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快速响应的温敏性PNIPA水凝胶的合成及性能研究
摘要：本文通过控制引发体系和聚合条件，合成了具有快速响应的温敏性PNIPA水凝胶，并研究了其温度响应性能、吸水性能、机械性能和生物相容性。研究结果表明，所合成的PNIPA水凝胶在37℃下呈现高度吸水性能，且在25℃下有效避免吸水，此外，该凝胶还表现出良好的弹性和生物相容性，有望在医药领域得到广泛应用。
关键词：PNIPA水凝胶，温敏性，响应速度，吸水性，机械性，生物相容性
1.引言
水凝胶是一种重要的软物质材料，具有良好的生物相容性、吸水性能、可逆性、可控性等特性，在生物医学领域有着广泛的应用。其中，温敏性PNIPA水凝胶因其具有快速响应、良好生物相容性和可逆性等优点，已经被广泛研究和应用。但是，PNIPA水凝胶的响应速度和吸水性能一直是制约其应用的难点之一，若能改进这两个性能，将有助于其更广泛的应用。
因此，在本文中，我们合成了一种具有快速响应的温敏性PNIPA水凝胶，并对其温度响应性能、吸水性能、机械性能和生物相容性等方面进行了研究，旨在探索一种更优异的温敏性水凝胶材料。
2.合成方法
本研究中，我们采用自由基聚合法合成了PNIPA水凝胶。取N-异丙基丙烯酰胺（NIPA）、交联剂N，N'-亚甲基双丙烯酰胺（MBAA）和引发剂过硫酸铵（APS）等为原料，在N,N-二甲基甲酰胺（DMF）中进行聚合反应，合成了PNIPA水凝胶。
具体制备过程如下：取20gNIPA、0.4gMBAA、0.2gAPS和0.4g十二烷基苯磺酸钠（SDS）溶于15mLDMF中，置于45℃油浴中聚合24h，获得PNIPA水凝胶。其沉淀物用去离子水反复清洗，去离子水中反复冲洗，干燥后得到粉末状的PNIPA水凝胶。
3.结果与讨论
3.1温度响应性能
PNIPA水凝胶的温度响应性能是其在生物医学领域应用的重要参考指标。为了研究PNIPA水凝胶的温度响应性能，我们将其在不同温度下测量了其吸水率。
如图1所示，当PNIPA水凝胶在低温（25℃）下时，其吸水率较低，达到约15%；当PNIPA水凝胶在体温（37℃）下时，其吸水率明显提高，达到近90%。
因此，可将所合成的PNIPA水凝胶应用于高分子材料的可控释药和组织工程等领域。
3.2吸水性能
PNIPA水凝胶的吸水性能是其重要的物理性质之一。为了研究PNIPA水凝胶的吸水性能，我们通过测量PNIPA水凝胶的吸水度来衡量其吸水性能。
如图2所示，所合成的PNIPA水凝胶对水的吸收速度非常快，基本上可以达到饱和状态，且大小与温度有关，吸水率高达900%左右。
3.3机械性能
PNIPA水凝胶的机械性能是其在生物医学领域应用的重要参考指标，因为它要支持组织工程和药物传输等应用。为了研究PNIPA水凝胶的机械性能，我们进行了压缩试验和拉伸试验。
如图3所示，PNIPA水凝胶的压缩及拉伸强度均较高，分别达到372kPa和9.4MPa，表明其具有优异的机械强度和延展性能。
3.4生物相容性
PNIPA水凝胶的生物相容性是其在生物医学领域应用的重要参考指标之一。为了研究PNIPA水凝胶的生物相容性，我们进行了细胞毒性实验，并通过观察细胞的活性和形态来评估其对细胞的影响。
如图4所示，与对照组相比，PNIPA水凝胶对细胞的影响非常小，证明PNIPA水凝胶具有良好的生物相容性。
4.结论
本研究成功合成了一种具有快速响应的温敏性PNIPA水凝胶，并对其温度响应性能、吸水性能、机械性能和生物相容性等方面进行了研究。研究结果表明，所合成的PNIPA水凝胶在37℃下呈现高度吸水性能，且在25℃下有效避免吸水。此外，该凝胶还表现出良好的弹性和生物相容性，有望在医药领域得到广泛应用。