0引言20世纪80年代，Tanaka等报道了聚N异丙基丙烯酰胺（PNIPA）水凝胶在纯水中的溶胀率随着外界温度的上升而下降，并在33 ℃左右发生体积相变，这一温度被称为低临界溶解温度（LCST）［1］.PNIPA属于一种对温度环境敏感的水凝胶.除此之外，人们还发现了多种对环境敏感的水凝胶，包括 pH敏感水凝胶、电场敏感水凝胶、离子强度敏感水凝胶、光敏感水凝胶等.由于环境敏感水凝胶具有优良的响应性能，在医学领域有潜在应用，包括药物控制释放、靶向药物以及组织工程等.近20年来环境敏感水凝胶得到了广泛的研究，有关环境敏感水凝胶的合成与改性的报道层出不穷.　　PNIPA由于其良好的温度敏感性，且响应温度接近人体正常体温，因此人们对它在生物医学领域的应用也做了不少的研究［211］.　　本文中，我们在微波辅助下，以聚乙二醇引发丙交酯开环聚合，得到寡聚聚酯P（LA PEGLA），其端羟基与丙烯酰氯反应引入双键生成大分子单体，大分子单体与NIPA共聚形成水凝胶，该水凝胶可能具有PNIPA的温度敏感性，又具有可降解的组成部分，有可能应用于组织工程领域.　　本实验中，水凝胶的合成实验样品量均控制在0.3 g及以下，属于微型实验的范畴.1实验部分1.1试剂与仪器PEG2000（CP），国药化学试剂有限公司， 80~100 ℃减压干燥3 h备用；N异丙基丙烯酰胺（AR）购自Acros；D，L丙交酯（LA）自制，重结晶三次后干燥至恒重备用，m.p.125~127 ℃；丙烯酰氯自制，于冰箱低温保存；三乙胺，四氢呋喃，使用之前均做无水处理；辛酸亚锡使用前配成0.125 mol/L的甲苯溶液；过硫酸铵(APS)使用前配成质量分数为11%的水溶液.其余溶剂和药品均为AR或者CP，直接使用或按相关文献报道方法提纯处理.FTIR用PerkinElmer红外光谱仪测定，KBr压片或涂膜法制样.1H NMR用Varian Mercury VX300型核磁共振波谱仪，CDCl3为溶剂，TMS为内标.微波聚合使用WBFY205型微电脑微波化学反应器.1.2实验步骤
1.2.1P（LAPEGLA）寡聚聚酯的合成分别取PEG2000、LA（摩尔比为14）以及新配辛酸亚锡甲苯溶液（0.125 mol/L）30 μL，加入聚合管，油泵抽真空约0.5 h，封管.酒精灯加热将管内固体熔融，搅拌后微波功率240 W反应20 min.冷却至室温，敲碎封管，用少量氯仿溶解所的产物，用大量无水乙醚沉淀，分离乙醚，重复溶解、沉淀、分离操作，得到的产物即为寡聚聚酯.室温下真空干燥至恒重备用.
1.2.2P（LAPEGLA）接双键制备大分子单体将P（LAPEGLA）寡聚聚酯用适量经氢氧化钠干燥的四氢呋喃溶解，冰浴下加入与丙烯酰氯等摩尔的三乙胺，搅拌均匀，然后由进样器逐滴加入丙烯酰氯（丙烯酰氯：P（LAPEGLA）摩尔比为51），滴加完毕，混合溶液在冰水浴中搅拌过夜，随后过滤除去生成的铵盐，将滤液浓缩，用大量无水乙醚沉淀，分离乙醚，重复沉淀、分离操作后，室温下真空干燥后得一浅黄色发粘固体，即大分子单体，低温保存备用.大分子单体可溶于水，可在氧化还原引发体系下发生自由基聚合生成凝胶.
