低聚（乙二醇）二丙烯酸-甲基丙烯酸热敏聚合物纳米凝胶的制备及其性能表征

背景

刺激响应性聚合物能够对外部刺激做出反应，其物理化学性质发生相当大的变化 [1,2,3]。由于这种响应能力，已经开发了各种各样的应用，包括执行器、药物输送、基因转移和材料分离 [4,5,6,7]。在温度、pH、离子强度、电场和超声波等常见的外部刺激中，响应温度变化的聚合物，即热敏聚合物，几十年来受到了极大的关注[1,2,3,4,5,6, 7, 8, 9]，其中具有体积相变温度（VPTT）或较低临界溶解温度（LCST）的聚合物，对于未交联的可溶性聚合物，迄今为止研究最广泛。对于 P(N -异丙基丙烯酰胺）、PNIPAM 是一种热敏聚合物，因其在 32°C 左右的水中的 VPTT，接近人体温度而对其潜在的生物医学应用进行了广泛研究 [2, 9,10,11,12]。

众所周知，基于 PNIPAM 的材料具有可辨别的滞后性，与蛋白质具有很强的氢键相互作用，并在水解过程中产生低分子量胺。所有这些特性都限制了它们在生物技术领域的应用[13]。最近，已开发出基于具有热响应特性的低聚（乙二醇）（OEG）的新型聚合物（PEG）家族 [14,15,16,17]。然而，水中的 PEG 仅在高温和高压下才具有热响应性 [18]，这使得 PEG 不适用于许多应用。为了扩大其作为热响应材料的应用，通常的做法是在其一个或两个 OEG 末端连接官能团，制成 OEG 大分子单体，然后通过不同的过程聚合，例如阴离子 [19]、阳离子 [20] , 基团转移聚合[21, 22];常规自由基聚合[23]；各种基于自由基的活性聚合，包括 ATRP [24]、RAFT [25, 26] 和 NMP [27]；和各种其他聚合过程 [28, 29]。现在众所周知，OEG 基聚合物的 VPTT 或 LCST 可以通过改变它们合成的实验条件来调整，以改变它们的结构，包括例如分子量、结构和 EG 链段的长度，共聚单体的比例和结构，以及端基的性质。所有这些都在最近的评论中得到了很好的呈现 [1, 17]。

值得注意的是，绝大多数报道的基于 OEG 的响应性聚合物的研究都是用（甲基）丙烯酸酯官能化的 OEG 单体的一端制备的，而另一端由醚封端。因此，由此制备的聚合物由具有作为侧基的OEG链的(甲基)丙烯酸链段的主链组成，这使得OEG聚合物成为梳状链。迄今为止报道的基于 OEG 的聚合物的另一个共同特征是，这些聚合物主要是通过聚合一种单一的 OEG 大分子单体 [19] 或两种或多种不同 OEG 长度或结构的 OEG 大分子单体的共聚来制备的 [14,15, 16]，在任何一种情况下都没有交联。与此背景相反，本工作通过低聚（乙二醇）二丙烯酸酯（OEGDA）与甲基丙烯酸（MAA）共聚，通过沉淀聚合制备了一种新型的基于 OEG 的聚合物 P（OEGDA-MAA）。水。因此，由于二丙烯酸酯结构，因此形成的聚合物交联，并且在水中显示出与 VPTT 的热响应，这类似于通常报道的 LCST 型相变，而在乙醇中，该聚合物显示出 UCST 型的 VPTT。两种 VPTT 都与浓度密切相关。这些相变的特征在于不同浓度下分散体中的聚合物组成和形态。因此，这项工作提供了一种新型的刺激响应聚合物，具有巨大的应用潜力，尤其是在生物医学领域。

方法

材料

低聚（乙二醇）二丙烯酸酯（OEGDA，Mn =575）购自阿拉丁（中国上海）。甲基丙烯酸 (MAA) 来自天津广成化学公司（中国天津），抑制剂通过碱性 Al2O3 去除（中国上海国药控股有限公司）。过硫酸铵 (APS) 由天津河东红岩化工（中国天津）提供。透析袋（MWCO 3500）来自联合碳化物公司（中国上海）。

