生物可降解温敏性物理交联水凝胶的研究进展
水凝胶的应用和研究进展剖析
水凝胶的特点
水溶胀性，交联聚合物 亲水性，吸水可达自身重量的数千倍 三维网络结构，在水中不溶解 能够感知外界微小刺激（智能性水凝胶）
水凝胶的三维网络示意图和扫描电镜图片
水凝胶的分类
1.按照键合方式 物理凝胶和化学凝胶
2.按照水凝胶的形状和大小 宏观凝胶（柱状、多孔海绵状、纤维状、膜状、球状等） 微观凝胶（微球）
许多研究表明，有些水凝胶的溶胀比随温度的升 高而增加，反之则降低，表现为热胀性。这种特性对 于水凝胶的应用，尤其在药物的控制释放领域的应用 有重要意义。
但是温度敏感性水凝胶NIPAAm及其衍生物的临床 应用也有其本身的局限性。如合成水凝胶的单体和交 联物不具有生物相容性，即可能具有毒性、致癌性、 致畸性；而且NIPAAm及其衍生物不能生物降解。因此， 在用于临床前，还需要进行大量的毒理学实验，并进 一步开发新型生物相容性、生物可降解性水凝胶。
退热贴
适用于各种原因引 起的发热发热辅助 治疗及物理降温， 缓发发热引起的头 痛、头晕等不适症 状，使人体产生舒 适感。对于儿童和 成人发热，可用于 紧急退热，避免发 热过度伤及脑部。
Байду номын сангаас
水土保湿剂
一种人工合成的具有超强吸水 的保湿性能的高分子聚合物，主 要成分为聚丙烯酸盐和聚丙烯酰 胺共聚体。能吸收比自身重量高 数千倍的脱离子水，数十到数百 倍的含盐水分，并且能缓慢的释 放出来。可以反复使用，具有优 良的保水抗旱性能。控制土壤水 分蒸发，促进植物根系生长发育， 同时改善土壤结构，增加土壤活 性。欧、美、日本、以色列等国 家，早已开始大面积应用，解决 农业缺水问题，确定了其抗旱保 水良好效果，显示出在农业生产 中的巨大作用。
化妆品
水凝胶面膜也叫凝水膜。顾名思义，其具有强大的凝集水 分的功能，它以水为分散介质，当把凝胶贴到皮肤上时， 受到体温的影响，凝胶内部的物理结构从固态变成液态， 并渗透到皮肤里。因此，在以水凝胶为基地材质的面膜内 注入胶原蛋白、透明质酸、熊果苷、烟酰胺等有效成分， 可制成多种功能的面膜。
水凝胶材料用于组织工程的研究进展
水凝胶材料用于组织工程的研究进展水凝胶材料是一种结构类似于生物组织的新型材料，具有优异的生物相容性和生物可降解性，因此被广泛应用于组织工程领域。
在这个领域中，水凝胶材料扮演着重要的角色，为组织修复和再生提供了可行的解决方案。
水凝胶材料的研究进展首先表现在其制备方法上。
目前，主要有物理交联、化学交联和生物交联等方法用于制备水凝胶材料。
物理交联是通过调控物质的温度、pH值等条件来实现的，该方法操作简单、无毒性，适合制备一些简单结构的水凝胶。
化学交联则需要通过某些化学反应来实现，这种方法制备的水凝胶能够调控水凝胶的机械性能和降解速率。
生物交联是在生物体内通过酶催化等作用而实现的，这种方法制备的水凝胶更加接近天然组织。
水凝胶材料在组织工程中的应用主要有三个方面。
首先是载药输送系统。
水凝胶材料可以作为药物的载体，通过调控水凝胶的孔隙结构和降解速率，实现药物的缓释效果，提高药物的疗效。
其次是组织工程支架。
水凝胶材料可以制备成梯度结构或多孔结构的支架，用于支撑和引导组织的生长和修复。
最后是生物打印。
利用3D打印技术，可以将水凝胶材料制备成具有特定形状和结构的组织工程构件，实现个性化的组织修复。
随着技术的不断进步，水凝胶材料在组织工程领域的研究也取得了突破。
一方面，研究人员对水凝胶材料的合成方法进行了改进和优化，提高了水凝胶材料的性能和稳定性。
另一方面，研究人员通过调控水凝胶材料的微观结构和表面性质，增强了其与组织细胞的相互作用，提高了水凝胶材料在体内的生物活性。
此外，研究人员还针对不同类型的组织修复需求，设计和开发了多种功能化水凝胶材料，如具有生物活性因子释放功能的水凝胶、具有机械刺激响应的智能水凝胶等。
尽管水凝胶材料在组织工程中的应用已经取得了一定的进展，但仍然存在一些挑战。
首先是水凝胶材料的力学性能需要进一步改善。
水凝胶材料在人体内需要承受一定的受力，因此其力学性能对于组织修复至关重要。
其次是水凝胶材料的生物相容性和降解性需要更好地平衡。
水凝胶在心肌组织工程中的研究进展
水凝胶在心肌组织工程中的研究进展解锋;钱晓庆;徐志云【摘要】近年来用于心肌组织工程研究的生物材料不断被广大学者研究和重视起来,水凝胶以其一定的韧性、流变性、良好的生物相容性和可降解性被越来越广泛地应用于心肌组织工程.水凝胶在心室重构、改善心功能等方面都发挥着重要作用.本文以水凝胶在心肌组织工程中的研究进展做一综述.%In recentyears,biomaterials for myocardial tissue engineering have been developed a lot.Hydrogel,with toughness,rheology,good bio-compatibility and biodegradability was more and more widely used in myocardial tissue engineering.Hydrogel plays an important role in remodeling ventricular and heart function improvement.In this article we reviewed the research progress on hydrogel in myocardial tissue engineering.【期刊名称】《中国心血管杂志》【年(卷),期】2017(022)005【总页数】4页(P369-372)【关键词】水凝胶;心肌组织工程;生物材料【作者】解锋;钱晓庆;徐志云【作者单位】上海长海医院心血管外科;上海交通大学生物医学工程学院;上海长海医院心血管外科【正文语种】中文【Key words】 Hydrogel； Cardiac tissue engineering； Biomaterial Fund Program：National Natural Science Foundation of China(81470592) 健康的心肌组织是由心肌细胞、内皮细胞、平滑肌细胞和成纤维细胞以及心肌中相互作用的细胞外基质构成。
