基于泡沫聚合法研究温度敏感性水凝胶的制备及动力学

摘要

聚(N-异丙基丙烯酰胺) (PNIPAAm) 是一种典型的温度敏感水凝胶，但是，PNIPA 凝胶的相变温度不能满足人体37 ℃的使用要求，将丙烯酸(Aac)、丙烯酰胺等亲水性单体引入凝胶骨架可以提高其相转变温度。对于一些特殊的应用，如大分子药物的控制释放,要求凝胶有较大的孔径,有利于大分子药物的负载和释放。因此可以利用超大孔水凝胶（superporous hydrogel,SPH）具有快速的溶胀速率的特点制备超大孔温敏水凝胶。泡沫分散聚合法是近年来发展起来的一种制备SPH的方法。本文利用泡沫分散聚合法制得聚(N-异丙基丙烯酰胺co-丙烯酰胺)(P(NIPA-co-AM)超大孔温敏水凝胶，对泡沫分散聚合法聚合工艺的各影响因素，进行了详细的考察和总结。利用比值导数紫外分光光度法对泡沫分散聚合动力学进行研究，考察了APS浓度、TEMED浓度、AM的浓度和AA的浓度对转化率和聚合速率的影响，按Mayo-Lewis积分法求得了相应的竞聚率。以聚乙烯醇（PVA）为第二聚合物网络单体，采用冷冻-融溶法引入semi-IPN网络改善SPH的机械性能，制备了PVA-(P(NIPA-co-AM)半互穿网络型超大孔温敏水凝胶。研究该水凝胶的结构以及凝胶组成对凝胶溶胀性能的影响，并且探讨凝胶组成对凝胶强度的影响。通过两种载药方式对上述凝胶进行药物模拟吸附释放实验，研究了温度、pH对(PVA-(P(NIPA-co-AM))水凝胶的吸附及释放的影响，对超大孔凝胶的释药性进行了初步研究。主要研究结果及内容如下：
　　 ⑴泡沫分散法制备P(AA-AM)SPH的最佳条件是：引发剂用量为0.8％，交联剂用量为0.6％，NaHCO3的用量为30％，盐酸用量为0.55mol/L，冷冻干燥，所得材料可以维持良好的多孔结构，在5min内可达到溶胀平衡。
　　 ⑵聚合反应速率随着APS、TEMED浓度的增加而加快，形成类似沉淀聚合的反应；而随着AM、AA浓度的增加，体系的自由基受阻严重，反应随之减缓。APS/TEMED引发AM/AA泡沫分散聚合的速率方程为，是一种高效快速的聚合方法。单体AM和AA的竞聚率r1=0.906、r2=0.916，本反应属非理想共聚。
　　 ⑶当PVA含量低于0.075g时，随PVA含量的增加，平衡溶胀度也逐渐增加，溶胀速率也逐渐提高，在5min内达到溶胀平衡，退溶胀速率也逐渐加快。但是当PVA含量大于0.075g时，由于出现了微晶现象，体系的相变受到限制，平衡溶胀度、溶胀速率急剧下降，退溶胀速率也平缓。PVA和AM用量的增加均会对干凝胶和湿凝胶的抗压缩性能产生影响，PVA用量的加入增加了凝胶的抗压缩强度。
　　 ⑷PVA含量为0.075的凝胶释药率较为缓慢。通过吸收药物方式的凝胶，释药速率较为均匀，较为缓慢，同时释药量也较大。同时在72℃下，pH=7.4的凝胶释药率较为均匀，释药量较大。