制备 P(OEGDA-MAA)

OEGDA 和 MAA 的共聚物 P(OEGDA-MAA) 是通过在水中沉淀聚合制备的。对于典型的过程，将 MAA（0.1834 克，2.11 毫摩尔）和 OEGDA（0.8166 克，1.43 毫摩尔，OEGDA/MAA 的摩尔比 =40/60）加入到预先放置在 1升容量。在氮气吹扫以去除氧气后，加入 APS 溶液（10 重量%，300 微升）。将烧瓶快速密封并置于 70°C 的水浴中，通常开始聚合 4 小时。瓶中的透明内容物在引发后迅速变浑浊，表明聚合物沉淀。聚合结束时，将反应体系冷却至室温，混浊的乳液状混合物变成澄清的聚合物分散体，向其中加入一定量的 pH 为 1.0 的 NaCl 溶液（2 M），预用盐酸调节，加入。 NaCl 溶液的加入引起聚合物的沉淀，通过 10,000 rpm 离心收集聚合物，重新分散在水中，最后在室温下用去离子水透析 72 小时以去除 NaCl。

特征化

¹ 使用二甲基亚砜-d 在 400-MHz NMR 光谱仪（Avance III，Bruker，Switzerland）上对聚合物进行 H NMR 分析 6 (DMSO-d 6) 作为溶剂。使用扫描电子显微镜（SEM，FEI Quanta Feg-250，US）观察干燥聚合物的形态。聚合物的 OEGDA 含量使用之前描述的电位滴定法测定 [30]。用约0.1 M的校准NaOH溶液将聚合物在去离子水(1.0mg/mL)中的分散体滴定至pH 11.5。用pH计(Metrohm 808 Titrandio，Switzerland)测量并记录分散体的pH。当量点用于确定共聚物中的 MAA 含量。 P(OEGDA-MAA) 在胃分散液（pH =1.0，150 mM NaCl）中的 VPTT 如前所述 [30] 测量。 P(OEGDA-MAA) 在其乙醇分散体中的 VPTT 是通过使用分光光度计 (UV3101PC, Shimadzu, Japan) 跟踪分散体在 565 nm 光下的透射率来确定的。首先将聚合物分散体加热到 70°C，高于转变温度，平衡 5 分钟，然后以 5°C 的间隔从 65°C 冷却到 10°C，每个温度下的平衡时间也为 5 分钟.记录透射率与温度的关系，并将达到最大透射率的 50% 时的温度作为 VPTT。通过动态光散射（DLS，Nano-ZS，Malvern Instruments，UK）测量P（OEGDA-MAA）水凝胶在乙醇和水中的尺寸和尺寸分布。

结果与讨论

P(OEGDA-MAA)的成分分析

值得注意的是，在报道的各种基于 OEG 的热响应聚合物的制备中，绝大多数 OEG 大分子单体仅在一个末端官能化，其中大多数使用甲基丙烯酸酯作为末端基团，而对于低分子共聚单体重量，使用了各种（甲基）丙烯酸酯和丙烯酰胺，而 MAA 很少使用 [3, 13,14,15,16,17]。为了制备一种新型的基于 OEG 的热敏聚合物，一种两端都用丙烯酸酯 (OEGDA) 官能化的新型 OEG 在水中与 MAA 共聚，MAA 也是一种很少使用的单体（参见附加文件 1：图 S1）。聚合反应是用 40% 的 OEGDA（摩尔）进行的。通过 ¹ 分析所得P(OEGDA-MAA)的组成 H NMR（图 1）。峰的分配是基于所用单体的那些（参见附加文件 1：图 S2）和报告的具有相似结构的聚合物 [31]。化学位移为 1.2 ppm 或更低区域的峰组被指定为聚合物中 MAA 单元中的甲基质子； 2.0 ppm 处的大而尖锐的峰归于由 MAA 和丙烯酸链段组成的主链中的质子，而出现在 3.2 至 3.9 ppm 处的大峰组归于主链乙烯的质子。化学位移为 12.35 和 4.11 ppm（图 1）的特征峰归因于 MAA (Ha) 的羧酸质子和紧邻丙烯酸酯单元的氧乙烯酯质子 (Hb)，用于估计共聚物。 P(OEGDA-MAA)共聚物中的OEGDA含量由方程式计算。 1：