水凝胶的研究进展
水凝胶（Hydrogel）是一类具有亲水基团， 能被水溶胀但不溶于水的具有三维网络结 构的聚合物。是以水为分散介质的凝胶。 具有网状交联结构的水溶性高分子中引入 一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与 水分子结合，将水分子连接在网状内部， 而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一 种高分子网络体系，性质柔软，能保持一 定的形状，能吸收大量的水
身体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的 重要特性，凝胶的溶胀分为两个阶段：第 一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相 互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有 放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的 增加比吸收的液体体积小）
（二）环境敏感性
环境敏感水凝胶
---------又称智能水凝胶，根据环境变化的 类型不同，环境敏感水凝胶又分为如下几 种类型：温敏水凝胶，PH敏水凝胶，盐敏 水凝胶，光敏水凝胶，电场感应水凝胶， 形状记忆水凝胶，非离子型水凝胶溶胀性 只取决于聚合物的化学成分，而与外界环 境无关。
水凝胶在药用高分子材料进展
⑺阿达帕林凝胶:可抑制人类多形核白细胞的化学 趋化反应，并可通过抑制花生四烯酸经脂氧化反 应转化为炎症媒介物来抑制多形白细胞的代谢， 从而缓解由细胞反应介导的炎性反应。适用于寻 常痤疮的皮肤治疗。
⑻冰带是国内首创新产品，采用国际蓄能高分子 材料蓝冰研制而成的高科技绿色环保产品。蓝冰 在常温状态下呈蓝色柔软透明状胶体，热容量是 水的2-3倍，具有蓄冷降温及蓄热保暖的双重功效， 使用方便，安全。
2.化学水凝胶，通过化学键交联形成 的三维网络聚合物，是永久性的。
根据合成材料分类：
1.天然高分子水凝胶
2.合成高分子水凝胶
3.天然和合成高分子杂化水凝胶
水凝胶的性质
透明质酸水凝胶制备的研究进展
透明质酸水凝胶制备的研究进展透明质酸具有亲水性强，无毒、可降解及生物相容性好等优点，以其为主要原料制备的透明质酸基水凝胶常用于可控药物释放、防术后粘连、软骨支架、角膜支架、黏膜填充剂、组织修复和再生等领域。
本文综述了透明质酸水凝胶的制备方法，并对其发展方向进行了展望。
标签：透明质酸；水凝胶；制备水凝胶是物理或者化学交联的天然或合成聚合物，能在水中明显溶胀但不溶于水的三维网络结构的交联聚合物，兼有固体和液体的性质。
水凝胶尤其是天然高分子水凝胶因其具有生物相容性、生物可降解性，而被广泛应用于组织工程、药物缓释材料及吸附处理等。
透明质酸（HA）因其具有良好的保湿性，黏弹性、润滑性及非免疫原性，在临床医学上得到了广泛应用。
本文对透明质酸水凝胶的制备方法进行了综述，并对其发展进行了展望。
1.透明质酸水凝胶的制备透明质酸是一种天然聚阴离子黏多糖，由D-葡萄糖醛酸和D-N-乙酰氨基葡萄糖重复构成的直链结构双糖。
其基本结构见图1。
透明质酸水凝胶的合成根据交联机制可分为物理交联法、化学交联法2种。
1.1物理交联透明质酸通常可通过分子间物理作用力，如微结晶、疏水作用、氢键、静电作用以及链间缠结等进行暂时性物理交联，该过程一般为可逆的。
虽然透明质酸是非凝胶的聚多糖，但在特定的条件下，未经改性的透明质酸可形成冷冻解冻凝胶或黏弹性的类凝胶。
在生理离子强度下，通过调节透明质酸溶液的pH至2.5可形成黏弹性的类凝胶。
但这种凝胶很不稳定，当pH低于2.0或高于3.0时，会重新转化为透明质酸溶液，因此，此类凝胶在应用上受到很大限制。
OkamotoA&Miyoshi首次报道了一次或者反复冷冻解冻透明质酸水溶液可得到透明质酸凝胶。
这种凝胶因其在不同pH和温度下具有较强的稳定性，可以有效地避免类凝胶的缺陷，因此具有良好的应用前景。
例如：大鼠盲肠的磨损模型试验研究表明，这种冷冻解冻的透明质酸水凝胶有效地降低了术后粘连。
Okamoto 等认为该冷冻解冻凝胶的形成机理是由透明质酸分子间的疏水作用和氢键共同作用导致的。
温敏性水凝胶的研究进展
温敏性水凝胶的研究进展
温敏性水凝胶是一种特殊的材料，其结构可以随温度的变化而发生改变。
在低温下，温敏性水凝胶具有较高的溶胀度和可逆的水合能力，而在高温下，温敏性水凝胶可以吸收和释放溶液中的物质。
由于其独特的性质和广泛的应用前景，温敏性水凝胶的研究领域得到了广泛的关注和研究。
1.合成方法的研究：研究者们通过改变合成条件、添加不同的功能单体和交联剂等途径，设计和合成出具有特定功能和性能的温敏性水凝胶。
常见的合成方法包括自由基聚合、原子转移自由基聚合、原子转移自由基聚合等。
目前，研究者们已经成功合成出了许多结构和功能上具有特殊性质的温敏性水凝胶。
2.环境响应性能的研究：通过调节温度、pH值、离子浓度等外界环境因素，研究者们可以控制温敏性水凝胶的水合度、溶胀度、释放性能等重要性能参数。
在这方面，研究者们已经开展了大量的实验和理论研究，取得了重要的进展。
3.应用研究：由于温敏性水凝胶具有独特的响应性能和结构特点，其在生物医学、环境保护、智能材料等领域具有广泛的应用前景。
目前，研究者们已经利用温敏性水凝胶开发出了一系列的应用产品，如智能药物递送系统、可控释放材料、智能触觉材料等。
4.纳米技术在温敏性水凝胶上的应用：纳米材料由于其特殊的尺寸效应和表面效应，可以提供更高的比表面积和更好的生物相容性，从而使温敏性水凝胶的性能进一步得到优化。
近年来，研究者们已经利用纳米技术在温敏性水凝胶上进行了广泛的研究，并取得了很多重要的进展。
总之，温敏性水凝胶的研究是一个非常活跃和富有挑战性的领域。
随着材料科学和生物医学领域的发展，相信温敏性水凝胶将会在更多的领域展现出其巨大的应用潜力。
可注射水凝胶的研究进展
