pH-溫度雙重敏感性水凝膠的制備及溶脹性能研究

2020-06-04 10:24:14婁婷婷崔璐娟李志英李強文

云南化工 2020年1期

婁婷婷，崔璐娟，于京，李志英，李強文

(西北民族大學化工學院，甘肅蘭州 730124)

隨著科技的不斷發展和進步，生活水平不斷捉高，現代人的平均壽命也在不斷的增長，但仍然存在一定的問題需要解決。例如癌癥治療就是當今世界一大難題。“是藥三分毒”“傷敵一千，自損八百”則是化療法最真實的寫照。日前市場上流通的治療癌癥的藥物都存著價格高、毒副作用大、無靶向選擇等不足。抑癌藥物進入人體后，面對體內復雜的環境溫度、pH、酶等，容易降解從而失去活性。而沒有失去活性的藥物，在體內的輸送過程不能準確到達癌變部位，最終只有少量的藥物才能到達。但由于無法識別，會對正常細胞作產生毒副作用，給病患帶來很多的痛苦。藥物過少達到癌變部位的藥物就會不足，得不到預期的治療效果，不能抑制癌變細胞的擴散。傳統的給藥方式無法實現適量、準確治療病變細胞，導致不能達到最佳藥物利用和治療效果。智能型高分子藥物載體可以利用對環境的pH、溫度等響應實現對藥物的控釋，進而實現靶向給藥，提高治療效果，減少患者的痛苦[1]。

當人體內的正常組織發生癌變后，腫瘤細胞會異常增長，但血管無法為其提供足夠的營養物質和氧氣，腫瘤細胞通過糖酵解來產生能量供其繁殖，在此過程中會代謝大量乳酸。因此，相比正常組織的pH值（7.4），腫瘤細胞內溶酶體（pH值為5.0～5.5）及其組織外的 pH值（6.5～7.2）具有微酸性環境。聚甲基丙烯酸 (PMAA）則是一種pH敏感聚合物，在酸性介質中，MAA分子中的羧基 (COOH）的存在會形成疏水作用，阻止水分子的進入[2]。聚（N-異丙基丙烯酰）（PNIPAM）水凝膠具有最低臨界溶解溫度（LCST），約為34°C，在LCST時存在相轉變，在LCST以下呈親水性，在水中迅速溶脹；在LCST以上時，水凝膠內部的水分會被排擠出，因而，呈疏水性[3]。由于LCST處于體溫，所以適合用于溫度響應。

水凝膠是一種能夠大量吸收水分、性質柔軟、有一定形狀的高吸水性高分子聚合物材料，通過共價鍵、氫鍵或范德華力等作用相互交聯構成三維網狀結構[4]。具有刺激響應特性的高分子水凝膠屬于智能型材料的范疇，其智能化是指其結構和功能可隨外界條件的變化而自動地調節、修飾和修復[5]。聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPA）溫敏水凝膠在最低臨界溶解溫度（LCST）時發生親水性-疏水性的可逆轉變，表現出可逆的溶脹-退溶脹的體積突變[6]。pH響應性水凝膠主要通過交聯形成，由于高分子網絡中含有酸性或堿性基團，當環境的pH發生變化時，導致網絡內大分子鏈段的氫鍵被破壞，使得水凝膠的體積發生變化[7]。

本研究著重考察了具有pH-溫度雙重敏感性水凝膠的聚（N-異丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸）（PNIPA-co-PMAA）水凝膠。通過對五種不同配比的水凝膠在不同溫度，不同pH下的溶脹性研究，發現具有pH和溫度雙重敏感性。

1 實驗試劑

N-異丙基丙烯酰胺（NIPA）、甲基丙烯酸（MAA）、十二烷基硫酸鈉（SDS）、N，N-亞甲基雙丙烯酰胺（BIS）、過硫酸鉀（KPS）、試劑均為分析純，實驗用水為去離子水。

2 實驗方法

2.1 制備單體配比不同凝膠

在氮氣保護下以BIS為交聯劑、SDS為表面活性劑，KPS為引發劑制備了一系列PNIPA-co-MAA水凝膠。按表1用量取NIPA、BIS、SDS、MAA，加水30mL溶解，通入N2充分除氧后，加KPS水溶液至10mL，70℃反應3h，得到的產物用水充分透析（截留分子量為8000～14000）1周后，在真空干燥箱干燥至恒重。