¹ P(OEGDA-MAA)的核磁共振氢谱

其中 S a 是 12.35 ppm 处峰的积分表面积，代表羧酸质子和 S b 是 4.11 ppm [30] 处的峰值。因此获得共聚物中的 OEGDA 含量为 40.9 mol%。同样的 OEGDA 含量也通过电位滴定法估算（参见附加文件 1：图 S3），OEGDA 含量为 38.8 mol%。与用于制备聚合物的单体比例（40 mol% OEGDA）相比，可以得出结论，OEGDA 和 MAA 两种单体完全共聚。

P(OEGDA-MAA) 的形态

为了制备 P(OEGDA-MAA) 的水分散体，将已知量的干燥聚合物水凝胶在室温下分散在给定量的水中，通过简单的手摇小瓶获得澄清的溶液状分散体，因为这低于聚合物在水中的 VPTT 进行，以下称为低 VPTT。对于P(OEGDA-MAA)在乙醇中的分散，将已知量的聚合物加入到螺旋盖玻璃瓶中的已知量的乙醇中，在磁力搅拌下预先置于70°C的水浴中。在温和搅拌下，根据聚合物浓度，在 30 分钟至 1 小时内形成准透明的分散体。对于所有聚合物浓度不同的乙醇分散体，将它们在 70°C 下加热 1 小时以获得聚合物的平衡溶胀，然后冷却至室温，使准透明的分散体变得混浊，因为这个室温远低于聚合物在乙醇中的 VPTT。取出聚合物澄清的水分散液和乙醇中的混浊悬浮液，滴在样品载体上，进行SEM形貌观察。图 2 给出了选定的图像。可以看出，对于由水分散体制备的样品（1.0 mg/mL，图 2a），可以清楚地观察到数均直径约为 40 nm 的纳米级水凝胶颗粒。 ）。值得注意的是，聚合在 70°C 下进行，该温度明显高于聚合物的低 VPTT，在该温度下形成了聚合物颗粒。尽管形成的聚合物不溶于水，但它们必须是高度亲水的，因为它们主要由乙氧基化物和甲基丙烯酸组成。考虑到这一点，可以想象聚合物会在聚合的后期沉淀出来，正如观察到的，在引发后约 30 分钟，清澈的溶液变得浑浊，比传统的沉淀聚合时间长得多 [32， 33]。此外，单体浓度非常低 (0.2 wt%)，并且形成的聚合物 P(OEGDA-MAA) 是交联的。所有这些结合在一起，形成非常小的纳米凝胶颗粒，在干燥状态下约为 40 nm，这并不奇怪。在室温下在水中，通过在聚合结束时冷却聚合体系或通过将干燥的聚合物重新分散在水中，这些水凝胶颗粒被认为不会在分子水平上真正溶解，因为聚合物是交联的，而是大量被水溶胀，聚合体系看起来像真正的聚合物溶液，透光率为 100%（图 3）。事实上，流体动力学粒径 (R h，半径）在 DLS 聚合结束时在该系统中检测到约 12 nm（附加文件 1：图 S4）。与干燥状态下颗粒的尺寸（直径，40 nm）（图 2a）相比，水凝胶颗粒的 DLS 尺寸甚至更小，这表明水凝胶颗粒在 SEM 样品中的水分蒸发过程中必须聚集。这很容易理解，因为水凝胶颗粒在其水分散体中具有 100% 的透射率，必须在很大程度上溶胀，并且如果它们中的每一个保持独立，则在干燥状态下尺寸比预期的 DLS 尺寸小得多的颗粒除去溶剂后形成固体颗粒。知道交联聚合物完全溶胀，其亲水链末端大部分延伸到周围的水相中，它们的亲水链和末端应该在一定程度上相互渗透。这使得整个分散体高度均匀。分散体的 100% 透射率是均匀性的指示。在这种情况下，随着水分的蒸发，水凝胶颗粒的一些聚集并不出乎意料；这应该是不可避免的。