可注射水凝胶的研究进展一、水凝胶定义水凝胶是一类能够吸收并保有大量水分的具有交联网络结构的聚合物，在聚合物网络结构中含有亲水基团或亲水的链段，它们在水环境中能够与水结合，从而形成水凝胶结构，这种水凝胶结构使得亲水的小分子能够在其中进行扩散。
原位可注射水凝胶是近年来出现的新型水凝胶体系。
通过注射的方法将具有一定流动性的生物材料植入体内，因此很容易充满整个具有不规则形状的缺损部位，手术创伤非常微小。
该体系可由酸碱度、温度的变化或者多价离子的存在而产生溶液-凝胶相转变，或通过共价键而形成水凝胶。
二、水凝胶分类根据水凝胶对外界刺激的应答情况，可以分为两类化合物：一类是传统的水凝胶高分子材料，这类水凝胶对环境的变化相对不是很敏感；而另外一类则是对外界条件非常敏感的水凝胶高分子材料，这类水凝胶高分子材料由于对于不同的环境条件具有不同的应答表现，因此可以作为一种新型的智能材料来使用，具有良好的科研和市场应用前景。
智能型水凝胶是一种可以进行传感、处理并且具有执行功能的高分子材料，作为一种新型的智能材料，在诸多领域有着重要的用途。
根据对外界环境条件的刺激表现出不同的响应情况可以分为：温度敏感性的水凝胶高分子材料、对于pH敏感性的水凝胶高分子材料、对光敏感的水凝胶高分子材料、对压力敏感的水凝胶高分子材料、对于生物分子敏感的水凝胶高分子材料、对于电场敏感的水凝胶高分子材料等。
1、温度敏感性水凝胶这一类水凝胶高分子材料的溶胀与收缩性，对于温度的变化具有非常高的敏感度，具体表现为在较低温度下溶胀度较高，在相对较高温度下溶胀度比较低。
该凝胶具有最低临界共溶温度（LCST），即溶胀度的变化和温度的变化并不是线性的，在某一温度下水凝胶的体积表现为突然的收缩和膨胀。
2、pH敏感性水凝胶水凝胶高分子材料对于pH的敏感性是指其溶胀或消溶胀作用是随着pH值的不同而进行变化。
具有pH响应性的水凝胶都是通过交联而形成大分子网络，网络中含有酸性或碱性基团，随着介质pH值、离子强度改变，这些基团发生电离，导致网络内大分子链段间氢键的解离，引起不连续的溶胀体积变化。
水凝胶的种类结构和医用进展
3.良好的水蒸气透过率和合适的气体(如O 2 和C O 2) 通过率,而且, 水凝胶不会和伤口粘连, 敷贴及取出极为方 便；
4.能够感知外界刺激的微小变化，如温度、pH值、 离子强度、电场、磁场等，并能够对刺激发生敏感性的响 应，常通过体积的溶胀或收缩来实现。
1.创伤敷料
优点：
1.维持创面的湿润环境，有利于伤口愈合 2.水凝胶是透明的 3.药物缓释放，促进伤口愈合 4.柔软、弹性好、机械性能好、透水透气、 无毒副作用
通过纳米杂化及多孔技术，开发的新型纳米银 抗菌水凝胶敷料具有优异力学性能、抗菌性、 吸水性、保湿性及透气性，既能清除坏死组织 、控制感染，又能促进创面愈合，可广泛应用 于外科伤口、烧伤、烫伤、表皮擦伤、褥疮、 下肢溃疡、感染性溃疡等领域中。
水凝胶的分类
按照结合方式分类： 1.物理水凝胶，通过物理作用力结合起来，如静电作
用、氢键、链的缠绕等，是非永久性的。 2.化学水凝胶，通过化学键交联形成的三维网络聚合
物，是永久性的。
根据合成材料分类： 1.天然高分子水凝胶 2.合成高分子水凝胶 3.天然和合成高分子杂化水凝胶
根据水凝胶大小形状的不同分类： 1.宏观凝胶
2.微观凝胶
柱状 球状 膜状 纤维状 多孔海绵状
微米级 纳米级
水凝胶的结构
亲水基团如羧基
一级结构
、酰胺基、羟基 等
疏水基团如烷基等
水
凝 胶
二级结构
轻度交联的三 维网络结构
三级结构
呈无定形的结构
水凝胶中的水
作用：
溶胀剂 控制所有载物或者营养成分进入凝胶
名称
结合方式与物质
结合水
温敏型可注射水凝胶的制备研究
温敏型可注射水凝胶的制备研究29卷6期2010年12月中国生物医学工程ChineseJournalofBiomedicalEngineeringV01.29No.6December2010温敏型可注射水凝胶的制备研究刘玲秀胡帼颖刘欣顾汉卿(天津医科大学生物医学工程系,天津300070)(天津市泌尿外科研究所,天津300211)摘要:为得到应用于软组织重建的新型可注射组织工程支架材料,将经交联合成的HA交联凝胶(XLHA),分别与降解性能不同的两种温敏型材料聚N.异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)凝胶和甲基纤维素(MC),在常温下共混合成XLHA—PNIPAAm与XLHA—MC可注射水凝胶,分析XLHA—PNIPAAm与XLHA—MC水凝胶的可注射性能,耐酶解性能,温敏性能和化学结构,并进行溶血试验与细胞毒性试验评价可注射凝胶的生物相容性.研究获得了XLHA—PNIPAAm的可注射水凝胶的制备条件,并证实了分别将不可降解材料PNIPAAm 与可降解材料MC和HA共混均能有效延缓HA的降解,且PNIPAAm延缓HA降解的效果更为显着.辐照剂量为5kGy,MBAAm/NIPAAm(M/M)=0.015,NIPAAm单体浓度为3%,制备的PNIPAAm与XLHA共混制备的XLHA—PNIPAAm可注射凝胶的耐酶解性能最佳.差示扫描量热仪(DSC)检测显示XLHA—PNIPAAm的温敏性较为稳定.两种复合凝胶的细胞毒性和溶血试验均合格,且XLHA—PNIPAAm水凝胶的生物相容性要好于XLHA.MC凝胶. 