โพลี( N-ไอโซโพรพิลอะคริลาไมด์) (เรียกย่อได้หลายแบบ เช่นPNIPA , PNIPAM , PNIPAAm , NIPA , PNIPAAหรือPNIPAm ) เป็นพอลิเมอร์ที่ตอบสนองต่ออุณหภูมิซึ่งสังเคราะห์ ขึ้นครั้งแรก ในช่วงทศวรรษ 1950 ^{[ 2 ]} สามารถสังเคราะห์ได้จากN-ไอโซโพรพิลอะคริลาไมด์ซึ่งมีจำหน่ายในเชิงพาณิชย์ สังเคราะห์ผ่านพอลิเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระและสามารถปรับเปลี่ยนฟังก์ชันได้ง่าย ทำให้มีประโยชน์ในการใช้งานที่หลากหลาย

PNIPA ละลายในน้ำได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อสารละลายเหล่านี้ถูกให้ความร้อนสูงกว่า อุณหภูมิ จุดขุ่น สารละลายจะเกิดการเปลี่ยนเฟสแบบ ย้อนกลับได้ที่ อุณหภูมิวิกฤตต่ำสุด (LCST) จากสถานะไฮเดรตที่ละลายได้ไปเป็นสถานะดีไฮเดรตที่ไม่ละลาย แม้ว่าจะเชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าการเปลี่ยนเฟสนี้เกิดขึ้นที่32 °C (90 °F) [ ^{3 ] แต่}อุณหภูมิที่แท้จริงอาจแตกต่างกัน 5 ถึง 10 °C (หรือมากกว่านั้น) ขึ้นอยู่กับความเข้มข้นของพอลิเมอร์^{[ 3 ]}มวลโมลาร์ของโซ่พอลิเมอร์การกระจายตัว ของพอลิเม อร์ รวมถึงหมู่ปลาย^{[ 3 ] [ 4 ]}นอกจากนี้ โมเลกุลอื่นๆ ในสารละลายพอลิเมอร์ เช่น เกลือหรือโปรตีน สามารถเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิจุดขุ่นได้^{[ 5 ] [ 6 ]}   

เนื่องจาก PNIPA ขับของเหลวออกมาที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิของร่างกายมนุษย์นักวิจัยหลายคนจึงศึกษาโคพอลิเมอร์ PNIPA เพื่อการประยุกต์ใช้ที่เป็นไปได้ในด้านวิศวกรรมเนื้อเยื่อ^{[ 7 ] [ 8 ]}และการส่งยาแบบ ควบคุม ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ]}

การสังเคราะห์โพลี( N-ไอโซโพรพิลอะคริลาไมด์) เริ่มต้นด้วยการสังเคราะห์โมโนเมอร์อะคริลาไม ด์ โดย Sprecht ในปี 1956 ^{[ 13 ]} ในปี 1957 Shearer ได้จดสิทธิบัตรการใช้งานครั้งแรกของสิ่งที่ต่อมาได้รับการระบุว่าเป็น PNIPA เพื่อใช้เป็นสารไล่หนู^{[ 14 ]} งานในช่วงแรกได้รับแรงบันดาลใจจากความอยากรู้อยากเห็นเชิงทฤษฎีเกี่ยวกับคุณสมบัติของวัสดุ PNIPA รายงานฉบับแรกเกี่ยวกับ PNIPA ออกมาในปี 1968 ซึ่งได้อธิบายถึงพฤติกรรมทางความร้อนที่เป็นเอกลักษณ์ในสารละลายในน้ำ^{[ 15 ]}ช่วงทศวรรษ 1980 เป็นช่วงที่ความสนใจใน PNIPA เพิ่มขึ้นอย่างมาก เนื่องจากตระหนักถึงศักยภาพในการใช้งานอันเนื่องมาจากพฤติกรรมทางความร้อนที่เป็นเอกลักษณ์ในสารละลายในน้ำ^{[ 2 ]}