P(OEGDA-MAA) 在室温下以 1 mg/mL 的不同浓度分散在水中的 SEM 图像 (a ) 和乙醇中 5 mg/mL (b ) 和 10 毫克/毫升 (c )

P(OEGDA-MAA)分散体(1.0 mg/mL, 150 mM NaCl)在不同pH值下透光率对温度的依赖性

对于室温下 P(OEGDA-MAA) 在乙醇中的混浊混合物，以相同的方式制备样品，将其滴在样品载体上并在 SEM 下观察形态。对于 5 mg/mL 浓度的样品，发现如图 2a 所示在水中观察到的纳米颗粒消失了（图 2b）。相反，出现了水凝胶聚合物的聚集颗粒，并且颗粒的尺寸明显大于从它们的水分散体中获得的颗粒的尺寸（图 2a）。这有力地表明两种类型的分散体的消溶胀差异很大。

最有可能的是，水凝胶聚合物链在高于 UCST 型高 VPTT 的乙醇中比在低于 LCST 型低 VPTT 的水中更互穿。这很可能是因为乙醇在结构和亲水性上更类似于 P(OEGDA-MAA)。通过冷却至室温，水凝胶聚合物的原始纳米粒子在其合成过程中形成并在该 UCST 型高 VPTT 之上大量膨胀，被粘在一起，因此观察到颗粒或它们的聚集。在乙醇中较高浓度（10 mg/mL，图 2c）下，水凝胶聚合物链似乎进一步相互渗透，形成连续的水凝胶膜，存在随机分散的小颗粒。

水中 P(OEGDA-MAA) 水凝胶的低 VPTT

上面合成的这种聚合物 P(OEGDA-MAA) 具有热响应性（图 3），并且响应性也与 pH 密切相关。在浓度为 1 mg/mL 且 pH 为 1.0 的水中检测到 33°C 的 VPTT，并且该 VPTT 在 pH 3 时转移到 42°C 的更高温度，随着 pH 值的升高而显着增加。随着 pH 值进一步增加到 5，聚合物的透光率没有出现任何变化，即 VPTT 消失。这些观察结果表明，氢离子的存在是水凝胶聚合物具有热响应性所必需的，这与大多数用不含羧酸的单体制备的基于 OEG 的响应性材料完全不同，后者在 pH =7 或更高时仍保持响应性 [34] .众所周知，响应性聚合物在室温下通过其链与水分子之间的不同相互作用而增溶或交联溶胀，即它们的 VPTT 行为可被视为亲水性聚合物-水相互作用与疏水性相互作用的结果。聚合物-聚合物相互作用 [1, 2, 7, 16, 35]。在该VPTT以下，聚合物的亲水部分与水之间的相互作用是有利的，水分子排列在聚合物链周围，与亲水的EG链段建立氢键，导致聚合物线性增溶，交联时溶胀，而在VPTT以上，水-聚合物的这种相互作用减少，同时疏水聚合物本身之间的相互作用增加，导致聚合物链脱水及其自聚集。对于大多数没有羧基部分的基于 OEG 的聚合物，其链中没有强氢键供体，但范德华相互作用较弱。 VPTT 对 pH 值的依赖性相对适中。然而，当羧基被引入聚合物链时，情况发生了巨大的变化，如 P(OEGDA-MAA) 的当前情况。在低温 (

