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基于温敏性 N， N-二甲基丙烯酰胺/ N-异丙基丙烯酰胺无规共聚物的毛细管无胶电泳筛分介质

江凤浩, 洪瀚, 姜伯玮, 苏朝晖

应用化学 2023, 40 (9): 1312-1321. DOI:10.19894/j.issn.1000-0518.230125

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本文合成了N，N-二甲基丙烯酰胺/N-异丙基丙烯酰胺无规共聚物（P（DMA-co-NIPAM））和聚N，N-二甲基丙烯酰胺（PDMA），并将二者共混制备毛细管无胶电泳筛分介质，旨在降低筛分介质粘度的同时增强其对DNA的分离性能。核磁共振氢谱（¹H NMR）和傅里叶变换红外光谱（FT-IR）证明了2种聚合物的成功合成。表征了P（DMA-co-NIPAM）/PDMA共混物溶液的流体力学直径（D_h）、低剪切粘度和吸光度，结果表明，P（DMA-co-NIPAM）聚合物具有温敏性，低临界溶解温度（LCST）为60~80 ℃。DNA筛分结果显示，PDMA中添加了10% P（DMA-co-NIPAM）的复合筛分介质性能最好，相比PDMA粘度降低19%以上，对大DNA片段的分辨率和理论塔板数均明显提高，分离时间缩短4%，显示了优良的分离性能。

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图3 P（DMA-co-NIPAM）与PDMA不同比例溶液的D_h（A）、粘度（B）和吸光度（C）的温度响应性，溶液质量浓度均为20 mg/mL

正文中引用本图/表的段落

对于共聚物P（DMA- co-NIPAM），DMAA和NIPAM这2种单体C C上氢原子对应的核磁共振峰反应后消失，在高场位置形成包峰（辅助材料图S3A），其红外光谱中分别位于1612和1621 cm－1处的C C伸缩振动峰在聚合物中也完全消失（辅助材料图S3B），证明聚合反应成功进行。GPC检测结果（辅助材料图S4）表明无规共聚物P（DMA- co-NIPAM）的相对分子质量为9.1×104，PDI=2.44。

分别测试5种样品的 D _h，粘度以及透光率随温度的变化，验证P（DMA- co-NIPAM）的温度敏感性。图3A是PDMA和P（DMA- co-NIPAM）聚合物溶液的 D _h与温度之间的关系，二者均表现出随温度升高而增大的趋势，这是由于温度高使得分子运动加剧，分子的 D _h有所增加［19］。PDMA溶液的变化比较平缓，而P（DMA- co-NIPAM）溶液在65 ℃后，出现了快速上升，造成这种现象的原因是分子链间出现了微域聚集，部分分子链之间出现了接触、缠结， D _h迅速增加［15］。

图3B显示的是5种混合物溶液的低剪切粘度随温度的变化。首先，PDMA聚合物溶液的粘度随着温度的升高而逐渐降低，这是由于温度升高导致分子运动受到的流动阻力减小。而含有P（DMA- co-NIPAM）的混合物，由于其相对分子质量比PDMA低，常温下溶液的粘度更小，且随着P（DMA- co-NIPAM）比例的增加而降低。随着温度升高，这些混合物溶液在60~80 ℃之间粘度迅速增加，且P（DMA- co-NIPAM）的质量分数越高，溶液的LCST越低。P（DMA- co-NIPAM）在温度较高时引发微域聚集，导致分子缠结程度加深，分子链运动受阻，这是溶液粘度产生突变的原因［13］。P（DMA- co-NIPAM）的质量分数越高，微域聚集的可能性增大，产生突变的温度也因此降低。

图3C展示了5种溶液的吸光度对温度的依赖性。PDMA聚合物溶液的吸光度不随温度的升高而改变。加入P（DMA- co-NIPAM）后，随着温度升高，溶液的吸光度略微增加，但均保持在很低的水平。而纯P（DMA- co-NIPAM）溶液的吸光度表现出明显的温度依赖性，这是因为P（DMA- co-NIPAM）随温度升高导致的微域聚集是疏水性基团（异丙基）的团聚，产生的微相分离区域越多，吸光度也会越大［20］。即使如此，由图可见吸光度的数值仍然相当小，溶液保持无色透明，也未有强烈的紫外吸收，符合实验设计。

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