邓字巍.，易昌凤，徐祖顺
      (湖北大学化学与材料科学学院，湖北武汉430062)
    智能材料是对环境具有可感知、可响应，并具有功能发现能力的材料，是集自检测(传感)、自判断和自结论(处理)功能于一体的新型材料。热敏性聚(N一异丙基丙烯酞胺)( PNIF伪Am)类高分子材料属于智能高分子材料。1%7年Sc田，a首次报道了PNI刊幼Lm水溶液在31℃具有最低临界溶液温度(LcsT)后，PNIPAAm引起了科学工作者的广泛关注。早期对PNIPAAm的研究，主要集中于对LcST的相转变理论分析，自20世纪so年代以后，转向对PNIPAAm的应用研究。
    PNIF协Am的大分子链上同时具有亲水性的酞氨基和疏水性的异丙基，使线型PNIPAAm的水溶液，以及交联后的PNIPAAm水凝胶都呈现出温度敏感特性。当溶液体系的温度升高到30一35℃之间时，溶液发生相分离，表现出最低临界溶液温度(LC盯)。利用PNIF伪人m在LCsT附近发生可逆相转变的特性，可以将PNIPAAm设计成分子开关，制备多种智能高分子材料。这些高分子材料在生物医学、免疫分析、催化、分离提纯等领域都有广泛的应用。本文主要综述了近年来PNIPAAm在这些领域中的应用研究。
1生物医学工程中的应用
    近年来，国内外的研究学者对PNIPAAm聚合物及其水凝胶，在生物医学工程领域中的应用做了许多研究工作，并发现了PN田AAm许多新的性质。
1.1药物控制释放
    利用PNIPAAm的热敏性进行药物控制释放，研究的热点主要是PNIPAAm水凝胶和PNIPAAm纳米粒子体系。国内著名学者卓仁禧教授对PNIF叭Am热敏性水凝胶的相转变理论和应用都做了许多研究工作。
    PN任协Am对药物进行控制释放有下面三种情况:①在PN任协Am水凝胶体系中，当体系温度在比sT以上时，水凝胶的表面会发生收缩，导致表面的水化层收缩，形成薄的致密皮层。这种致密的皮层阻止了PNIR助血水凝胶内水分和药物向外释放;体系温度低于忧sT时，水凝胶表面皮层溶胀，此时药物可以从体系中释放。②在以PNll伪五m分子链接枝的聚合物微球体系中，当体系温度在LCST以下时，PNIPAAm的接枝链会在水中伸展，彼此之间交叉覆盖，导致微球孔洞的阻塞。包裹在微球内的药物扩散释放受阻;体系温度在比ST以上时，接枝的大分子链会进行自身收缩，微球表面的孔洞会显现出来，药物可以顺利地扩散到水中，达到控制释放目的。③在低温条件下，将制得的PNIF伪人m水凝胶溶于药物溶液中，通过凝胶溶胀吸附药物。高温条件下，凝胶体系发生体积收缩，药物会以向外排出的方式控制药物释放。
    F肠iue等采用热敏性PNIF伪Am类高分子材料，结合眼药试剂进行控制释放，在治疗青光眼疾病研究中做了许多工作。他们采用线型PNIPAAni溶液，交联PNIPAAm纳米粒子与线型P瓦IPAAm溶液的混合物，分别作为药物的两种载体进行了研究。室温条件下将药物肾上腺素(3H一Epinep助ne)，包理在蜷曲的聚合物链中或密闭在交联的聚合物纳米粒子中。通过动物的细胞毒性等实验研究表明:由PNIF协Am制得的两种载药体系，不呈现细胞毒性;降眼压(inoaocularp~uI’e，IoP)效应作用时间延长，传统眼药药滴的IoP降低效应维持时间为6h，而采用线型PNIF伪Am溶液配制的眼药药滴可以维持24h，交联PNIF协Am纳米粒子与线型PNIP习腼溶液混合体系配制的药滴可维持32h。体系的相转移温度为34℃，而人体温度为37℃，当药滴滴人眼角膜后，PN IPAAm类载体会发生体积收缩，药物会从载体中释放出来，达到治疗青光眼疾病的目的。
    由于PNIpAAm均聚物接触眼角膜后刚性增强，引起病人眼部不适。Hsiue等〔’“〕采用聚甲基丙烯酸一经乙基酸(PHEMA)接枝改性PN任峨Am，提高了PNIpAAm网状结构的亲水性，增强了其柔韧性和生物相容性。在磷酸盐缓冲液中，将形成的线型PNll伪人m一g一PHEMA及其凝胶粒子、肾上腺素配制成药滴(药物释放如图1所示)。与传统眼药药滴相比，这种药滴将roP降低效应时间延长至26h。通过高浓度PHEMA接枝PNIPAAm制得的药物载体，提高了药物释放效率，在相转变温度以上逐渐释放药物。并且接枝后的PNIF伪Am不呈现细胞毒性效应，说明热敏性PNIF协Am类材料作为载体，结合眼药试剂进行药物控制释放，更能达到有效治疗青光眼疾病的目的。