PNIPA เป็นไฮโดรเจล ที่ไวต่ออุณหภูมิที่ได้รับการศึกษามากที่สุดชนิดหนึ่ง ในสารละลายเจือจาง มันจะเกิดการเปลี่ยนสถานะจากขดเป็นทรงกลม [ ^{16 ] PNIPA} มีความสามารถในการละลายแบบผกผันเมื่อได้รับความร้อน มันจะเปลี่ยนคุณสมบัติชอบน้ำและไม่ชอบน้ำ อย่างฉับพลันที่อุณหภูมิLCST ^{[ 17 ]} ที่อุณหภูมิต่ำกว่า PNIPA จะจัดเรียงตัวเองในสารละลายเพื่อสร้างพันธะไฮโดรเจนกับโมเลกุลน้ำที่จัดเรียงไว้แล้ว โมเลกุลน้ำจะต้องจัดเรียงตัวใหม่รอบบริเวณที่ไม่เป็นขั้วของ PNIPA ซึ่งส่งผลให้เอนโทรปี ลดลง ที่อุณหภูมิต่ำกว่า เช่น อุณหภูมิห้อง เทอมเอนทัลปีเชิงลบ (${\displaystyle \Delta H}$) ผลกระทบจากพันธะไฮโดรเจน มีอิทธิพลเหนือ พลังงานอิสระของกิบส์ $${\displaystyle \Delta G=\Delta HT\Delta S\,}$$ ทำให้ PNIPA ดูดซับน้ำและละลายในสารละลาย ที่อุณหภูมิสูงขึ้น เทอมเอนโทรปี (${\displaystyle \Delta S}$) มีอิทธิพลเหนือกว่า ทำให้ PNIPA ปล่อยน้ำและเกิดการแยกเฟส ซึ่งสามารถเห็นได้จากการสาธิตต่อไปนี้

โฮโมพอลิเมอไรเซชัน^{[ 18 ]}

กระบวนการพอลิเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระ ของ โมโนเมอร์ชนิดเดียวในกรณีนี้คือN-ไอโซโพรพิลอะคริลาไมด์ เพื่อสร้างพอลิเมอร์ เรียกว่า โฮโมพอลิเมอไรเซชันโดยทั่วไปจะใช้อะโซบิสไอโซบิวทิ โรไนไตรล์ (AIBN) เป็นตัวเริ่มต้นอนุมูลอิสระ

โคพอลิเมอไรเซชัน

ปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระของโมโนเมอร์ สองชนิดที่แตกต่างกัน ส่งผลให้เกิดโคพอลิเมอไรเซชันข้อดีของโคพอลิเมอไรเซชันคือ สามารถปรับค่าLCSTได้ อย่างละเอียด

เทอร์พอลิเมอไรเซชัน

การเกิดพอลิเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระของโมโนเมอร์ ที่แตกต่างกันสามชนิด เรียกว่าเทอร์พอลิเมอไรเซชัน ข้อดีของการเกิดเทอร์พอลิเมอไรเซชันอาจรวมถึงการเพิ่มคุณสมบัติหลายประการของพอลิเมอร์ เช่น ความไวต่ออุณหภูมิ ความไวต่อค่า pH หรือการปรับค่าLCSTอย่าง ละเอียด

ไฮโดรเจลแบบเชื่อมโยง

แผนภาพปฏิกิริยาด้านล่างเป็นปฏิกิริยาเทอร์พอลิเมอไรเซชันเพื่อสร้างไฮโดรเจลแบบเชื่อมโยงกัน สารตั้งต้นแอมโมเนียมเปอร์ซัลเฟต (APS) ใช้ในเคมีพอลิเมอร์เป็นสารออกซิไดซ์ ที่แรง ซึ่งมักใช้ร่วมกับเตตราเมทิลเอทิลีนไดอะมีน (TMEDA) เพื่อเร่งปฏิกิริยาพอลิเมอไรเซชันเมื่อทำเจลพอลิอะคริลาไมด์

PNIPA สามารถทำการปรับแต่งฟังก์ชันได้โดยใช้สารถ่ายโอนโซ่ โดยใช้ พอลิเมอไรเซชันแบบอนุมูลอิสระแผนภาพทั้งสามด้านล่างแสดงให้เห็นถึงการปรับแต่งฟังก์ชันโดยใช้ สาร ถ่ายโอนโซ่ (CTA) โดยที่ปลายด้านหนึ่งของพอลิเมอร์เป็นตัวเริ่มต้นอนุมูลอิสระและอีกด้านหนึ่งเป็นกลุ่มฟังก์ชัน การปรับแต่งฟังก์ชันที่ปลายโซ่ของพอลิเมอร์ช่วยให้สามารถใช้พอลิเมอร์ในสภาพแวดล้อมและการใช้งานที่หลากหลาย ข้อดีของการปรับแต่งฟังก์ชันที่ปลายโซ่อาจรวมถึงการเพิ่มคุณสมบัติหลายประการของพอลิเมอร์ เช่น ความไวต่ออุณหภูมิ ความไวต่อ pH หรือการปรับแต่งLCST อย่าง ละเอียด ^{[ 18 ]}

(1)

(2)

(3)

