温度敏感聚合物研究进展
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关键词：温度敏感高分子；水凝胶；Ｎ异丙基丙烯酰胺；药物缓６４８ 文献标志码：Ａ 文章编号：１６７２０５８Ｘ（２０１７）０３０１１２０４
温 度 敏 感 聚 合 物 （Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ）是智能聚合物的一种，是指当环境温度发 生变化时，其自身结构和理化性质发生突变的一种 高分子化合物。
温度敏感聚合物研究进展
张强宏
（西南技术工程研究所，重庆 ４０００３９）
摘 要：温度敏感聚合物是指当环境温度发生变化时，其自身结构和理化性质发生突变的一种高分子 化合物，是智能聚合物的一种；介绍了温度敏感聚合物的分类一般包含 Ｎ取代丙烯酰胺聚合物、双亲性嵌段 共聚物和多肽三大类，并以聚 Ｎ异丙基丙烯酰胺（ＰＮＩＰＡＡｍ）为例，从其分子链官能团构成及温度变化时各 自发挥的作用上，阐述了温度敏感聚合物的温敏机理；通过线性 Ｎ取代丙烯酰胺聚合物制备、Ｎ取代丙烯酰 胺水凝胶制备、Ｎ取代丙烯酰胺接枝聚合物合成等论述了温度敏感聚合物的合成方法；并说明了其在药物 控制释放、酶的固定化、色谱固定相的修饰等生命科学领域的应用。
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第 ３期
张强宏：温度敏感聚合物研究进展
１１３
ＬＣＳＴ的值也会相应增加。同样，当共聚物中疏水基 团或单体 所 占 比 值 较 高 时，共 聚 物 的 温 敏 性 会 减 弱，ＬＣＳＴ值也会 降 低 ［５６］。 但 当 亲 水 或 疏 水 单 体 比 例太大时，共聚物的温度敏感性会消失。２００８年刘 文博［７］等利用 ＮＩＰＡＡｍ、ＤＭＡＡｍ和 ＨＥＭＡ的共聚， 获得 ＬＣＳＴ在 ４０℃甚至更高并具有活泼羟基的温 敏性亲水聚合物，以其为起始物制备两亲性接枝或 嵌段共聚物，用来制备侧链型胶束或表面带有可反应 官能团的胶束，可用于对肿瘤部位的靶向释放治疗。
ＧｉｌＥＳ［３］和 ＤｉｍｉｔｒｏｖａＩ［４］等对它的热敏 机 理 进 行了解释：ＰＮＩＰＡＡｍ的主链为疏水结构，侧链上有 亲水的酰胺基团和疏水的异丙基基团。酰胺基团 会与水分子 形 成 氢 键，在 低 温 时，会 形 成 比 较 均 一 的溶液。但 是 随 着 温 度 的 上 升，氢 键 会 遭 到 破 坏， 这时疏水基团会占主导作用，此时聚合物链会形成 卷曲状，宏观上表现为聚合物聚集析出。
１ 温度敏感聚合物种类及温敏机理
根据材料自身组成和相变机理，一般将温度敏 感高分子材料分为 Ｎ取代丙烯酰胺聚合物、双亲性 嵌段共聚物和多肽三大类，它们都有较低的最低溶 解温度（ＬｏｗｅｒＣｒｉｔｉｃａｌＳｏｌｕｔｉｏｎＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＬＣＳＴ）， 当温度低于 ＬＣＳＴ时，聚合物会较好地溶于溶剂中， 形成均一的溶液；当温度高于 ＬＣＳＴ时，聚合物会在 溶剂中迅速聚集析出，形成沉淀物。
通常情况下，将 ＮＩＰＡＡｍ与其他单体共聚，得 到的高分子化合物也能实现温敏性，温敏效果视不 同单体和两者比例而定。引入亲水性单体或亲水 性单体比值 较 大 时，共 聚 物 的 温 度 敏 感 性 增 强，即 透光率从 １００％到 ０所跨越的温度区间越小，且其
收稿日期：２０１６－０９－１５；修回日期：２０１６－１１－２８． 作者简介：张强宏（１９７１－），男，湖北人，高级工程师，从事高分子材料研究．
２ ３种温度敏感聚合物合成方法
２．１ 线性 Ｎ取代丙烯酰胺聚合物的制备 一般来说，常用的高分子材料制备方法如本体
聚合、溶液 聚 合、悬 浮 聚 合 和 乳 液 聚 合 等 都 能 制 备 线类似线性聚 Ｎ异丙基丙烯酰胺的温敏材料。由 于溶液聚合较为简便，常采用自由基引发聚合的方 法进行。
实际上，单一的聚 Ｎ取代丙烯酰胺类材料无法 满足要求，一般都会将 ＰＮＩＰＡＡｍ与其他单体混合 形成共聚物。随着高分子化学合成方法的发展，人 们已经能运用原子转移自由基法（ＡＴＲＰ）和断裂加 成法（ＲＡＦＴ）等合成方法来设计出自己想要的特定 ＬＣＳＴ的聚合物。如 Ｓｃｈｉｌｌｉ，ＣＭ［８］等用 ＲＡＦＴ方法 在甲醇中合成了 Ｎ异丙基丙烯酸铵和丙烯酸的共 聚物 ＰＮＩＰＡＡｍｂＰＡＡ。这种高分子均聚物同时具 有温度和 ｐＨ值的敏感性。 ２．２ Ｎ取代丙烯酰胺水凝胶的制备