关键词:透明质酸;聚N一异丙基丙烯酰胺;甲基纤维素;可注射凝胶;组织工程中图分类号R3l8.O8文献标识码A文章编号0258-8021(2010)06-0901-08 StudyonPreparationofTemperature-SensitiveInjectableHydrogelLIULing.XiuHUGuo.YingLIUXinGUHan—Qing'. (BiomedicalErtgineeringCollege,TianjinMedicalUniversity,Tianjin300070,China) (TianjinInstituteofUrologicalSurgery,Tianjin30021l,China)Abstract:Inordertogetasortofnewscaffoldmaterialforsofttissuereconstruction,weprepare dXLHAPNIPAAmandXLHA-MCinjectablehydrogelsbyblendingcrosslinkedHA(XLHA)andt wotemperature?sensitivematerials,poly(N-isopropylacrylamide)(PNIPAAm)andMethylcellulose(MC) withdifferentdegradability,respectively.Theinjectablility,enzymaticbiodegradability,temperature—sensitivity,structurecytotoxicityandhemolysisofthemweretested.ThepreparationformulaofXLHA—PNIPAAminjectablehydrogelwasobtained,anditwasverifiedthataddingnon—degradablematerialPNIPAAmcouldpostponethedegradation ofHAmoreeffectivelythanthatofthedegradablematerialMC.PNIPAAm,preparedwith5k Gydoseradiation,MBAAm/NIPAAm(M/M)=0.015.monomerconcentration=3%.producedXLH A.PNIPAAmwiththeslowestenzymaticdegradationrate.DSC(DifferentialScanningCalorimetry)detection revealedthattemperature?sensitivityoftheXLHA—PNIPAAmwasmorestablethanthatofXLHA-MC.Twocomposite hydrogelswerequalifiedincytotoxicityandhemolysistests,andthebiocompatibilityofXL HA.PNIPAAmhydrogelwasbetterthanthatofXLHA—MChydroge1.Keywords:hyaluronan;poly(N—isopropylacrylamide);methylcellulose;injectablehydrogel;tissueengineeringdoi:10.3969/j.issn.0258?8021.2010.06.018收稿Et期:2010-04-23,修回日期:2010~6-12基金项目:国家重点基础研究发展(973)计划(2009CB930000)通讯作者.E-mail:**************中国生物医学工程引言软组织的修复和功能重建是现代医学面临的一大难题.将可注射水凝胶作为组织工程支架材料,实现体内的软组织重建,有望为细胞的新陈代谢提供良好的传输通道和的丰富水环境.此外,可注射水凝胶在体内与修复组织之间嵌合连接好,可塑性好,且能够实现原位注射达到微创目的,操作简单方便,近年来成为了组织工程领域的新热点卜.透明质酸(hyaluronan,HA)是广泛分布在软结缔组织细胞外基质中的主要蛋白多糖,具有良好的相容性和黏弹性,能促进机体软组织的修复与再生,因此,利用透明质酸作为支架材料是组织工程领域重要的研究内容,也是软组织重建的重要发展方向.然而,透明质酸应用于组织工程支架有降解速度快,体内停留时间短,机械强度低等不足,需进行交联改性,以提高其机械强度并减缓其在组织中的降解速度,更好地满足软组织重建的需求-4.就构建组织工程支架的可注射凝胶而言,材料的热力学可逆性至关重要,即常温下材料流动性较强,利于注射,而体温下材料固化,形成支架.透明质酸虽是促进组织生长的生物材料,但不具备热力学可逆性.N一异丙基丙烯酰胺(N-isopropylacrylamide, NIPAAm)交联后形成的水凝胶聚N.异丙基丙烯酰胺(poly(N?-isopropylacrylamide),PNIPAAm)则是一种典型的热缩温敏性材料,已被广泛应用于生物医学领域,如酶的固定,释放药物的温控开关功能等.我们的前期工作已经证实了PNIPAAm水凝胶是一种良好的热缩温敏性材料,其相转变温度大约为32℃,且具备良好的生物相容性.甲基纤维素(methylcellulose,MC)是一种非离子纤维素醚,在一定的甲基取代度范围内具有水溶性,其水溶液在温度升高到一定温度后,溶液将会发生完全可逆溶胶一凝胶相转变.这种温敏型MC水凝胶具有许多优越性能:高含水量,与组织相似的弹性和较好的生物相容性,在组织工程,药物释放等领域中有着许多潜在应用.国外已有报道将其与HA的结合作为治疗脊髓损伤的药物释放的可注射凝胶体系,凝胶除了能迅速凝胶化,还具有可降解,生物相容性好等优点.综上,为同时发挥HA的理化,生物学特性和PNIPAAm与MC的温敏特性,以期应用于软组织的组织工程重建,本研究尝试将HA与不可降解温敏型材料PNIPAAm制备出XLHA.PNIPAAm可注水射凝胶,并与文献[8]中的HAMC进行可注射性能,降解性能与生物相容性初步评价的比较.1材料与方法1.1材料采用的HA相对分子质量大约为1.8x10.Da;丁二醇缩水甘油醚(1,4-Butanedioldiglyeidylether, BDDE,购自于Aldrich),浓度为95%一97%; NIPAAm,分析纯,日本KOHJIN公司;N,N.亚甲基双丙烯酰胺(N,N-Methylenebisacrylamide, MBAAm),分析纯;甲基纤维素(methylcellnlose, MC),A15PREMLV,美国陶氏化学公司,原料均未经过其他处理.Co603,辐射源,天津市技术物理研究所.1.2方法1.2.1交联透明质酸衍生物的制备室温条件下,将HA粉末溶解于0.2MNaOH溶液中,配置成10%HA溶液.均匀搅拌30min,静置2h使其充分溶胀.