叶酸修饰NIPAM-PEI聚合物的研制及性能研究(3)
以PNIPAm为主的温敏材料是受温度控制发生体积相转变的一类生物相容性的智能材料。因其LCST在人体生理温度(37℃) 附近，且易于控制。诸多研究显示出它有着广阔的应用前景。特别是近两三年，对该温敏材料的研究已转入与其他单体共聚或接枝而得到一种多功能的性能优良的温敏材料，从而拓展了温敏材料的应用领域，其研究前景是十分广阔的。
1.2.1 聚N—异丙基丙烯酰胺的温敏机理
在对PNIPAm的研究中，人们最关心的一个问题是它产生温敏特性的机理。目前较容易被人接受的观点是：PNIPAm分子内具有一定比例的疏水基团和亲水基团，它们在与水在分子内和分子间会产生相互作用。在低温时，PNIPAm与水之间的相互作用主要是酰胺基团与水分子间氢键的作用。在LCST以下，PNIPAm分子链溶于水时，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氢键连接的、有序化程度较高的溶剂化层，并使高分子表现出一种伸展的线团结构。随着温度的上升，PNIPAm与水的相互作用参数突变，部分氢键被破坏，大分子溶剂化层也随之被破坏。升高温度对疏水基团的影响表现在两个方面：一方面疏水基团之间的相互作用是吸热的“熵驱动”过程，即随着温度的升高，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，使水-疏水基团的作用发生变化，进而削弱了疏水缔合作用。总而言之，PNIPAm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，宏观表现为相变，此时高分子由疏松的线团结构变为紧密的胶粒状结构，从而产生温敏性[4]。PNIPAm的水凝胶温敏性相转变是由交联网络的亲水—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变现。定性上来看，水凝胶的溶胀过程是水分子向凝胶内部扩散，并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，使氢键断裂，水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，使水凝胶—水体系熵增加，宏观表现为凝胶与水的相分离现象。
1.2.2 聚N—异丙基丙烯酰胺的应用
PNIPAm聚合物及水凝胶由于它的温度敏感性而具有良好的应用前景。近年来，国内外对它的应用和开发作了许多研究工作，主要有以下几点应用：
（1） 药物控释
最理想的给药方式应该是在需要的时刻，以合适的速率，将所需剂量的药物释放人体需要药物的部位，这种给药系统称为药物传送系统(drug delivery system，DDS)。PNIPAm聚合物及水凝胶的构象是随着温度变化而变化的，从而可当作温控开关，应用于药物传送体系。交联的水凝胶本身也可作为一种温控释放的药物载体，线型的聚合物多修饰于药物载体上，利用温度变化来控制构象的改变，从而促进药物释放。利用PNIPAm对药物进行控制释放有3种模式：①挤压方式，由于交联网络的快速收缩而释放药物。PNIPAm水凝胶低温时放入药物溶液中溶胀吸附药物，溶胀状态下，药物分子溶解在溶剂中，由于很小的扩散率而仍处于凝胶内。当达到一定高的温度时，PNIPAm凝胶突然收缩，药物分子连同溶剂一块被挤出，这样就迅速释放出药物；②开一关模式，当温度高于LCST以上时，水凝胶的表面会收缩形成一个薄的、致密的皮层，阻止其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LCST 时皮层消失，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；③开一关模式，但与上面的作用正好相反，PNIPAm以支链形式存在于接枝聚合物微球中，当温度在LCST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，在孔洞内的药物扩散受阻，处于“关”状态；当温度在LCST以上时，接枝链自身收缩，孔洞显现出来，药物顺利扩散到水中，处于“开”状态。