者的广泛关注，将其应用到药物传输系统中，制得各种热敏性药物载体，如:水凝胶，纳米粒子，聚合物胶
束或膜等药物载体材料。这些热敏性高分子药物载体，在药物传输领域中已得到广泛应用研究。
    chung等对热敏性胶束作为药物传输材料进行了深人研究。由于在PNIPAAm分子链末端进行改性，引人疏水或亲水性基团能明显影响PNIPAAm的相转变。他们通过在PNIPAAm链末端引人疏水性基团(-Cl18H35)进行改性，与 PNIpAAm和疏水性单体的无规共聚物相比，末端改性能更有效地改变PNIR以叨相转变性质。这是由于末端的疏水基团通过疏水部分的聚集，形成了疏水性微区，这种疏水性微区易与水介质中的PNIPAAm发生分离作用，最终形成热敏性核一壳结构胶束。这种聚合物胶束中存在自由线型PNIPAAm分子链，具有与纯PNIPAAm溶液相同的LcsT。在LCST附近，聚合物胶束同样表现出相转变行为。这种热敏性胶束，可以应用于药物传输进行靶向给药研究。chung等还利用PN任协Am与聚甲基丙烯酸丁醋(PBMA)的嵌段共聚物形成聚合物胶束，通过热敏性胶束结合药物进行了传输研究。通过PBMA部分的自聚集，形成聚合胶束的核中心，PNIPAAm形成胶束的壳层，并起着稳定胶束和产生热敏性作用。热敏性胶束在LCST附近，表现出明显的热敏性“开一关”行为。核中心负载的药物成分，可以利用这种“开一关”行为，进行药物输送和释放。
    sak吟等通过表面含有两种亲水型分子链的聚苯乙烯纳米粒子，作为载体材料结合沙门降血钙素仕欲mon。alcitonin，。cr)，进行口服肤传输实验。通过在老鼠体内的实验，表明纳米粒子的结构会影响生物体对scT的吸收。粒子表面存在PNIPAAm和阳离子型聚乙烯胺(PvAm)两种分子链，会提高生物体对。CT的吸收，而表面存在PNIPAAm与非离子型聚乙烯基乙酞胺(PNVA)分子链的纳米粒子，由于PN任汰Am被PNVA屏蔽，导致生物体对。CT的吸收能力消失。说明纳米粒子作为载体，提高生物体对药物吸收的能力与纳米粒子自身结构和表面性质有关。
1.3生物活性物质的固定
    采用热敏性PNIPAAm固定化酶和蛋白质等生物活性物质，提高了生物物质的活性和热稳定性，且生物活性物质易于分离和重复使用。chen等对末端为醋基的热敏性PN任叭Am低聚物固定α-姨凝乳蛋白酶做了研究。在34℃温度下，固定化酶可完全溶解在水中，温度高于36℃，溶液体系发生相分离现象。与天然酶相比，固定α-胰凝乳蛋白酶表现出更高的生物活性，且热稳定性增强。经过多次溶解一沉淀循环，回收得到的固定化酶，仍保持高的生物活性，且回收率可达到93%以上。这种热敏性固定化酶可以作为水解酪蛋白的生物催化剂重复使用。chen等还研究了PNIPAm及其共聚物对α-淀粉酶的固定。热敏性材料固定的α-淀粉酶提高了生物酶的活性和稳定性，同时还使其具有可逆的溶解一沉淀行为，温度高于LCST时，固定。一淀粉酶在水溶液中发生沉淀和絮凝现象。低于LCsT时，又重新溶解。利用这种性质对固定酶进行回收，回收的α-淀粉酶可以多次重复使用，对水溶性淀粉进行催化水解，仍可以保持高的催化活性。
    Kat。等通过热敏性聚(N一异丙基丙烯酞脚丙烯酞胺)凝胶与糖化酶之间形成的昔键，达到固定糖化酶目的。热敏性固定酶应用于催化水解葡萄糖溶液，可以制备异麦芽糖和麦芽糖，固定酶催化制备的两种搪产率，明显高于游离酶的催化产率。
    Fang等阵l将热敏性PNIPAAm分子链，引人到苯乙烯与甲基丙烯酸缩水甘油醋共聚制备的微球表面，形成同时具有热敏性和两亲性的微球。利用这种特殊结构和性质的微球作为载体，吸附和固定蛋白质。研究蛋白质在微球表面吸附和固定行为，可以进一步探讨蛋白质在生物领域中更广泛的应用。利用微球对温度和介质pH的敏感性，蛋白质在其表面吸附可以通过pH或温度进行控制;而蛋白质的固定可以通过微球表面环氧基与蛋白质中的氨基反应的条件进行控制。