年，ＳｃａｒｐａＪＳ［１］等第一次指出 ＰＮＩＰＡＡｍ的最低临 界溶解温度为 ３１℃，引起了极大的反响。１９６８年， Ｈｅｓｋｉｎｓ［２］等人对 ＰＮＩＰＡＡｍ在水溶液中的形态和温 敏 性 能 做 出 了 研 究。 当 温 度 低 于 ＬＣＳＴ 时， ＰＮＩＰＡＡｍ能与水形成均匀透明的溶液，聚合物链呈 现伸展的构象；但是当温度高于 ＬＣＳＴ时，ＰＮＩＰＡＡｍ 会迅速聚集并从水中沉淀出来，此时聚合物链呈现 卷曲状，这些变化为可逆的不连续的过程。
水凝胶是以水为分散介质的凝胶，是在网状交 联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和 亲水残基，亲 水 残 基 与 水 分 子 结 合，将 水 分 子 连 接 在网状 内 部，而 疏 水 残 基 遇 水 膨 胀 的 交 联 聚 合 物［９］。其温敏 现 象 是 指 水 凝 胶 本 身 随 温 度 变 化 而 发生突变 的 现 象。 在 温 度 较 高 时，其 溶 胀 度 较 低， 相反在低温下膨胀度会增强，其体积发生突变的温 度也可用 ＬＣＳＴ表示。
在 Ｎ取代丙烯酰胺聚合物中，聚 Ｎ异丙基丙烯 酰胺（ＰＮＩＰＡＡｍ）具有极窄的相变温度区间 （１～２ ℃）和接近人类体温的 ＬＣＳＴ（３１℃），因而被广泛关 注和研究。
Ｎ异丙基 丙 烯 酰 胺 分 子 结 构 中 同 时 存 在 着 具 有亲水 性 的 酰 胺 基 和 具 有 疏 水 性 的 异 丙 基。１９６７
第 ３４卷第 ３期
重庆工商大学学报（自然科学版）
２０１７年 ６月
Ｖｏｌ．３４ ＮＯ．３
ＪＣｈｏｎｇｑｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖ（ＮａｔＳｃｉＥｄ）
Ｊｕｎ．２０１７
ｄｏｉ：１０．１６０５５／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－０５８Ｘ．２０１７．０００３．０２１
温 度 敏 感 聚 合 物 （Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｒｅｓｐｏｎｓｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒｓ）是智能聚合物的一种，是指当环境温度发 生变化时，其自身结构和理化性质发生突变的一种 高分子化合物。
温度敏感聚合物研究进展
张强宏
（西南技术工程研究所，重庆 ４０００３９）
摘 要：温度敏感聚合物是指当环境温度发生变化时，其自身结构和理化性质发生突变的一种高分子 化合物，是智能聚合物的一种；介绍了温度敏感聚合物的分类一般包含 Ｎ取代丙烯酰胺聚合物、双亲性嵌段 共聚物和多肽三大类，并以聚 Ｎ异丙基丙烯酰胺（ＰＮＩＰＡＡｍ）为例，从其分子链官能团构成及温度变化时各 自发挥的作用上，阐述了温度敏感聚合物的温敏机理；通过线性 Ｎ取代丙烯酰胺聚合物制备、Ｎ取代丙烯酰 胺水凝胶制备、Ｎ取代丙烯酰胺接枝聚合物合成等论述了温度敏感聚合物的合成方法；并说明了其在药物 控制释放、酶的固定化、色谱固定相的修饰等生命科学领域的应用。
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张强宏：温度敏感聚合物研究进展
１１３
ＬＣＳＴ的值也会相应增加。同样，当共聚物中疏水基 团或单体 所 占 比 值 较 高 时，共 聚 物 的 温 敏 性 会 减 弱，ＬＣＳＴ值也会 降 低 ［５６］。 但 当 亲 水 或 疏 水 单 体 比 例太大时，共聚物的温度敏感性会消失。２００８年刘 文博［７］等利用 ＮＩＰＡＡｍ、ＤＭＡＡｍ和 ＨＥＭＡ的共聚， 获得 ＬＣＳＴ在 ４０℃甚至更高并具有活泼羟基的温 敏性亲水聚合物，以其为起始物制备两亲性接枝或 嵌段共聚物，用来制备侧链型胶束或表面带有可反应 官能团的胶束，可用于对肿瘤部位的靶向释放治疗。