水凝胶颗粒的尺寸变化很好地证明了这种 VPTT 转变，水凝胶颗粒的尺寸变化是由 DLS 在不同温度下测定的（图 4），在浓度为 1 mg/mL 和 pH 值为 1.0 的 P（OEGDA-MAA）水分散体上。在低于 VPTT (33 °C) 的温度下，检测到非常小的颗粒。尺寸随着温度升高缓慢且连续增加，从 10°C 下的约 15 nm 到 25°C 下的约 20 nm。随着整个 VPTT 温度的升高，检测到颗粒尺寸突然增加，在 35°C 时检测到约 600 nm 的颗粒直径，刚好高于 VPTT (33°C)；一旦温度超过 VPTT，就会观察到分散的聚合物水凝胶的尺寸又缓慢逐渐增加。很明显，与低于 VPTT 获得的尺寸相比，此处检测到的尺寸（35°C 时约为 600 nm，60°C 时约为 1100 nm）是聚集水凝胶颗粒的尺寸。图 4 显示热敏聚合物的脱水在 VPTT 之前开始得更早；在 VPTT 或非常接近它的温度范围内，脱水大大加速，这促使颗粒因脱水而收缩和聚集，并且检测到透射率急剧下降，如图 3 所示。 . 水凝胶颗粒的尺寸变化也表明在 VPTT 后水凝胶颗粒的脱水引起的聚集仍在发展；它不能简单地通过透光率检测到，因为与此状态下的高不透明度相比，透光率的降低非常小。

不同温度下水分散体 (1 mg/mL, pH 1.0) 中热敏 P(OEGDA-MAA) 水凝胶的直径

除了图 3 中对 pH 值的响应依赖性之外，材料的热响应行为还与离子强度、浓度和加热/冷却速率密切相关。不同的作者已经表明，基于 OEG 的聚合物的 VPTT 对浓度相当不敏感 [14, 37]。然而，吴等人。据报道，在对甲基丙烯酸 2-（2-甲氧基乙氧基）乙酯与低聚（乙二醇）甲基醚甲基丙烯酸酯的共聚物的研究中，观察到了轻微的差异，并假设归因于比其他研究更高的浓度（10wt%） [16]。简要研究了聚合物浓度对 VPTT 的影响，浓度从 1.0 到 5.0 mg/mL（参见附加文件 1：图 S5）。发现，与 1.0 毫克/毫升浓度的水凝胶在 33°C 观察到的 VPTT 相比，VPTT 在 2.0 毫克/毫升的浓度下转移到 29°C 的较低温度，并进一步温度降低约 27°C，浓度增加至 5.0 mg/mL。这仅仅是由于共聚物的浓度效应。在目前的加热过程中，远低于 VPTT，所有或大部分聚合物链在其分散体中独立且大量溶胀；在 VPTT 附近，它们开始聚集，在 VPTT 之后，所有聚合物都聚集形成聚合物在溶剂（本例中为水）中的异质悬浮液，导致透光率为 0%。 VPTT 是聚合物链开始大量聚集的时间点的指示。很容易想到，在较高浓度的分散体中，聚合物链容易相互相遇而聚集，并且在较短的时间内达到与稀释分散体相当的透射率降低所需的时间。

乙醇中 P(OEGDA-MAA) 水凝胶的 VPTT

与 LCST 型 VPTT 相比，对 UCST 或 UCST 型 VPTT 聚合物的研究报道较少[38]。聚磺基甜菜碱 [39] 和聚 (N -丙烯酰甘油）[40,41,42] 是据报道在水中具有 UCST 的聚合物，而据报道聚丙烯酰胺 [43] 和聚（甲基丙烯酸乙酰乙酰氧基乙酯）[44] 在二元乙醇/水溶剂混合物中表现出 UCST。罗斯等人。证明聚[低聚（乙二醇）甲基醚甲基丙烯酸酯]（POEGMA）在多种脂肪醇中表现出UCST，并且UCST相变温度取决于POEGMA的结构、分子量和浓度，如以及溶剂、共溶剂 [45]。据报道，P(NIPAM) 在乙醇/水混合物中也表现出 UCST 行为 [46]。