2免疫分析
    免疫分析技术具有高度的准确性和特异性，在临床检验领域中倍受重视，成为检验分析方法中最为重要的技术之一。
    作为人体中最强的一种雌性激素一雌二醇，其含量与某些肿瘤密切相关。而它在人体液中的含量很低，对其定量测量分析较为困难。苏萍等〔233研究了一种新测试方法，采用热敏性PNIPAAm水凝胶，代替传统的聚丙烯酞胺涂层柱作为填充介质，进行雌二醇的毛细管电泳免疫分析。通过热敏性水凝胶能够有效地抑制毛细管内壁吸附，缩短了分离时间，提高了检测的重现性。同时，毛细管柱可以反复使用。这种新的分析方法具有受外界干扰小、检测限低、自动化程度高等优点。
    吕伸等首次将胶体金作为标记物引人相变免疫分析中，建立吗啡免疫分析的新方法。通过将吗啡抗体与PNIPAAm水凝胶偶联，胶体金标记吗啡全抗原，再进行相变分离，最后用可见吸收光谱仪进行检测。这种免疫分析方法具有以下特点:利用了胶体金快速稳定的物理吸附标记，省去了化学偶联的过程;利用胶体金自身的颜色，在可见吸收区域进行检测;同时利用热敏性水凝胶的相变特点，进行异相快速分离，这是一种快捷的检测方法。此方法不需要复杂的分析仪器，滤光片分光的可见分光光度计就可以完成分析过程。所用试剂可以长时间保存，有利于实现分析方法的试剂盒化。检测范围可达到O，10-100mg/L，检测时间可控制在5而n以内，完全满足临床检测的要求。这种方法相对于荧光标记、酶标记免疫分析方法，在快速、简便特性上有明显的优势，针对实际的尿样分析，取得了满意的结果，同时对既是药品又是毒品的吗啡的检测有深远的意义。
    荧光免疫分析(FIA)是一种高灵敏度、高特异性的免疫分析技术，已广泛应用于临床诊断、药物筛选和环境评价等领域。杨黄浩、朱庆枝等〔欢26]利用PNIF城Aln热敏性质在荧光免疫分析中做了许多研究工作。他们将水溶性热敏高分子PNIPAAm和抗体偶联，用异硫氰酸荧光素标记羊抗人乙肝表面抗原抗体，建立了夹心型热敏相分离荧光免疫分析乙肝表面抗原(HBs纯)的新方法。评价了抗体在PNIPAAm上的固定效率和非特异性吸附情况。HBsAg在0.5一100卜岁mL范围内与体系荧光强度呈良好的线性关系，检出限为10n岁mL HBsAg。该方法既具有均相免疫分析的快速性，又有固相免疫分析的高灵敏度。用于乙肝病人血清中HBsAg水平的测定，结果令人满意。他们又通过将N-异丙基丙烯酞胺与甲基丙烯酸共聚，制备了37℃下相转变、pH值在5.6左右且性能优良的pH敏感高分子P( NlpAAm一M从)，以其作为免疫反应载体，建立了乙肝表面抗原的pH敏感相分离荧光免疫分析系统。其测定灵敏度基本和固相法相当，而免疫反应平衡时间只需4 min。
    以PNIPAAm作为免疫反应载体的热敏相分离免疫分析中，采用均相免疫反应和异相分离，在很大程度上可有效地彭民均相免疫和异相免痊分析中存在的局限性。但目前报道的热敏相分离免疫分析方法，均采用共聚反应将抗体固定在高分子链上的方法。由于空间阻碍作用，高分子链不可避免地会对固定化抗体的免疫活性以及免疫反应动力学产生一定影响。研究发现对于小分子模拟酶或模拟酶标记的抗体，若采用共聚固定方法将会导致模拟酶的催化活性下降。同时，若将模拟酶共价结合在高分子末端，其催化活性反而有较大增强[27〕。他们合成了末端带有活性梭基的PNIPAAm低聚物，利用双功能试剂，将鼠lgG和PN任叭Am低聚物末端的竣基结合，用四磺基铁酞普(Fe仆PC)标记羊抗鼠I姊抗体，研究了这类新型热敏高分子在免疫分析中应用的可行性，以及高分子链对固定化抗体活性的影响。用竞争型免疫分析原理，建立了热敏相分离荧光免疫分析羊抗鼠够的抗体新方法[周。
3催化