取一定量的HA凝胶,按BDDE/HA(M/M)=1:1,加入BDDE,常温搅拌30min,充分混匀,将体系置于50℃水浴中反应6h,反应结束后,加人一定浓度的HC1溶液中和溶胀处理,形成4%的HA—BDDE水凝胶即XLHA凝胶.1.2.2聚N一异丙基丙烯酰胺的制备配制一系列浓度(1,3,5,8,10和15wt%)的NIPAAm水溶液,将交联剂MBAAm按MBAAm/ NIPAAm(M/M)=0,0.0075,0.015溶解在NIPAAm水溶液中,搅拌均匀,通氮气30min,封口. 常温下Co60源释放的射线辐照,剂量率为1kGy/h,总剂量大小分别为5,20和30kGy.将辐射制备的PNIPAAm水凝胶取出,浸于40℃水浴中,待凝胶均匀收缩后取出,25cI=水浴溶胀,反复漂洗去除单体,冷冻干燥.1.2.3PNIPAAm水凝胶的溶胀率测定用称重法测定PNIPAAm水凝胶在不同温度下的平衡溶胀率(SwellingRatio,SR).称取一定质量(Wd)干态凝胶,在25℃和37℃下将其浸泡于过量的磷酸盐缓冲溶液(PBS)中,溶胀24h,取滤纸吸于凝胶表面的水分,称重(Ws),依公式1计算25℃和37℃下凝胶的平衡溶胀率.6期刘玲秀等:温敏型可注射水凝胶的制备研究SR=×100%(1)1.2.4XLHA.PNIPAAm可注射水凝胶的制备将XLHA凝胶通过2.5mL的针管以恒定推进力匀化3遍.将PNIPAAm凝胶于37℃下充分溶胀,于室温下以恒定推进力通过2.5mL的针管匀化5遍.室温下,将上述两种匀化后的凝胶按质量比1:1搅拌30rain使其共混,静置3h.1.2.5XLHA.MC可注射水凝胶的制备以HA2%,MC7%配制XLHA—MC.将4%的XLHA与14%的MC凝胶分别进行匀化后,按质量比1:1共混搅拌30min,得到XLHA—MC可注射水凝胶.1.2.6可注射性能测试称取2gXLHA—PNIPAAm凝胶与XLHA-MC凝胶分别装入2.5mL的医用注射针管,针头为12#. 以一定推进力(首次l0N,每次增大5N)推压针管10S,称量挤出的凝胶质量并记录.计算切应力与凝胶流速,绘制切应力-速率曲线.1.2.7体外降解实验37℃,15mL离心管装入2mL500UHAse溶液,1g凝胶注射人管底.培养1,2,4,7,10和14d 时,加9mL无水乙醇,与降解产物摇晃均匀,离心, 弃上清液.产物冷冻干燥,用式(2)量化降解程度: 降解率%=×100%(2)wa(o)是初始的聚合物干重,Wd(t)为时间为t时的聚合物干重.1.2.8傅立叶红外光谱(FTIR)检测将HA,XLHA,NIPAAm,PNIPAAm,XLHA—PNIPAAm,MC,XLHA-MC真空冷冻干燥后研磨粉碎,以KBr压片,采用傅立叶红外光谱仪(FTIR)进行红外光谱分析.1.2.9DSC检测用差示扫描量热仪(DifferentialScanning Calorimetry,DSC)对充分溶胀的凝胶样品(10mg) 进行扫描分析,升温范围为2O℃～5O℃,升温速率为2cI=/min.1.2.10细胞毒性实验取凝胶2.0g,加10mLRPMI1640培养液于37℃浸提72h.使用L929细胞,采用琼脂覆盖法, 中性红染色后光镜观察每皿材料周围和材料下脱色区的范围及细胞的崩解情况.材料细胞毒性的大小以区域指标z和细胞溶解指标￡表示.1.2.11溶血实验取凝胶5g,加10mL生理盐水,置于(37±1)℃的恒温水浴锅中保温30min,加稀释过的抗凝兔血0.4mL,轻轻振荡混匀,恒温水浴60min.吸出管内液体(无固形物),离心1000r/min,10min,得清亮上清液.722分光光度计调试波长为545 nm,参比为生理盐水,测上清液的吸光度(opticaldensity,OD)并记录结果.计算材料的溶血率.2结果与讨论2.1PNIPAAm的制备目前PNIPAAm凝胶主要用化学方法合成,但产物中残余引发剂的清除是个比较棘手的问题. 我们采用辐射法合成PNIPAAm凝胶,操作简单,交联度可控,不需要添加引发剂等,有效克服了残留引发剂对生物相容性的不良作用.本课题组在以往研究中将NIPAAm的水溶液经^y辐照合成PNIPAAm水凝胶,采用的辐射条件为辐射剂量5—8kGy,辐射剂量率为700Gy/h,单体浓度为3%.本实验中采用的剂量率增至1kGy/h,所需的剂量为5kGy,得到的凝胶弹性和硬度与上述报道接近.2.2PNIPAAm的溶胀特性在其它制备条件不变的情况下,随着辐射剂量的增加,PNIPAAm凝胶的粘性减少,脆性增加;凝胶的溶胀率减少.以5kGy组来分析单体浓度及交联剂含量对凝胶溶胀率的影响,其中,单体浓度为1% 所获得辐射产物由于交联度太低,25cc与37℃下均呈流质态,不符合本实验要求,未测其溶胀率.析水率(SR析)定义为凝胶25℃与37℃下的溶胀率之差,SR析=SR:℃一SR,℃.数值上等同于单位质量的干态凝胶于25℃下充分溶胀后置于37℃环境中所析出的水的质量.溶胀率测试结果如图1所示.25℃下的凝胶的溶胀率直观地反应了凝胶辐射交联情况.从形态上观察,凝胶随交联剂含量,单体浓度,辐射剂量增大而粘性减弱,脆性增强,长链分子形成的网络结构越发结实密集,即凝胶的交联程度增加.人体体温下(37oC)凝胶的溶胀特性是考察的重点.由图1分析可知,凝胶的溶胀率随着辐射剂量交联剂含量的增大而呈现减小的趋势.凝胶的溶胀率的最大值出现在NIPAAm单体浓度3%～8%时.析水率的大小初步反映凝胶对温度的敏感中国生物医学工程29卷摹褂当臻单体浓度/%图15kGy剂量组的溶胀特性.I交联剂含量:A,B,C分别代表MBAAm/NIPAAm(M/M)=0,0.0075,0.015)Fi窖.1Swellingratioofhydrogels(5kGy).(A:MABAAm/NIPAAm(M/M)=0,B:MABAAm /NIPAAm(M/M)=0.0075,C:MABAAm/NIPAAm(M/M)=0.015)程度.为保证注射后凝胶在体内不过多的析出水而破坏人体组织的等渗环境,考虑将室温下注射的凝胶的含水量控制在37℃下的溶胀率所能达到的含水量水平.2.3XLHA-PNIPAAm的可注射性普遍来讲,随着辐照剂量的增加,凝胶的粘性较弱,脆性增加.20kGy与30kGy组辐照合成PNIPAAm均较脆,按本实验方法难以进行匀化.5kGy条件下合成的PNIPAAm,随单体浓度和辐照时间的变化,产物形态差异较大,注射性能结果如表1所示.