多刺激响应聚(N-乙烯酰胺)共聚物：热与光触发的水相可控聚集

摘要

本研究设计了一种基于N-乙烯酰胺主链的双刺激响应共聚物，融合热响应与光响应。引入甲氧基乙基取代基增强亲水性，接枝偶氮苯单元赋予光敏性。所得聚物N-(甲氧基乙基)-N-乙烯甲酰胺经自由基聚合与N-乙烯甲酰胺共聚。随后在主链邻近N位连接偶氮苯，获得聚(N-乙烯甲酰胺)衍生物，其纳米级聚集行为由N位疏水相互作用驱动，可通过热和光精准调控。

背景

高分子科学中，整合多刺激响应——如热-氧化还原、热-盐、热-pH——对高级应用至关重要[1–3]。低临界溶解温度（LCST）行为研究深入，结合光响应基团（特别是偶氮苯衍生物）可得能精准环境控制的聚合物[17–22]。此类聚合物在水溶液中的可控聚集是靶向药物释放、超分子识别等应用的前提[23–29]。

聚(N-乙烯酰胺)衍生物首创于聚(N-乙烯乙酰胺)(PNVA)新合成路线[30]，展现多功能性：PNVA两亲[32]、PNVIBA热敏[33]、PNVF作聚阳离子前驱体[34]。关键在于PNVF碱性水解可生成阳离子聚(N-乙烯胺)且不释放毒性胺[34]，且UV照射稳定[35]。尽管优势明显，但因非共轭乙烯单体反应活性低，聚(N-乙烯酰胺)衍生物研究滞后于聚(丙烯酰胺)类似物[36–38]。本研究通过合成甲氧基乙基取代单体提高亲水性，再引入光响应偶氮苯单元，实现双重响应，填补此空白。

方法

材料

N-乙烯甲酰胺（NVF）购自东京化学工业（日本），使用前蒸馏。氢化钠（NaH）60%油溶、1,2-二溴乙烷、4-(苯基偶氮)苯酚、无水四氢呋喃（THF）购自东京化学工业（日本）。无水N,N-二甲基甲酰胺（DMF）、丙酮、甲苯、乙酸乙酯、硫酸镁、偶氮二异丁腈（AIBN）、正己烷购自NACALAI TESQUE（日本）和和光纯药（日本）。乙醚购自AZBIO CORP.（日本）。

聚合

共聚物poly(N-乙烯甲酰胺-co-NOENVF)（1)经自由基共聚制备：MOENVF（1.03 g，8 mmol）、NVF（0.14 g，2 mmol）、甲苯（5 mL）、AIBN（0.044 g，0.25 mmol）于50 mL烧瓶混合，氮气吹扫2 min，60 °C反应24 h。冷却后倒入500 mL乙醚沉淀，洗涤两次，30 °C真空干燥12 h，得0.69 g（收率59%）。

引入偶氮苯单元：聚物1（0.20 g）与NaH（0.4 mmol，0.011 g）溶于DMF（1 mL），100 °C氮气下搅拌15 min。加入1-溴乙烷偶氮苯（0.4 mmol，0.12 g），继续搅拌12 h。加水（1 mL）和DMF（2 mL），倒入500 mL丙酮沉淀。离心分离产物poly(N-乙烯甲酰胺-co-MOENVF-co-NVFazo)（2），30 °C干燥12 h，得0.29 g（收率43%）。

表征测试

凝胶渗透色谱（SEC）用Chem NAV系统（JASCO），苯乙烯标准，40 °C，DMF流动相。¹H NMR谱用JEOL JNM-ECX 400（400 MHz）测定。透光率-温度曲线用岛津UV-2600监测。UV照射（330 nm，300 W氙灯）10 min。动态光散射（DLS）用马尔文ZEN3600 Zetasizer Nano ZS（633 nm激光）。

结果与讨论

聚物1以59%收率合成成功。¹H NMR积分证实组成匹配进料比（NVF:MOENVF=20:80）。聚物2收率43%；NMR显示~NVF单元72%转化为偶氮苯修饰NVFazo，平均每条链含四个偶氮苯基团（M_n≈4000）。

SEC谱图（图2）显示1单一宽峰，而2呈宽化轮廓并具高分子量肩峰，反映偶氮苯接枝引入的不均一性。500 nm UV检测（图2d）确认高分子量肩峰源自偶氮苯富集组分，符合π-π相互作用促进聚集。

温度依赖透光率（图3）显示1在20–90 °C保持透明，体现亲水性。反之2透光率下降~10%，证实疏水和π-π相互作用驱动的热致聚集。

DLS测定（图4，表2）显示2在20 °C形成210 nm纳米颗粒，60 °C增至250 nm。UV照射后的2（2'）在60 °C形成330 nm聚集体，但20 °C时低于检测限。2'尺寸增大归因于反式偶氮苯构象增强π-π堆叠，而顺式异构体在低温下抑制聚集。

结论

我们展示了一条简便路线，合成双刺激响应聚(N-乙烯酰胺)共聚物，通过热和光刺激实现可控聚集。聚物2形成210–330 nm不同纳米颗粒组装，取决于温度和UV照射，凸显疏水与π-π相互作用及偶氮苯异构化的关键作用。该平台为按需调节聚集尺寸的智能递送系统奠定了基础。

缩略语

AIBN:

偶氮二异丁腈

LCST:

低临界溶解温度

MOENVF:

N-甲氧基乙基-N-乙烯甲酰胺

NVFazo:

4-(2-N-乙烯甲酰胺)乙氧基偶氮苯

PNVA:

聚(N-乙烯乙酰胺)

PNVF:

聚(N-乙烯甲酰胺)

PNVIBA:

聚(N-乙烯异丁酰胺)