^{ความสามารถในการใช้ งาน}ที่หลากหลายของ PNIPA นำไปสู่การค้นหาการใช้งานในเจล ขนาดใหญ่ ไมโครเจล [ ^{19 ]}เมมเบรน เซนเซอร์ไบโอเซนเซอร์ฟิล์มบาง^{[ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]}วิศวกรรมเนื้อเยื่อและการส่งยาแนวโน้มของสารละลาย PNIPA ในน้ำที่จะมีความหนืด เพิ่มขึ้น เมื่อมีโมเลกุลที่ไม่ชอบน้ำ อยู่ด้วย ทำให้เหมาะอย่างยิ่งสำหรับ การ กู้คืนน้ำมันขั้นที่สาม

เนื่องจากสารละลาย PNIPA ในน้ำมีอุณหภูมิวิกฤตต่ำสุดที่อุณหภูมิใกล้เคียงกับอุณหภูมิร่างกายมนุษย์โพลิเมอร์เหล่านี้จึงสามารถละลายในน้ำที่อุณหภูมิห้องและฉีดเข้าสู่ร่างกายได้^{[ 23 ]}อย่างไรก็ตาม เมื่อฉีดเข้าไป โพลิเมอร์เหล่านี้จะแยกเฟสและก่อตัวเป็นสารรวมตัวที่ไม่ละลายน้ำ ณ บริเวณที่ฉีด (กระบวนการนี้เรียกว่าเทอร์โมเจลลิ่ง ) ^{[ 23 ]}เมื่อฉีด PNIPA เข้าสู่กล้ามเนื้อของหนู ครึ่งชีวิตของมันอยู่ที่ประมาณ 48 วัน ( M = 20  กก./โมล) และ 66 วัน ( M = 32  กก./โมล) และไม่ก่อให้เกิดพยาธิสภาพเฉพาะที่หรือทั่วร่างกาย^{[ 23 ]}ไฮโดรเจลที่แยกเฟสดังกล่าวสามารถใช้สำหรับ การส่งยา เฉพาะที่ได้ ^{[ 24 ]} PNIPA สามารถวางไว้ในสารละลายของโมเลกุลที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ ซึ่งช่วยให้โมเลกุลที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพแทรกซึมเข้าไปใน PNIPA ได้ จากนั้น PNIPA สามารถวางในร่างกาย ได้ ซึ่งจะมีการปลดปล่อยโมเลกุลชีวภาพ อย่างรวดเร็ว เนื่องจากการยุบตัวของเจลในตอนเริ่มต้นและการขับโมเลกุลชีวภาพออกสู่สื่อโดยรอบ ตามด้วยการปล่อยโมเลกุลชีวภาพอย่างช้าๆ เนื่องจากการปิดรูพรุนบนพื้นผิว^{[ 25 ]}

นอกจากนี้ PNIPA ยังถูกนำมาใช้ใน ระบบ นำส่งยาที่ไวต่อค่า pH ตัวอย่างของระบบนำส่งยาเหล่านี้ ได้แก่ การนำส่งแคลซิโทนินของมนุษย์ไปยังลำไส้^{[ 26 ]}การนำส่งอินซูลิน^{[ 26 ]}และการนำส่งไอบูโพรเฟน^{[ 27 ]} เมื่อฉีดโคพอลิเมอร์ PNIPA ที่ติดฉลากด้วยรังสีที่มีน้ำหนักโมเลกุลต่างกันเข้าทางหลอดเลือดดำในหนู พบว่าค่าเกณฑ์การกรองของไตของพอลิเมอร์อยู่ที่ประมาณ 32,000 กรัม/โมล^{[ 28 ]} 

PNIPA ถูกนำมาใช้ในเจลแอคทูเอเตอร์ซึ่งแปลงสิ่งเร้าภายนอกให้เป็นการเคลื่อนไหวเชิงกล^{[ 29 ]}เมื่อได้รับความร้อนสูงกว่าLCSTไฮโดรเจลจะเปลี่ยนจาก สถานะ ชอบน้ำเป็นสถานะไม่ชอบน้ำ^{[ 30 ]} การเปลี่ยนแปลงนี้ส่งผลให้เกิดการขับไล่น้ำ ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงโครงสร้าง ทางกายภาพ ส่งผลให้เกิดการเคลื่อนไหวแบบบานพับเชิงกล

นอกจากนี้ ฟิล์มบางที่ใช้ PNIPA ยังสามารถนำไปใช้เป็นสวิตช์นาโนที่มีสถานะฟิล์มบางที่แตกต่างกันหลายสถานะ ซึ่งขึ้นอยู่กับผลของcononsolvency ^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ]}