表15kGy剂量制备的XLHA-PNIPAAm的各组凝胶25℃下的形态及注射性能Tab.1Themorphologyandinjectalityofhydrogelswith5 kGyDoseat25~C注:A,B,C分别代表MBAAm/NIPAAm(M/M):0,0.0075,0.015 25cI=条件下,可注射凝胶XLHA.PNIPAAm与XLHA—MC的可注射性能结果如图2所示.由表1与图2可知,图中各组复合凝胶均具备一定的可注射性.其中XLHA.PNIPAAm(B.5%)的可注射凝胶注射性能最佳.切应力大于500kPa图2可注射水凝胶25℃经12#针头注射时流速随剪切应力的变化Fig.2Therelationbetweenthevelocityof hydrogelsandshearstress(at25℃J时,凝胶能顺利通过12#针头.本实验的可注射凝胶属于非牛顿流体中的假塑性流体,其特点是切应力小于某一数值时,凝胶不能流动,大于.后凝胶才开始流动;且粘度随着剪切速率的增加而减小,即体现"剪切变稀"的特性.由上图可看出,XLHA—PNIPAAm(B一5%)的剪切变稀效果最明显.可注射凝胶的这种特性与凝胶里HA的成分有密切关系.袁靖军等研究了HA的流变学特性,发现HA溶液的粘度随剪切速率的增加而减小,具有明显的"剪切变稀"特性.37℃下PNIPAAm凝胶的溶胀率的大小可能直接反映XLHA-PNIPAAm凝胶的可注射性.可注射实验也证实了37℃下,辐射剂量为5kGy,单体浓度为5%,MBAAm/NIPAAm(肘/):0.0075条件下6期刘玲秀等:温敏型可注射水凝胶的制备研究的PNIPAAm与XLHA共混得到的可注射凝胶溶胀率最高,且可注射性最佳.同样的,将凝胶置于37℃环境下并对其进行了可注射性能实验.研究发现,所有的XLHA—PNIPAAm凝胶组均呈现白色固体小颗粒状,不具备可注射性能.这说明,XLHA-PNIPAAm凝胶在生理温度下流动性小,满足我们可注射水凝胶体内下固化成组织工程支架的要求.2.4体外降解实验将HA,XLHA分别与前面可注射性实验中筛选出的PNIPAAm凝胶以1:1(w/w)共混做体外酶降解实验,14d内各组凝胶中HA的降解情况所得结果如图3所示.图3失重法稠得凝胶中透明质酸的降解翠随时间的变化Fig.3ThedegradationofHAinhydrogels determinedbythechangeofdrymassovertime由图3分析可知,各组凝胶在前4d降解速率较大,之后逐渐缓慢.在500U透明质酸酶环境下,未交联的HA在4d时已经完全降解,HA—PNIPAAm共混凝胶在7d时降解率大约为80%左右,在14d时几乎完全降解,其中HA—PNIPAAm(c. 5%)组降解最慢.而XLHA—PNIPAAm各组的降解速率显着低于HA—PNIPAAm和HA组,其中XLHA. PNIPAAm(c一5%)降解最慢,14d时降解率仅为37.5%,远远低于单纯的XLHA组(84%).因此,PNIPAAm的加入能延缓HA的降解,且其中PNIPAAm(C-5%)延缓降解作用最明显;而交联改性能更大程度地延缓HA的降解,故将HA交联并与PNIPAAm共混是延缓HA降解的有效方法.上述耐酶解性能最佳的XLHA.PNIPAAm(C.5%)与XLHA—MC的凝胶的降解性能如图4所示.由图4可知,3组凝胶的整体降解率排序如下:XLHA>XLHA—MC>XLHA—PNIPAAm,说明透明质酸与温敏性材料PNIPAAm,MC共混,凝胶的降解速图4可注射凝胶整体随时间的降解情况Fig.4Degradationofinjectablehydroge~overtime率减慢,且XLHA—PNIPAAm凝胶降解速率最慢.这与共混材料的降解性能有关,MC是一种降解性材料,XLHA.MC两组分均发生降解;而PNIPAAm是一种非降解性材料,故XLHA—PNIPAAm只有XLHA组分发生降解.2.5红外光谱分析HAXLHANIPAAm,PNIPAAm,XLHA-PNIPAAm的红外光谱图,如图5所示.图5各单体及聚合物凝胶的FITR图谱.(1为HA;2为HA?BDDE;3为NIPAAm;4为PNIPAAm;5为XLHA- PNIPAAm;6为MC;7为XLHA—MC)Fig.5FITRspectrumofmonomersandpolymers.(1isHA;2isHA-BDDE;3isNIPAAm;4isPNIPAAm;5isXLHA-PNIPAAm;6isMC;7isXLHA-MC)由图5可知,HA.BDDE在3400cm处的一OH振动峰比HA增强,说明交联后HA的OH缔合度提高.HA—BDDE反应条件为碱性,交联产物在中国生物医学工程1050cm～,603cm处的醚键吸收峰有不同程度的增强,说明R—O—R的结构比例增加.但是由于BDDE分子内存在大量的醚键,因此1050em～,603 cm处的醚键吸收峰增强较大,所以交联反应导致的HA化学结构变化在红外光谱上并不明显.由图5分析可知,PNIPAAm在3400～3470cm为一NH伸缩振动峰;1655cm处为酰胺中羰基C—O的伸缩振动峰,1538cm处为仲酰胺吸收峰,l458cm处为一CH3一cH2的吸收峰.聚合物双键吸收峰(1618cm～,1407cm～,992cm～,919cm)等消失;聚合后分子链增长,所有震动吸收增强,特别是3433cm～,655cmN—H振动吸收峰变宽,但强度变化不大.这与以往报道¨.."中化学合成的PNIPAA凝胶的红外光谱结果基本一致. XLHA-PNIPAAm可注射凝胶,两组分结构并观察到未发生明显变化.XLHA—MC可注射凝胶,两组分结构并未观察到发生明显变化.2.6DSC检测结果PNIPAAM及其与HA及XLHA复合凝胶的DSC检测结果如图6所示.图6PNIPAAm,HA-PNIPAAm与XLHA- PNIPAAm的DSC图Fig.6DSCofPNIPAAm,HA-PIPAAm,XLHA-PNIPAAm从图6可看出,HA与XLHA的加入,凝胶的LCST并无显着性变化.