基于磁-等离子体纳米颗粒的温度响应性聚合物基质构建多功能水凝胶及其光热控释研究

为解决生物医学领域对多功能响应性材料的需求，研究人员开发了一种基于CoFe2 O4 @Au@Polymer的磁-等离子体纳米复合水凝胶。通过RAFT聚合合成双温敏性接枝共聚物，结合金壳的光热效应与磁性核的靶向功能，实现了近红外(NIR)照射下可控水释放。该研究为药物靶向递送和智能释放系统提供了新思路。

　　

在生物医学领域，开发兼具精准定位和可控释放功能的智能材料是重大挑战。传统铁凝胶(ferrogel)虽能通过磁场导航，但磁热疗效率受限于生物环境粘度；而单纯温敏水凝胶缺乏靶向能力。如何整合磁性导航、高效光热转换与智能响应于单一系统，成为突破技术瓶颈的关键。

德国研究人员在《Nano Trends》发表研究，创新性地将钴铁氧体(CoFe₂
O₄
)纳米颗粒与金壳结合，构建出磁-等离子体(MP-NPs)纳米杂化材料。通过可逆加成-断裂链转移(RAFT)聚合制备具有三硫代碳酸酯(TTC)端基的双温敏接枝共聚物POEGMA-g-PNIPAM（聚寡聚乙二醇甲基丙烯酸酯主链与聚N-异丙基丙烯酰胺侧链），将其锚定在纳米颗粒表面并交联成水凝胶。该系统首次实现近红外照射触发水凝胶的阶梯式相变，在10分钟内释放20%水分，为精准医疗提供新工具。

关键技术包括：1）共沉淀法合成柠檬酸/半胱氨酸修饰的CF-NPs；2）超声辅助原位还原金壳；3）RAFT聚合制备含13个PNIPAM侧链的接枝共聚物；4）TTC-金键定向偶联构建杂化材料；5）二硫醇交联制备水凝胶；6）振动样品磁强计(VSM)和紫外-可见光谱表征性能；7）808nm激光光热效应测试。

3.1 磁-等离子体纳米颗粒合成
通过比较三种金壳修饰策略（金修饰、全包覆和簇状结构），发现半胱氨酸辅助的超声还原法最优，XRD显示8.6nm金微晶均匀包覆（表1）。TEM证实该方法避免了大尺寸金簇形成（图2c），EDX证实硫元素在金壳表面富集（图S6.3）。

3.2 磁性特性
VSM测试表明全包覆CF@Au-NPs磁化强度降低至1/30（金/铁质量比），但保留磁响应性（图4）。这种特性使其虽难以磁分离，仍可通过离心后磁场定位。

3.3 接枝共聚物功能化
XPS检测到162.8eV的Au-S键特征峰（图S6.5），证实TTC端基成功锚定。有趣的是，增加聚合物用量会使紫外吸收红移（图5b），可能与未结合链诱导颗粒聚集有关。

3.4 水凝胶性能
该水凝胶具有三重响应：21℃完全溶胀（溶胀率1200%），>30℃因PNIPAM相变收缩，>40℃因POEGMA相变进一步脱水（图7b）。其脱水速度远超纯POEGMA水凝胶，归因于接枝结构的协同效应。

3.5 光热控释
808nm激光照射下（1.54W/cm²
），CF@Au@Polymer胶体比热速率(SAR)达4.06kW/g（图9），而水凝胶因测温局限显示19.6W/g。尽管如此，10分钟照射仍引发10℃温升和20%质量损失（图10），证实光热-相变耦合效应。

该研究开创性地将磁导航、等离子体加热与双重温敏响应集成于单一系统。通过RAFT聚合精确设计的接枝共聚物，不仅解决了金壳功能化难题，更赋予材料阶梯式相变特性。相比传统铁凝胶，光热转换效率提升使远程触发更为高效；而相比纯金纳米系统，磁性组分增加了靶向操控维度。这种模块化设计策略可拓展至其他聚合物体系，通过调整OEGMA单元数或丙烯酰胺共聚比例，可定制适应生理环境的智能材料，为肿瘤靶向治疗、组织工程等应用提供新范式。