是指在某一温度范围内吸收水（或其它溶剂）可以发生突变的凝胶。早在1978 年，Tanaka 等^[6]首先观察到如果环境温度产生变化，凝胶的体积会有相应的间断性的变化。一般情况下，可按照凝胶溶胀机理将水凝胶分为热缩温敏水凝胶和热胀温敏水凝胶。

热胀温敏水凝胶有一个显著的特点，当周围温度降低至某固定值以下时，其溶胀率降低，当环境温度升高至某固定值以上时，又会发生突变式增加。Kishi R 等^[7]合成了一种聚乙烯甲醚（PVME）水凝胶，当周围温度在28 ℃左右，会发生体积相转移，呈收缩状态。实验证明，合成的PVEM具有良好的吸水性，可用于污泥的脱水，通过亲疏水性的变化来合成热可逆性吸附剂等。

热缩温敏水凝胶研究更多一些。聚（N-异丙基丙烯酰胺）PNIPAM就属于典型的热缩温敏水凝胶，于1984 年被Tanaka T^[8]等人发现。它是由NIPAM经交联形成，较低温下溶胀，较高温下收缩。这是由于聚-N-异丙基丙烯酰胺分子具有疏水性的-CH(CH₃)₂和亲水性的-CONH-，显现出良好的双亲性，温度升高脱水收缩，低温下吸水溶胀。该聚合物易于改性，相变温度略高于环境温度，在人的生理温度附近，基于这些特性使其成为目前研究及应用最多的一类热缩温敏水凝胶。

2聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）水凝胶

2.1结构及基本特性

NIPAM及其聚合物的结构式如图1-1所示，单体中含有两个可进行自由基聚合的不饱和C=C双键。经聚合得到PNIPAM高分子凝胶，其大分子链上兼具疏水性的-CH（CH₃）₂和亲水性的-CONH-，使交联后的PNIPAM表现出良好的温度敏感性。当温度处于某一固定值附近时，分子链由扩展转变为收缩，由亲水性转变为疏水性，表现为温度响应性，该固定值温度称为低临界溶解温度（LCST）。

NIPAM聚合过程中经处理产生化学交联或者直接加入交联剂后，成为PNIPAM高分子水凝胶。制备得到的水凝胶具有LCST，在32℃附近，当周围温度低于32℃时，分子链扩展，呈溶胀状态；当周围温度处于32℃或更高时，分子链由扩展转变为收缩，凝胶转变为收缩状态；当温度降低时，它又恢复到初始温度下的状态，即PNIPAM水凝胶对温度的变化作出的响应是可逆的。除此之外，还有其他性质如折射率、力学模量、表面能等也会同时发生对应的变化，而且这些性质的变化也都是可逆的^[9,10]。

（a） （b）

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