按本研究的方法获得复合凝胶的两组分HA(XLHA)与PNIPAAm之间或许存在轻微的氢键,但氢键的作用还不足以改变PNIPAAm中亲水/疏水比例,以致来影响PNIPAAm 的LCST.MC与XLHA.MC的DSC检测结果如图7所示.图7MC,HA-MC与XLHA-MC的DSC图Fig.7DSCofMC.HA-MC.XLItA?MC由图7可以看出,本研究中测得的MC的LCST为67.5℃左右,而XLHA-MC在温度范围内并未检测到明显的吸热峰.说明HA(XLHA)的加入对MC 的LCST影响非常大.可能是共混凝胶的中(HA) XLHA的比例较大,严重破坏了MC中亲水/疏水比例,使得(HA)XLHA—MC水凝胶在我们的检测温度范围内不具备温敏性.由上述分析可知,本研究中采用的两种温敏性材料PNIPAAm与MC中,PNIPAAm的温敏性受外界影响小,较稳定.2.7细胞毒性试验细胞和材料接触培养24h后细胞形态与生长情况倒置显微镜下观察如图8所示.材料的细胞毒性的大小以着色区域指标z和细胞溶解指标表示,见表2.据图7与表2可知材料XLHA-PNIPAAm(浓度为5%;剂量为5kGy,剂量率为1kGy/h;MBAAm/ HA(M/M)=0.0075)的细胞毒性为0.3级,XLHA—MC的细胞毒性为1.3级;依据国家标准二者细胞毒性试验合格,XLHA.PNIPAAm的细胞毒性显着6期刘玲秀等:温敏型可注射水凝胶的制备研究(b)图8可注射凝胶琼脂覆盖法实验接种24h光镜下观察(400×).XLHA.MC(c)(a)阴性对照;(b)XLHA-PNIPAAm;Fig.8Theinjectablehydrogelsoberservedundermicroscopeafter24hwithagaroverlaytest{ 400×)?(a)Negative;(b)XLHA?PNIPAAm;{e)XLHA-MC表2可注射凝胶的细胞毒性结果Tab.2Resultsofcytotoxicityofinjectablehydrogels低于XLHA—MC.2.8溶血试验可注射凝胶溶血试验结果如表3所示,溶血率见图9.表3可注射凝胶的溶血试验结果Tab.3Resultsofhemolyticofinjectablehydrogels.I/一XLHAXLHA—PNIPAAmXLHA.MC受试样品图9可注射凝胶的溶血率Fig.9Hemolyticrateofthehydrogels由上述结果可知,XLHA-PNIPAAm与XLHA—MC凝胶的溶血率均小于5%,依据国家标准¨溶血试验合格.其中XLHA.PNIPAAm组凝胶的溶血率要低于XLHA—MC组凝胶.3结论本研究成功得到了XLHA-PNIPAAm可注射凝胶的制备条件,并证实了不可降解温敏性材料PNIPAAm与可降解温敏性料MC的加入均能有效延缓透明质酸的降解.辐照剂量为5kGy,MBAAm/ NIPAAm(M/M)=O.015,NIPAAm单体浓度为3%制备的PNIPAAm与XLHA共混制备的XLHA- PNIPAAm可注射凝胶的耐酶解性能最佳,且优于XLHA—MC.PNIPAAm的温敏性较稳定,受XLHA的影响小;而MC的温敏性受环境的影响较大,本实验中XLHA的加入会显着削弱MC的温敏性.两种温敏型材料与XLHA制备得到的复合凝胶细胞毒性和溶血试验均合格,其XLHA—PNIPAAm 的溶血率与细胞毒性均低于XLHA-MC凝胶组.研究初步发现,PNIPAAm在37℃下的溶胀率对凝胶的可注射性和降解性有直接的关系,溶胀率越低,越能延缓透明质酸的降解,凝胶却越难注射.后续研究中,将对凝胶的温敏性,流变学性质和凝胶组分XLHA与PNIPAAm的分子间相互作用做进一步的分析研究.5432●O述脊目嚣I中国生物医学工程29卷参考文献[2][3][4][5][6]LeeKY,MooneyDJ.Hydrogelsfortissueengineering[J]. 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医用温敏型可注射水凝胶的研究与应用
医用温敏型可注射水凝胶的研究与应用一、引言水凝胶是一种具有特殊温度敏感性质的材料，具有良好的生物相容性和可注射性。
它在医学领域中具有广泛的应用前景，可用于药物缓释、组织工程修复、生物标记物和疫苗输送等。
然而，目前还存在一些问题，需要进一步探讨和解决。
本报告将从现状分析、存在问题和对策建议三个方面进行探讨。
二、现状分析1. 温敏型可注射水凝胶的研究进展近年来，温敏型可注射水凝胶的研究取得了一系列的成果。
研究人员通过调整材料的配方和结构，成功制备了一系列温敏型可注射水凝胶。
这些凝胶材料具有优异的温敏性能和可注射性，可以在体内迅速凝胶化，并形成稳定的三维网络结构。
这为其在医学领域的应用奠定了基础。
2. 医用温敏型可注射水凝胶的应用领域医用温敏型可注射水凝胶在药物缓释、组织工程修复、生物标记物和疫苗输送等方面具有广泛的应用前景。
（1）药物缓释：温敏型可注射水凝胶可以作为药物载体，实现药物的持续缓释，提高药物的生物利用度和疗效。
（2）组织工程修复：温敏型可注射水凝胶可以用于修复和重建组织缺损，具有良好的生物相容性和组织可塑性。
（3）生物标记物和疫苗输送：温敏型可注射水凝胶可以用于输送生物标记物和疫苗，实现精确的靶向输送和控制释放。
三、存在问题1. 材料的生物相容性和降解性医用温敏型可注射水凝胶在体内应用时，需要具有良好的生物相容性和可降解性。
然而，目前还存在一些材料在体内降解不彻底或产生副产物的问题。
这些问题可能会对患者的健康和安全造成潜在的风险。
2. 温敏性与稳定性的平衡温敏型可注射水凝胶的温敏性是其独特的特点，对其在医学应用中具有重要意义。
然而，目前的研究还存在一些温敏性与稳定性的平衡问题。
一些凝胶在体内温度变化时，可能出现凝胶状态的不稳定性和漏药现象，影响其应用效果和持续性。
3. 组织可塑性和生物力学性能的匹配医用温敏型可注射水凝胶在组织工程修复中需要具备良好的组织可塑性和生物力学性能。
然而，目前研究中一些凝胶的组织可塑性和生物力学性能无法与目标组织完全匹配，存在适应性差的问题。
可生物降解智能水凝胶的研究进展.