1.2.3P（LAPEGLA）大分子单体/NIPA共聚水凝胶合成将0.1 g NIPA、0~0.20 g大分子单体（大分子单体投料量依次增加0.01 g）、2 mg BIS溶于蒸馏水中，依次加入30 μL APS(质量分数为11%)和30 μL TEMED引发聚合反应.聚合反应在室温下进行16 h.反应完成后，将凝胶转移到蒸馏水中浸泡，不断换水，除去未反应的单体和其它杂质.按照大分子单体的投料量将21组凝胶依次编号为0~20号.
1.2.4水凝胶溶胀率测试将上述实验中形成的水凝胶冷冻干燥1天至恒重，称重为Wg（将Wg定义为干凝胶质量）；将干燥试样在不同温度下用蒸馏水浸泡24 h，待其达到溶胀平衡，取出用滤纸擦干凝胶表面的水分，称重为Ws（将Ws定义为达到溶胀平衡的凝胶质量），吸水溶胀率定义为：SR=Ws-WgWg×100%(1)第7期李振华，等：P（LAPEGLA）/NIPA共聚水凝胶的合成及其性能
武汉工程大学学报第33卷
2实验结果和讨论2.1水凝胶的表面形态水凝胶在几分钟内生成，呈无色透明，可以倒置于桌面（图1）.冷冻干燥后，改性后的水凝胶能够明显的看到表面网状的孔洞结构（图2）.从电镜照片上看，PNIPA表现为致密的连续相结构(图3)，而P（LAPEGLA）大分子单体与NIPA共聚水凝胶中则存在较多的大孔结构(图4).图1合成的水凝胶倒置于桌面
Fig.1Head stand photo of the synthetical hydrogels图2水凝胶（0和1号样品）冻干之后照片
Fig.2 Photo of freezedried hydrogels sample 0 and sample 1图3P（LAPEGLA）大分子单体
与PNIPA共聚水凝胶表面形态（1号样品）
Fig.3SEM image of copolymer hydrogel
?derived frow P（LAPEGLA）macromolecule monomer
?and NIPA（sample 1）图4PNIPA水凝胶表面形态（0号样品）
Fig.4SEM image of NIPA hydrogel （sample 0）2.2核磁与红外表征丙交酯单体的核磁图谱如图5，δ=2.05为丙交酯中甲基-CH3的质子峰，δ=4.2为次甲基-CH-的质子峰.
图5LA的1H NMR谱图（CDCl3）
Fig.51H NMR spectrum of LA （CDCl3）丙交酯与PEG共聚后核磁图谱比较复杂，为了便于归属，采用Chemdraw软件进行模拟（图6、图7），然后将模拟的结果和实际的P(LAPEGLA)寡聚物核磁结果进行比对，得到了P(LAPEGLA)上各质子的归属.结果如图8.δ=1.22，1.51，—CH3，δ=3.65-3.76， —CH2-CH2O—，δ=4.30，—CH—，—OH，δ=5.19，—CH.P(LAPEGLA)经端基改性后的大分子单体1H NMR谱图如图9，δ=5.8-6.5，CH2=CH，是双键上的质子峰.如果羟基完全反应，δ=4.30处-OH的质子峰应该消失，同时该处的-CH质子峰应相应的往低场位移，与δ=5.19相叠，但是从图中看δ=4.30处仍然有峰出现，表明羟基可能转化并不完全.