与在水中对 LCST 型 VPTT 进行的测试不同，该材料的 UCST 型 VPTT 的研究是在乙醇中进行的。在 70°C 到 15°C 之间记录传输，每个温度下的平衡时间为 5 分钟（图 5）。当温度为 70 °C 或更高时，水凝胶-乙醇分散体均匀透明，所有样品的透光率均为 100%，但最高浓度为 30 mg/mL 的样品的透光率为约 95%。我们相信延长平衡时间将达到 100% 的透射率。这种高透光率表明水凝胶聚合物大量溶胀，并且分散体看起来像真正的溶液。随着温度的降低，观察到所有样品的透射率都降低，并且明显与浓度相关。随着温度降低到 60°C，两种浓度较低的样品（1 和 2mg/mL）的透射率保持在 100%，并且仅当温度下降到 60°C 以下时才观察到透射率的明显下降，而对于三种浓度较高的样品（5、10 和 30 mg/mL），从 70 °C 开始检测到透光率明显下降，并且对于较高浓度的样品降低更为显着。在 60 °C 时，样品的透光率分别下降到 87%、80% 和 70%，严格按照其浓度从低到高的顺序排列。这与在水中低 VPTT 中观察到的完全相同，并且很容易通过浓度效应理解。唯一的区别是这里它关注的是乙醇而不是水，并且通过降低温度，水凝胶聚合物的分子内和分子间相互作用变得更加重要，这些相互作用超过了聚合物和乙醇之间的相互作用。当温度降低时，与 VPTT 以上聚合物链缔合的乙醇分子逐渐解离，当温度接近 VPTT 时聚合物链开始自聚集，导致透光率下降，如图 5 所示。

P(OEGDA-MAA)在不同浓度乙醇中的透过率。插图分别是乙醇 (1 mg/mL) 中水凝胶在 25 和 60 °C 下的光学图像

相变机制

为了更好地理解这种 UCST 型 VPTT 的机制，在冷却过程中使用 DLS 测量了 1 mg/mL 浓度的水凝胶颗粒的大小，这与 LCST 型 VPTT 完全一样。结果如图 6 所示。非常小的粒径，半径约为 8 nm (R h)，是在 60°C 下获得的，尽管样品看起来均匀且透明。水凝胶颗粒的小尺寸与 10°C 时低于该低 VPTT（直径 15 nm，图 4）的水中纳米凝胶的尺寸一致，这可能表明交联的水凝胶在很大程度上溶胀到就像在分子水平上以如此低的浓度单独溶解一样的状态，亲水链末端（主要是羧基）完全向周围的溶剂延伸；整个系统确实是同质的，看起来完全透明。考虑到 MAA 的用量 (60 mol%) 及其在水中的高溶解度，不排除某些链段，特别是仅由 MAA 组成的链端，很好地存在于聚合物中。 These chain ends would be the most exposed towards the surrounding solvent in their fully swelled state, i.e., towards water below the LCST-type VPTT and towards ethanol above the UCST-type VPTT. Owing to the limited number of the hydrophilic chain ends and their high hydration, the size of the hydrogel particles detected might be only the size of the crosslinked core, as shown by the encircled area in Fig. 7. In fact, hydrogel particles with their R h around 10 nm, determined by DLS, were often reported. Diverse examples are available, such as polyacrylamide above its UCST in aqueous alcohol solutions [43] and 4-propoxyazobenzene-terminated PNIPAM in aqueous solution below its LCST [47]. And R h as small as 2 to 3 nm was reported for an OEG-based responsive polymer below its LCST [48]. For the present polymer, by decreasing the temperature from 60 to 45 °C, very close to the VPTT, the R h of the hydrogel particle size slightly increased to about 7 nm. This increase might be caused by the collapse of the hydrophilic chain ends, which were extended into ethanol at temperature above the UCST-type VPTT as discussed above. At this stage, the crosslinked core of the hydrogel particles was largely shrunk because the ethanol molecules were squeezed out of the polymer inner, owing to a decrease in the interaction of the polymer chains with ethanol molecules by decreasing the temperature, accompanied by an increase in the interaction of the polymer chains between themselves. By further decreasing the temperature to 40 °C just across the UCST (43 °C), the radius of the hydrogel particles abruptly increased to a significantly large size of 150 nm, very similarly to what observed for the aqueous dispersion shown in Fig. 4 when the temperature was increased across the LCST-type VPTT. This size here is no more that of a single crosslinked nanogel as above but rather that of the aggregate of the nanogel particles, as illustrated in Fig. 7. The radius of the particle aggregates further grew to 270 nm with the temperature further decreased to 25 °C. This suggests that, before reaching the UCST-type VPTT, the transmittance decrease was due to mainly the change in polymer chain conformation, i.e., the hydrophilic chains (ethylene oxide segments, and particularly carboxylic groups) were changed from their full extension in the solvent to coils on the surface of the individual hydrogel polymer particles with a crosslinked core for each, whereas the transmittance decrease around the VPTT was caused by self-aggregation of the nanogel particles (unimers), in accordance with further disassociation of ethanol molecules from the polymer chains. This has been named as a two-step process including dehydration of the particles (unimers) and their aggregation [16, 35, 37, 49]. In characterization of LCST or VPTT by varying temperature, the disassociation of the hydrophilic chains from the solvent molecules leads to the formation of a core-shell structure, with the hydrophobic polymer chains as the core and the dehydrated chains as the shell, this mechanism is also described as formation of core-shell micelles followed by their aggregation [16, 37]. A schematic illustration is given in Fig. 7 for this mechanism.

