基于微流控技术的反蛋白石结构水凝胶制备文献综述

先以微流控技术制备蛋白石结构二氧化硅光子晶体，然后以 N-异丙基丙烯酰胺（NIPAM）与交联剂聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）、 N，Nrsquo;-甲叉双丙烯酰胺（BIS）制备前驱体溶液，共聚物形成之后，再用氢氟酸溶液去除二氧化硅，得到反蛋白石结构水凝胶，其就有温度响应特性， 可作为潜在的药物释放敷料。

研究手段 一．反蛋白石结构水凝胶薄膜的制备：1.设计并搭建协流式微流控装置制备单分散性乳液液滴;2.清洗蒸发溶剂并煅烧SCCBs（二氧化硅胶体晶体珠）形成小尺寸均一的微球(约50mu;m)；3.选择并制备水凝胶预溶液：采用异丙基丙烯酰胺（NIPAM）作为温敏性水凝胶单体、聚乙二醇二丙烯酸酯（PEGDA）作为交联剂提高凝胶的交联度以及折射率，增强结构色；4.将小微球平铺于玻璃板上成膜状态；5.灌注预凝胶溶液填充SCCBs空隙；6.紫外光照射聚合水凝胶；7.氢氟酸浸泡刻蚀二氧化硅模板；8分离并清洗得到反蛋白石结构的凝胶薄膜。

二.对反蛋白石凝胶薄膜进行热响应测试 1.将薄膜置于去离子水中，考查不同温度与体积溶胀的关系；2.采用光纤光谱仪测定其反射波长，观察结构色变化；3.研究凝胶薄膜的热响应耐性和可逆性。 潜在应用 早在过去的 20 年里，科学家们已经开始关注热敏型聚合物分子了，因为它们本身所具有的温度敏感性及体积相转变可逆性等独特性能够满足许多应用，尤其是在生物学、医学等领域。通过包裹一些药物形成微球和薄膜或通过与生物相容性的相连接以达到合成性能更优良的药物载体及释放体的目的，有些复合物甚至可以直接包埋于皮下组织内用于药物的长效缓释，目前很多有已经应用在临床试验中了。 以NIPAM预凝胶复制模板形成反蛋白石结构水凝胶薄膜具有温度响应性，可用于生物医药工程领域，作为药物载体进行药物控释。药物载体可随着温度的变化发生自身的体积相变化，当外界温度超过凝胶载体的VPTT (相体积转换温度) 时，凝胶薄膜收缩，将药物分子从凝胶中挤压出来。薄膜的结构色变化可用肉眼观察，其反射峰的蓝移程度可用于估计药物的释放程度，实时监测和判断药物释放情况。此反蛋白石凝胶薄膜可作为敷料，贴在人体肌肤上，较凝胶微球的使用更方便，具有实际使用价值。

文献综述 相关概念 一. 光子晶体 光子晶体是近年来迅速发展起来的一种介电常数随空间周期性变化的新型结构材料。光子晶体由于具有有序周期性排列的结构以及独特的光学特性而引起了科学家们巨大的兴趣。在电磁防护技术、天线技术、纳米技术、半导体材料、传感技术等领域迅速发展。晶体内部的原子是周期性有序排列的，正是这种周期势场的存在，使得运动的电子受到周期势场的布拉格散射，从而形成能带结构，能带之间若无重叠带，就会形成带隙，电子波的能量如果落在带隙中，就无法继续传播。光子禁带是光子晶体最根本的特征也赋予了其鲜艳的结构色。光子禁带频率范围内的电磁波不能透过光子晶体，而全部被反射回去，随着禁带的位置的不同，反射光的色彩随之而变，因而产生了绚丽的结构色。二．水凝胶是由高亲水的单体通过共价交联形成的水溶性高分子三维网络体系。温敏型高分子材料也属于智能高分子材料中的一种。聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)就是其中之一，成为近年来大家研究的热点，因为其VPTT接近于人体生理温度 (~32℃)，这是其自身独特的结构所造成的。N-异丙基丙烯酰胺这种单体其结构一边是具有亲水性的酰胺基，一边是具有疏水性的异丙基。正是这种结构使其在聚合后能够在VPTT发生可逆的膨胀-收缩变化。当环境温度高于VPTT 时，疏水基团(异丙基)相互作用，使原来与聚合物紧密结合的水分子氢键断裂而脱落，外观体现为体积缩小。当环境温度低于 VPTT 时，亲水集团(酰胺基)相互作用，与水分子紧密结合从而吸水，外观体现为体积膨胀，而且这种相转变过程具有可逆性。在本次研究中通过选择凝胶和调节比例，可使凝胶的体积VPTT接近为人体生理温度（约37℃）。

三. 反蛋白石结构 反蛋白石是一种具有三维有序大孔结构材料，通过复制胶体晶体模板而值得。反蛋白石结构具有联通的大孔结构，大比表面积，交联的孔道，有利于分子加载与扩散；反蛋白石光子晶体水凝胶的周期性结构是由二氧化硅蛋白石提供的，材料具有鲜艳的颜色；使其在生物医学方面得到了广泛的研究。

本课题研究的主要工作是利用水凝胶为材料，通过复制二氧化硅胶体晶体微球孔隙的方法获得反蛋白石结构水凝胶薄膜载体，并考察其最佳合成条件以及温度响应特性，保证所合成的微载体可用于后期药物释放实验之中，作为敷料。

参考资料

1. John, S. Strong localization of photons in certain disordered dielectric superlattices[J]. Physical Review Letters, 1987, 58(23), 2486–2489.
2. Zhang, B., Cheng, Y., Wang, H. Multifunctional inverse opal particles for drug delivery and monitoring[J]. Nanoscale, 2015, 7(24), 10590–10594.

3. 洪炜. 响应性光子晶体水凝胶的构筑与应用[D].上海交通大学,2014。

4. 张钦. 温敏型凝胶的制备与性能分析[D].哈尔滨理工大学,2010.