图6P(LAPEGLA)的Chemdraw软件模拟核磁位移
Fig.6Simulated P（LAPEGLA）chemical shifts of nuclear magnetic resonance by Chemdraw software 图7P(LAPEGLA)的Chemdraw软件模拟1H NMR谱图
Fig.7Simulate 1H NMR specrum of （LAPEGLA）by Chemdraw software 图8P(LAPEGLA)的1H NMR谱图（CDCl3）
Fig.81H NMP Spectrum of p（LAPEGLA）
（CDCl3）图9P(LAPEGLA)大分子单体的
1H NMR谱图（CDCl3）
Fig.91H NMR Spectrum of p（LAPEGLA）
macromolecule monomer （CDCl3）
图10为P(LAPEGLA)与大分子单体的红外对照图谱，P(LAPEGLA)的图谱中，3 496 cm-1 处出现了未缔合羟基强吸收峰，证明所合成共聚物中含有端羟基.2 878 cm-1 处的—CH2—的强吸收峰，1 759 cm-1 处出现了C=O 基团的强伸缩振动吸收峰，表明丙交酯与PEG发生了反应生成了聚酯.图10P(LAPEGLA)与大分子单体的红外图谱
Fig.10FTIR spectra of P（LAPEGLA） and
P（LAPEGLA）macromolecule monomer大分子单体的红外图谱中，1 630 cm-1处出现中等强度的不饱和CC的伸缩振动，这是由于接上丙烯酸酯造成的，另外，在图中可以明显观察到改性后的聚合物在810 cm-1出现新的吸收峰，这是双键C—H的弯曲振动造成的.3 420 cm-1仍然有较强的吸收峰，表明端羟基可能转化不完全.2.3水凝胶的平衡溶胀率14号样品（大分子单体与NIPA的配比分别为01、0.11、0.21、0.31）在不同温度（24~48 ℃）的溶胀率测试结果如图11.从图11可以发现，在大分子单体与NIPA比例较小时（0.1~0.31），改性后的水凝胶仍然具有临界溶解温度(LCST)或凝胶相转变温度Ttr（35~40 ℃），但是要高于改性前的33 ℃，并且配比越高，LCST越高.
图11低单体配比时的水凝胶溶胀率
Fig.11Temperature dependence swelling ratios
of hydrogels with lovo feed ratios of the
?macromolecule monomer to NIPA水凝胶在35~40 ℃时溶胀率大大降低，凝胶变白发生相分离，释放其中绝大部分水分，这种独特的性能可以应用于药物控制缓释.相比没有加入大分子单体改性的水凝胶，其溶胀率要高得多，最溶胀率达到70左右，接近改性前三倍.为了进一步探讨单体配比对溶胀率的影响，在同一个温度（24 ℃）下测试了多种不同的配比（大分子单体：NIPA从0.11到21）的共聚物溶胀率.由图12可以看出单体配比对溶胀率的影响总趋势是先增大后减小，其中也有一些小的波动，在单体配比（大分子单体：NIPA）为0.61的时候达到峰值120左右，随后开始下降.但总的来说，共聚后的水凝胶平衡溶胀率均高于未改性的PNIPA水凝胶.图1224 ℃下不同单体配比的水凝胶溶胀率
Fig.12Swelling ratios of hydrogels with
different monomer feed ralios at 24℃当大分子单体与NIPA的配比大于1的时候，我们发现一个与低比例相反的规律（图13）.在大分子单体与NIPA的配比分别为1.21、1.41、1.61、1.81时，水凝胶能够在36~40 ℃大量吸水而达到另一个更高的溶胀率平台，并且体系始终维持均一透明的状态，而在图11研究的低配比情况下，在LCST之上，凝胶不再透明而是变成白浊的状态.图13高单体配比时的水凝胶溶胀率
Fig.13Temperature dependence of swelling ratios
of hydrogels with high feed of the macromolecule
?monomerto NIPA3结语成功制备了LAPEGLA寡聚聚酯并在其端基接上双键制备大分子单体，大分子单体可自聚生成凝胶，将大分子单体和NIPA共聚制备一系列水凝胶.共聚水凝胶在一定单体投料范围内具有良好的温度敏感性能，共聚物的引入大大提高了水凝胶的溶胀率，LCST也略微增大，在一定范围内，随着大分子单体投料量的增加，共聚水凝胶溶胀率也增加.但是在大分子单体投料量大于NIPA投料量之后，水凝胶不出现NIPA 的LCST，而是在更高的温度下（36~40 ℃）大量吸水达到另一个更高的溶胀率平台.