pH-温度双重敏感性水凝胶的制备及溶胀性能研究

娄婷婷，崔璐娟，于 京，李志英，李强文

(西北民族大学化工学院，甘肃 兰州 730124)

随着科技的不断发展和进步，生活水平不断捉高，现代人的平均寿命也在不断的增长，但仍然存在一定的问题需要解决。例如癌症治疗就是当今世界一大难题。“是药三分毒”“伤敌一千，自损八百”则是化疗法最真实的写照。日前市场上流通的治疗癌症的药物都存着价格高、毒副作用大、无靶向选择等不足。抑癌药物进入人体后，面对体内复杂的环境温度、pH、酶等，容易降解从而失去活性。而没有失去活性的药物，在体内的输送过程不能准确到达癌变部位，最终只有少量的药物才能到达。但由于无法识别，会对正常细胞作产生毒副作用，给病患带来很多的痛苦。药物过少达到癌变部位的药物就会不足，得不到预期的治疗效果，不能抑制癌变细胞的扩散。传统的给药方式无法实现适量、准确治疗病变细胞，导致不能达到最佳药物利用和治疗效果。智能型高分子药物载体可以利用对环境的pH、温度等响应实现对药物的控释，进而实现靶向给药，提高治疗效果，减少患者的痛苦[1]。

当人体内的正常组织发生癌变后，肿瘤细胞会异常增长，但血管无法为其提供足够的营养物质和氧气，肿瘤细胞通过糖酵解来产生能量供其繁殖，在此过程中会代谢大量乳酸。因此，相比正常组织的pH值（7.4），肿瘤细胞内溶酶体（pH值为5.0～5.5）及其组织外的 pH值 （6.5～7.2）具有微酸性环境。聚甲基丙烯酸 (PMAA）则是一种pH敏感聚合物，在酸性介质中，MAA分子中的羧基 (COOH）的存在会形成疏水作用，阻止水分子的进入[2]。聚（N-异丙基丙烯酰）（PNIPAM）水凝胶具有最低临界溶解温度（LCST），约为34°C，在LCST时存在相转变，在LCST以下呈亲水性，在水中迅速溶胀；在LCST以上时，水凝胶内部的水分会被排挤出，因而，呈疏水性[3]。由于LCST处于体温，所以适合用于温度响应。

水凝胶是一种能够大量吸收水分、性质柔软、有一定形状的高吸水性高分子聚合物材料，通过共价键、氢键或范德华力等作用相互交联构成三维网状结构[4]。具有刺激响应特性的高分子水凝胶属于智能型材料的范畴，其智能化是指其结构和功能可随外界条件的变化而自动地调节、修饰和修复[5]。聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPA） 温敏水凝胶在最低临界溶解温度（LCST）时发生亲水性-疏水性的可逆转变，表现出可逆的溶胀-退溶胀的体积突变[6]。pH响应性水凝胶主要通过交联形成，由于高分子网络中含有酸性或碱性基团，当环境的pH发生变化时，导致网络内大分子链段的氢键被破坏，使得水凝胶的体积发生变化[7]。

本研究着重考察了具有pH-温度双重敏感性水凝胶的聚（N-异丙基丙烯酰胺-甲基丙烯酸）（PNIPA-co-PMAA）水凝胶。通过对五种不同配比的水凝胶在不同温度，不同pH下的溶胀性研究，发现具有pH和温度双重敏感性。

1 实验试剂

N-异丙基丙烯酰胺（NIPA）、甲基丙烯酸（MAA）、十二烷基硫酸钠（SDS）、N，N-亚甲基双丙烯酰胺（BIS）、过硫酸钾（KPS）、试剂均为分析纯，实验用水为去离子水。

2 实验方法

2.1 制备单体配比不同凝胶

在氮气保护下以BIS为交联剂、SDS为表面活性剂，KPS为引发剂制备了一系列PNIPA-co-MAA水凝胶。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℃反应3h，得到的产物用水充分透析（截留分子量为8000～14000）1周后，在真空干燥箱干燥至恒重。

表1 不同单体配比PNIPA-co-MAA水凝胶的投料量

2.2 水凝胶的温度敏感性测定

一定量的干凝胶，分别置于不同温度（30°C、34°C、38°C、42°C）的去离子水中，等溶胀1h后取出凝胶，用滤纸迅速拭去表面水分，称量，计算SR=(ms-md)/md

2.3 水凝胶的pH敏感性测定

一定量的干凝胶，分别置于不同pH（1、2、3、4、5、6、7）的溶液中，等溶胀1h后取出凝胶，用滤纸迅速拭去表面水分，称量，计算SR=(ms-md)/md

3 实验结果分析

3.1 不同温度的溶胀率

图1 温度对溶胀率的影响

由图1可以看出，不同配比在不同温度下的溶胀率不同。1∶1比例的水凝胶性能相对较好，温度转化在35°C最为明显，其他配比同样有温度转化点。NIPA含量越高，转化温度越高。

3.2 不同pH的溶胀率

由图2可以看出，不同配比在不同pH下的溶胀率不同，有明显的转折点。酸性条件下转折点很明显，随着MAA相对含量的减少，转折点往后移动。

图2 pH值对溶胀率的影响

4 结论

本实验合成不同配比pH-温敏双重敏感性水凝胶，研究不同单体含量对pH、温度的影响。实验结果表明，NIPA含量越高，温度转折点越靠后；MAA含量越少，pH转折点越靠后。在人体温度范围，pH为酸性范围溶胀性能很好，符合药物载体作用范围，有望作为药物载体使用。