刺激响应性聚合物

刺激响应性聚合物，也被称为“智能”或“环境敏感”聚合物，能够根据环境变化迅速改变其微观结构，从亲水状态转变为疏水状态。这些环境变化是由外部刺激引起的，如温度、pH值、离子强度、磁场和电场、光、超声波以及各种化学物质。值得注意的是，所表现出的宏观变化是可逆的，一旦去除触发刺激，系统即可恢复到其原始状态。

刺激响应性聚合物形态

根据物理形态分类的刺激响应性聚合物类别包括：（a）溶解在溶液中的线性自由链，（b）可以是可逆的或物理性质的共价交联凝胶，以及（c）吸附在基材上或表面接枝在基材上的链。

图1. a) 线性自由链的坍缩；b) 凝胶的膨胀或收缩；c) 表面的膨胀或坍缩

刺激响应性聚合物的应用

刺激敏感聚合物的独特特性使其能够在化学和生物过程中得到广泛应用，包括控制和自调节药物递送系统、生物偶联技术、组织工程方法、生物传感器开发和生物分离程序。

图2. 刺激响应性聚合物的应用

使用聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）胶束可以通过温度调节药物释放，同时PNIPAM还能增强细胞吸附。这种调节是由跨越低临界溶解温度（LCST）时触发的物理变化所引起的。

温敏和pH敏感聚合物

温度和pH敏感性是刺激响应性聚合物尤为吸引人的特性，原因如下：

• 某些疾病状态的特征是温度和/或pH值的改变。

• 调整刺激响应以达到所需的温度和pH范围非常简单。

聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）是研究最为广泛的温度和pH敏感性系统。已经开发出了一系列基于PNIPAM的具有温度和pH响应性的聚合物。这些聚合物可以在链端用羧酸、N-羟基琥珀酰亚胺（NHS）酯、胺和马来酰亚胺基团进行功能化。NIPAM与甲基丙烯酸共聚可引入pH敏感性。此外，还使用NIPAM、丙烯酸和二丙烯酰胺交联剂制备了对pH和温度均敏感的水凝胶。

PNIPAM在水溶液中的低临界溶解温度（LCST）约为32°C。通过使NIPAM与适当的单体共聚，可以容易地调节这一LCST。

图3. 链端功能化PNIPAM的合成

图4. 热敏和pH敏感PNIPAM的合成

图5. 通过使用链转移剂（CTA）可以控制分子量。在PNIPAM-COOH的合成中，分子量对CTA浓度的依赖性为[偶氮二异丁腈（AIBN）]/[N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）] = 0.1；温度为60ºC，溶剂为四氢呋喃（THF）。

图6. 聚（N-异丙基丙烯酸酯-共聚-5%甲基丙烯酸）在pH=4.46的1%水溶液中的透光率随温度变化的曲线图

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