具有光热效应的聚（N-异丙基丙烯酰胺）水凝胶的制备与性能研究开题报告

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1. 研究目的与意义（文献综述）

1996年，美国麻省理工工学院的物理学家toyoichi tanaka因为发现智能水凝胶（intelligent hydrogel）而获得当年探索者杂志新技术发现奖。所谓的水凝胶是由三维网络结构的高分子聚合物和溶剂组成的体系，该三维网络结构由交联的化学键、氢键或范德华力形成，它能在水中溶胀，保持大量水分却不会被溶剂溶解。智能型水凝胶则是指对于外界微小的物理化学刺激，如温度、电场、磁场、ph、光、离子强度、压力等能够感知并有显著的溶胀行为或响应的一类水凝胶，响应的形式通常为体积、胶体稳定性、含水量、折光指数、软硬度、内部凝胶网络的通透性和亲-疏水性等物理化学性能的变化。这类材料对外来刺激的可逆响应性使其在分子器件，调光材料，生物活性物质的温和、高效分离，酶和细胞的智能固定化以及药物可控释放等高新技术领域具有广泛应用。

温敏性水凝胶是智能水凝胶中最常见的一类。 其中，聚n-异丙基丙烯酰胺（pnipam）水凝胶是研究最多的温敏性水凝胶。温敏性水凝胶溶胀与收缩主要依赖温度，并且其溶胀度对温度的变化并不是连续的，而是在某一温度下凝胶体积会发生突变（pnipam水凝胶的临界转变温度lcst约为32℃）。这一特殊性质使得该聚合物成为热响应系统的重要候选材料。

金纳米棒粒子(aunrs)在光热治疗领域具有潜在的应用价值, 与球形金纳米粒子(aunps)不同，非球形的aunrs具有各向异性的光电性能。金纳米棒由表面电子纵向共振造成的纵向lspr吸收峰与金纳米棒的长径比有很大关系。另外，该吸收峰位于对生物组织损伤小、穿透力较强的近红外光谱区，因此aunrs在生物医学领域具有诱人的应用前景。aunrs的另一个特性就是具有突出的光热效应，它可吸收近红外光产生热量，导致周围环境温度升高，这使得它具有“纳米加热器”之称。然而，单纯的aunrs表面能很高，极易发生团聚而丧失它的独特性质。将水溶性的高分子与aunrs复合不仅可以有效改善其在水中的分散性和稳定性以及生物相容性,还可以借助于大分子支架结构维持金纳米粒子在病灶区的长时间停留。

2. 研究的基本内容与方案

材料制备：

采用种子生长法，利用氯金酸制备金纳米棒（aunrs）：将0.20 m苄基二甲基十六烷基氯化铵（ctab）溶液与0.00050 m氯金酸（haucl₄）溶液混合，在搅拌后的溶液中加入0.010m冰的硼氢化钠（nabh₄）溶液，制备成种子溶液，剧烈搅拌2分钟，将其保持在25℃。然后在25℃下，在苄基二甲基十六烷基氯化铵（bdac）溶液和ctab溶液按一定比例混合制备而成的二元表面活性剂混合溶液中加入0.0040 m 硝酸银（agno₃）溶液，轻轻地搅拌混合，加入温和的还原剂0.0010 m抗坏血酸溶液，向该溶液中加入haucl₄溶液，制备成生长溶液。在生长溶液中加入少量种子溶液，反应1小时，将金纳米棒溶液老化七天，制备成具有长长径比的金纳米棒溶液。

水凝胶前驱液的配制：①化学交联的pnipam水凝胶：nipam单体、化学交联剂bis，引发剂kps和去离子水；②纳米粒子复合pnipam水凝胶：nipam单体、纳米粒子、引发剂kps、促进剂和去离子水。

3. 研究计划与安排

第1－3周：查阅相关文献资料，完成英文翻译。明确研究内容，了解研究所需原料、仪器和设备。确定技术方案，并完成开题报告。

第4－9周：按照设计方案，通过种子生长法，利用氯金酸制备金纳米粒子，接着制备具有光热效应的pnipam水凝胶，探究其性能。

第10－12周：对所制备的pnipam水凝胶进行表征，探究不同含量的金纳米粒子等因素对合成的pnipam水凝胶光热效应的影响。

4. 参考文献（12篇以上）

[1]fei x, lu t, ma j, et al. a bioinspiredpoly(n-isopropylacrylamide) /silver nanocomposite as a photonic crystal withboth optical and thermal responses[j]. nanoscale, 2017, 9(35): 12969-12975.

[2]liu y, zhao x, zhao c, et al. responsive porous microcarrierswith controllable oxygen delivery for wound healing[j]. small, 2019, 15(21):1901254.

[3]nikoobakht b, el-sayed m a. preparation and growth mechanism ofgold nanorods (nrs) using seed-mediated growth method[j]. chemistry ofmaterials, 2003, 15(10): 1957-1962.