Návrh polymerů na bázi NIPAM citlivých na teplotu a pH

Gangadhar Panambu, Ilya Koltover, and Scott Batcheller

MilliporeSigma

Polymery reagující na podněty

Polymery reagující na podněty, známé také jako "chytré" polymery. polymery nebo "environmentálně citlivé" polymery, podléhají rychlým změnám své mikrostruktury z hydrofilního do hydrofobního stavu, které jsou vyvolány změnami prostředí. Vnější podněty, včetně tepla, pH, iontové síly, magnetických a elektrických polí, světla, ultrazvuku a chemických látek, vyvolávají změny prostředí. Makroskopické změny, ke kterým dochází, jsou vratné; systém je tedy schopen vrátit se do původního stavu, když je spouštěcí faktor odstraněn. 

Stimulově reagující polymerní formy

Třídy stimulačně reagujících polymerů na základě fyzikálních forem: (a) lineární volné řetězce v roztoku, (b) kovalentně zesítěné reverzibilní a fyzikální gely a (c) formy s adsorbovaným řetězcem nebo povrchově roubované.

Obrázek 1. a) Kolaps lineárních volných řetězců b) Bobtnání nebo smršťování gelu c) Bobtnání nebo kolabování na povrchu

Aplikace polymerů citlivých na podněty

Jedinečné vlastnosti polymerů citlivých na podněty nacházejí řadu aplikací v chemických a biologických procesech, jako je řízené a samoregulované podávání léčiv, biokonjugace, tkáňové inženýrství, biosenzory, bioseparace atd.

Obrázek 2. Aplikace stimulačně reagujících polymerů

Teplotně modulované uvolňování léčiv pomocí micel PNIPAM a zvýšená buněčná adsorpce pomocí PNIPAM. Fyzikální změnu způsobuje přechod přes nižší kritickou teplotu rozpustnosti (LCST).

Polymery citlivé na teplotu & amp; pH

Citlivost na teplotu a pH jsou nejzajímavější vlastnosti stimulačně citlivých polymerů, protože:

• Některé chorobné stavy se projevují změnou teploty a/nebo pH.
• Snadné vyladění stimulační odezvy na požadovaný rozsah teploty a pH.

Nejrozsáhleji zkoumané systémy citlivé na teplotu/pH jsou založeny na poly(N-isopropylakrylamidu) (PNIPAM). Byla vyvinuta řada polymerů citlivých na teplotu a pH na bázi poly(N-isopropylakrylamidu). PNIPAM může být na konci řetězce funkcionalizován karboxylovou kyselinou, NHS esterem, aminovými a maleimidovými skupinami. NIPAM může být kopolymerizován s kyselinou methakrylovou, aby získal citlivost na pH. Pomocí NIPAM, kyseliny akrylové a di-akrylamidového síťovače byly připraveny také hydrogely citlivé na pH & teplotu.

PNIPAM vykazuje LCST ~32 °C ve vodném roztoku a LCST lze snadno manipulovat kopolymerizací NIPAM s vhodnými monomery.

Obrázek 2. Syntéza PNIPAM s funkcionalizovaným koncem řetězce

Obrázek 4. Syntéza PNIPAM citlivého na teplo a pH

Obrázek 5. Molekulovou hmotnost lze regulovat pomocí činidla pro přenos řetězce (CTA). Závislost molekulové hmotnosti na koncentraci CTA při syntéze PNIPAM-COOH [AIBN]/[NIPAM] = 0,1; teplota 60 ºC, v THF.

Obrázek 6. Graf propustnosti v závislosti na teplotě pro P(N-isopropylakrylát-co-5% kyselina metakrylová), 1% vodný roztok, pH = 4,46