  PN’IPAAm类热毗高分子材料应用到催化领域中，除作为固定酶载床，应用到酶的催化研究外。研究人员还将其应用到与无机重金属结合，制备高效的金属粒子催化剂方面。Chen等在这方面做了许多研究工作，他们采用聚(N一异丙基丙烯酞胺)大分子单体(PNIPAAm)参与苯乙烯分散聚合制得高分子微球;然后在乙醇介质中通过还原玩Ptc几，在微球原位上形成粒径为2.onln，具有催化性质的胶态铂金属。此纳米级胶态金属在水中非常活泼，能作为非均相催化剂还原烯丙醇化合物。通过这种方法制得的PNIR认血一PS一R催化活性与普通的P口C和PS/R催化活性相比都要高，并且多次循环使用后催化活性仍保持很高。
    chen等[32]在含有PN任协Am的醇水溶液中，还原HAucl4和残Rc几制备了胶态树R双金属纳米粒子。这种由热敏性PN正城Am分子链保护的纳米粒子呈单分散性，平均粒径为2.Olun，且为合金结构。水溶液中粒子体系的LCST为34.2℃，当体系温度高于LcST，这种粒子催化剂会发生相分离，导致.催化活性降低。所以，利用这种性质可以使A口R双金属纳米粒子，在低于30℃条件下，对烯丙醇催化还原。与R单金属溶胶催化相比，热敏性PNIPAAm分子链保护的A叮R双金属纳米粒子催什活性更强。
    s吟ki等在乙醇介质中还原HZRc几溶液，制得单分散性R胶态粒子，再通过PNIPAAm接枝的硅胶作为载体，固定单分散性R胶态粒子。在乙醇介质中固定的R胶态粒子，可以作为活性较高的多相催化剂，对烯丙醇进行催化氢化。由于无机硅胶具有较好的热稳定性和机械稳定性，通过硅胶为载体固定的R胶态粒子体系，同样具有这些性质，以致R胶态粒子多次反复使用回收后，仍保持较高的催化活性。
4分离提纯
    D吨等制备了热敏性磁性Fe，仇/P(st一NlpAAm)微球，并将其用于人血清白蛋白(HsA)的吸附/解吸研究。在TLCST，微球可以吸附大量的HSA蛋白质。再在T<比ST条件下，通过磁分离作用，将吸附的HAS蛋白质解吸。通过如此反复操作，可以使HSA蛋白质分子分离、纯化。热敏性磁性微球在分离过程中无凝聚现象，可以重复使用。克服了PN任伪Am微球在离心分离过程中，本身易发生凝聚，不利于循环使用的缺点。
    利用生物抗体改性PNIF城Am，得到热敏性抗体，这种共扼聚合物保持了对抗原的键合能力，同时在比sT以上，可进行沉淀分离。利用这种热敏性抗体共聚物，可以达到亲合分离、纯化、浓缩生物抗原的目的。Fong等[周利用PNIpAAm与免疫球蛋白F，片段偶合的共扼聚合物，对鸡蛋白溶菌酶(HEL)做了亲合分离研究。通过Fv片段保持对抗原的亲合活性，键合溶液中的HEL，再通过共扼聚合物的热敏性，37℃条件下进行热分离，得到含有HEL的沉淀物。低温条件下，热分离出的聚合物在清液中重新溶解，再通过洗脱回收HEL抗原。这种亲合分离方法显著的特点是可以在较小的溶液体积范围内达到快速浓缩抗原的目的。
    naudy等通过链转移聚合制得PNIFAAm，与亚氨基生物素偶合，制得亲合性较高的配体。在高的pH值(<10)条件下，亚氨基生物素偶合的PNIF叭Am配体，对抗生物素蛋白偶合有高的亲合性，较低pH值(<4)条件下，抗生物素蛋白会从配体表面释放出来。这种亲合配体可以从含有大量溶菌酶的溶液中，分离纯化抗生物素蛋白，且产率可达到90%以上。回收的抗生物素蛋白可以保持高的生物活性。Pan等份〕利用热敏性PNIFAAm水凝胶分别与外源凝集素受体伴刀豆球蛋白A(conA)、麦胚芽外源凝集素(WGL)偶合形成亲合配体，利用这些亲合配体可以有效地亲合沉淀和纯化不同的多糖，或多糖中包含的化合物(β-聚糖)。通过偶合形成的热敏性亲合配体，来达到分离纯化目的。此分离方法的优点是利用热敏聚合物的特性，可以在低温条件下，对热不稳定性糖蛋白进行分离纯化;还可以通过偶合其它生物活性物质形成不同的亲合配体，达到对不同类型生物物质分离纯化目的。
5其它材料的应用
    PNll伪五m及其共聚物作为热敏性材料，在其它领域中的应用也有研究报道，如:合成光学晶体〔周、微载细胞培养材料〔州、热敏性微型生物分子容器呻]、生物分子识别材料[4l1北学传感器等。