ＧｉｌＥＳ［３］和 ＤｉｍｉｔｒｏｖａＩ［４］等对它的热敏 机 理 进 行了解释：ＰＮＩＰＡＡｍ的主链为疏水结构，侧链上有 亲水的酰胺基团和疏水的异丙基基团。酰胺基团 会与水分子 形 成 氢 键，在 低 温 时，会 形 成 比 较 均 一 的溶液。但 是 随 着 温 度 的 上 升，氢 键 会 遭 到 破 坏， 这时疏水基团会占主导作用，此时聚合物链会形成 卷曲状，宏观上表现为聚合物聚集析出。
１ 温度敏感聚合物种类及温敏机理
根据材料自身组成和相变机理，一般将温度敏 感高分子材料分为 Ｎ取代丙烯酰胺聚合物、双亲性 嵌段共聚物和多肽三大类，它们都有较低的最低溶 解温度（ＬｏｗｅｒＣｒｉｔｉｃａｌＳｏｌｕｔｉｏｎＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ，ＬＣＳＴ）， 当温度低于 ＬＣＳＴ时，聚合物会较好地溶于溶剂中， 形成均一的溶液；当温度高于 ＬＣＳＴ时，聚合物会在 溶剂中迅速聚集析出，形成沉淀物。
通常情况下，将 ＮＩＰＡＡｍ与其他单体共聚，得 到的高分子化合物也能实现温敏性，温敏效果视不 同单体和两者比例而定。引入亲水性单体或亲水 性单体比值 较 大 时，共 聚 物 的 温 度 敏 感 性 增 强，即 透光率从 １００％到 ０所跨越的温度区间越小，且其
收稿日期：２０１６－０９－１５；修回日期：２０１６－１１－２８． 作者简介：张强宏（１９７１－），男，湖北人，高级工程师，从事高分子材料研究．
２ ３种温度敏感聚合物合成方法
２．１ 线性 Ｎ取代丙烯酰胺聚合物的制备 一般来说，常用的高分子材料制备方法如本体
聚合、溶液 聚 合、悬 浮 聚 合 和 乳 液 聚 合 等 都 能 制 备 线类似线性聚 Ｎ异丙基丙烯酰胺的温敏材料。由 于溶液聚合较为简便，常采用自由基引发聚合的方 法进行。
实际上，单一的聚 Ｎ取代丙烯酰胺类材料无法 满足要求，一般都会将 ＰＮＩＰＡＡｍ与其他单体混合 形成共聚物。随着高分子化学合成方法的发展，人 们已经能运用原子转移自由基法（ＡＴＲＰ）和断裂加 成法（ＲＡＦＴ）等合成方法来设计出自己想要的特定 ＬＣＳＴ的聚合物。如 Ｓｃｈｉｌｌｉ，ＣＭ［８］等用 ＲＡＦＴ方法 在甲醇中合成了 Ｎ异丙基丙烯酸铵和丙烯酸的共 聚物 ＰＮＩＰＡＡｍｂＰＡＡ。这种高分子均聚物同时具 有温度和 ｐＨ值的敏感性。 ２．２ Ｎ取代丙烯酰胺水凝胶的制备
年，ＳｃａｒｐａＪＳ［１］等第一次指出 ＰＮＩＰＡＡｍ的最低临 界溶解温度为 ３１℃，引起了极大的反响。１９６８年， Ｈｅｓｋｉｎｓ［２］等人对 ＰＮＩＰＡＡｍ在水溶液中的形态和温 敏 性 能 做 出 了 研 究。 当 温 度 低 于 ＬＣＳＴ 时， ＰＮＩＰＡＡｍ能与水形成均匀透明的溶液，聚合物链呈 现伸展的构象；但是当温度高于 ＬＣＳＴ时，ＰＮＩＰＡＡｍ 会迅速聚集并从水中沉淀出来，此时聚合物链呈现 卷曲状，这些变化为可逆的不连续的过程。
水凝胶是以水为分散介质的凝胶，是在网状交 联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和 亲水残基，亲 水 残 基 与 水 分 子 结 合，将 水 分 子 连 接 在网状 内 部，而 疏 水 残 基 遇 水 膨 胀 的 交 联 聚 合 物［９］。其温敏 现 象 是 指 水 凝 胶 本 身 随 温 度 变 化 而 发生突变 的 现 象。 在 温 度 较 高 时，其 溶 胀 度 较 低， 相反在低温下膨胀度会增强，其体积发生突变的温 度也可用 ＬＣＳＴ表示。
在 Ｎ取代丙烯酰胺聚合物中，聚 Ｎ异丙基丙烯 酰胺（ＰＮＩＰＡＡｍ）具有极窄的相变温度区间 （１～２ ℃）和接近人类体温的 ＬＣＳＴ（３１℃），因而被广泛关 注和研究。
Ｎ异丙基 丙 烯 酰 胺 分 子 结 构 中 同 时 存 在 着 具 有亲水 性 的 酰 胺 基 和 具 有 疏 水 性 的 异 丙 基。１９６７
第 ３４卷第 ３期
重庆工商大学学报（自然科学版）
２０１７年 ６月
Ｖｏｌ．３４ ＮＯ．３
ＪＣｈｏｎｇｑｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌＢｕｓｉｎｅｓｓＵｎｉｖ（ＮａｔＳｃｉＥｄ）
Ｊｕｎ．２０１７
ｄｏｉ：１０．１６０５５／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－０５８Ｘ．２０１７．０００３．０２１