Diameter of P(OEGDA-MAA) hydrogels in ethanol (1 mg/mL) at different temperature

Schematic illustration of the VPTT mechanism for the UCST-type VPTT of P(OEGDA-MAA) in ethanol

Conclusions

A novel responsive polymer based on OEG, P(OEGDA-MAA), is prepared through precipitation copolymerization of OEGDA with MAA. The polymer prepared with 40 mol% of OEGDA was chemically crosslinked and showed a distinct LCST-type VPTT of 33 °C in water at pH 1.0 and concentration of 1.0 mg/mL. This VPTT was closely concentration and pH dependent. It shifted towards lower temperature with increased concentration, whereas a shift towards higher temperature was observed with increased pH, and the VPTT completely disappeared at pH 5. This same polymer exhibited also a UCST-type VPTT in ethanol at 43 °C, which was equally concentration dependent. The size evolution of the hydrogel particles versus temperature was measured for the two types of dispersions across their VPTT. For the LCST-type VPTT in water, a slight size increase was detected with increased temperature as long as the temperature was below this VPTT; and a dramatic size increase was observed once the temperature was increased to above this LCST-type VPTT. For the UCST-type VPTT in ethanol, the opposite was observed, i.e., a slight size increase with decreased temperature as long as the temperature was above this VPTT, and a dramatic size increase once the temperature was lowered below the UCST-type VPTT. These results suggest that the responsiveness of the polymer follows a two-step process, including a transition of polymer chain conformation from extended status to coil-form due to the dehydration of the hydrophilic chains from the largely swelled state, followed by an aggregation of the individual particles. This work provides therefore a novel type of candidate materials for potential applications in biomedical fields.

缩写

APS:

Ammonium persulfate

ATRP:

Atom transfer radical polymerization

DLS：

动态光散射

EG:

Ethylene glycol

LCST:

Lower critical solution temperature

MAA:

Methacrylic acid

OEG:

Oligo(ethylene glycol)

OEGDA:

Oligo(ethylene glycol) diacrylate

P(OEGDA-MAA):

Poly(oligo(ethylene glycol) diacrylate-methacrylic acid)

PEG:

Poly(ethylene glycol)

PNIPAM:

P(N -isopropylacrylamide)

POEGMA:

Poly[(oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate]

RAFT:

Reversible addition-fragmentation chain transfer polymerization

R h :

Hydrodynamic particle radius

UCST:

Upper critical solution temperature

VPTT:

Volume phase transition temperature