可生物降解智能水凝胶的研究进展*孙姣霞1,罗彦凤2,屈晟2(1.重庆大学化学化工学院,重庆400044;2.重庆大学生物工程学院,重庆400044*基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(CSTC2006BB5010;国家自然科学基金资助项目(30470474收到稿件日期:2007-06-08通讯作者:罗彦凤作者简介:孙姣霞(1984-,女,湖南新化人,在读研究生,主要从事高分子材料研究。
摘要:可生物降解智能水凝胶因其在生物医学领域有着广泛的应用前景,因而已成为科研工作者研究的热点。
详细介绍了可生物降解智能水凝胶的研究现状及其在药物释放体系中的应用,并预测了智能水凝胶可能的发展方向。
关键词:智能水凝胶;可生物降解;药物释放系统;综述中图分类号:O648;R313.08文献标识码:A文章编号:1001-9731(2007增刊-1895-041引言水凝胶是指可被水溶胀的半固态交联聚合物网络。
智能型水凝胶(intelligent hydrogels or smart hydrogels是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶。
典型的外界刺激有温度、pH 值、溶剂、盐浓度、光、电场、化学物质等。
目前研究最多的是pH 敏感型和温度敏感型水凝胶[1~3]。
智能水凝胶按其降解性能可分为可降解性智能水凝胶和不可降解性智能水凝胶。
聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸类、聚乙烯醇类等水凝胶主要是依赖双键的自由基反应形成以C —C 连接为主的交联网络,这种以C —C 连接的交联网络通常都是不可降解的。
而可降解水凝胶能在机体生理环境下,通过水解、酶解,从高分子、大分子物质降解成对机体无损害的小分子物质,并且这些小分子降解产物通常是体内自身就存在的,如氨基酸、乳酸等,最后,通过机体的新陈代谢完全吸收和排泄,对机体无毒副作用。
这类材料可用于控制药物在体内的释放,实现药物靶向输送,使药物在体内能够保持有效的浓度,减小或消除副作用,此外还可以避免免疫排斥以及二次手术等缺陷[4~6],因而在生物医学领域有广泛的应用。
水凝胶的研究进展讲解
应用实例
①天然高强度水凝胶
②丰胸充填物
目前，一些成年女性为了提升个人女性魅力而选 择手术丰胸。手术丰胸，是对胸部填充硅胶等制 品达到丰胸目的。
③史宏伟等报道了用医用聚丙烯酰胺水凝 胶注射法治疗眼睑凹陷畸形的研究，临床 治疗眼球摘除术后眼睑凹陷23例，疗效良 好。
3.人工玻璃体
人眼正常的玻璃体为凝胶状，主要成分是 水，凝胶的基质为胶原和透明质酸。玻璃 体浑浊和视网膜脱落都可以引起视力下降 甚至失明。
温（热）敏水凝胶
--------热敏的水凝胶作为原位的药物传递
pH敏感水凝胶
------- pH敏感水凝胶是指聚合物的溶胀与 收缩随环境pH的变化而发生变化。 这些水 凝胶的溶胀性可随外界pH的变化发生极大 的、甚至不连续的 改变。
电解质敏感水凝胶
--------这类水凝胶对溶胀度的影响主要是 阴离子部分，离子化水凝胶的溶胀行为与 收缩行为与离子运动密切相关。阴离子型 水凝胶平衡溶胀随pH增大而增大；阳离子
水凝胶在药用高分子材料进展
⑺阿达帕林凝胶:可抑制人类多形核白细胞的化学 趋化反应，并可通过抑制花生四烯酸经脂氧化反 应转化为炎症媒介物来抑制多形白细胞的代谢， 从而缓解由细胞反应介导的炎性反应。适用于寻 常痤疮的皮肤治疗。
⑻冰带是国内首创新产品，采用国际蓄能高分子 材料蓝冰研制而成的高科技绿色环保产品。蓝冰 在常温状态下呈蓝色柔软透明状胶体，热容量是 水的2-3倍，具有蓄冷降温及蓄热保暖的双重功效， 使用方便，安全。
材料特点：它是一类具有亲水基团能被水 溶胀但不溶于水的聚合物，水凝胶中的水 可使溶于其中的低分子量物质从其间渗透 扩散，具有膜的特性，类似于含大量水分 的人体组织，具有较好的生物相溶性。此 外，聚丙烯酰胺水凝胶为大分子物质，不 吸收、不脱落、不碎裂，在弥散的环境下 能很好保持水分，有较好的粘度，弹性和 柔软度，适合人体组织结构。
纤维素基水凝胶的研究进展
化工进展Chemical Industry and Engineering Progress2022年第41卷第6期纤维素基水凝胶的研究进展沈娟莉，付时雨（华南理工大学制浆造纸工程国家重点实验室，广东广州510640）摘要：纤维素是世界上最丰富的天然、可再生以及可生物降解的高分子材料，在化工、材料等领域有广泛的应用。
本文主要对近几年来纤维素基水凝胶的研究进展进行了归纳总结。
首先，介绍了纤维素基水凝胶的研究背景。
其次，列举了纤维素水基凝胶的交联方法，主要有物理交联与化学交联。
其中物理交联有氢键交联、疏水性交联、离子交联等，化学交联则是酯化交联、迈克尔加成、自由基共聚合、动态共价键交联等。
最后，重点介绍了纤维素基水凝胶在可降解性、生物医学性、亲水性、吸附性、导电性等领域方面的应用。
此外，对于纤维素基水凝胶材料在高机械性和产业化制备等方面的发展进行了展望。
关键词：纤维素；水凝胶；物理交联；化学交联；功能化中图分类号：TQ35文献标志码：A文章编号：1000-6613（2022）06-3022-16Research progress of cellulose-based hydrogelsSHEN Juanli ，FU Shiyu(State Key Lab of Pulp and Paper Engineering,South China University of Technology,Guangzhou 510640,Guangdong,China)Abstract:Cellulose is the most abundant natural,renewable and biodegradable polymer in the world,and has a wide range of applications in chemical,material and other fields.This paper mainly summarizes the research progress of cellulose-based hydrogels in recent years.First,the research background of cellulose-based hydrogels is introduced.Secondly,the cross-linking methods of cellulose water-based gels are listed,which are mainly composed of physical cross-linking and chemical cross-linking.Among them,physical crosslinking includes hydrogen bond crosslinking,hydrophobic crosslinking,ionic crosslinking,etc .,while chemical crosslinking includes esterification crosslinking,Michael addition,free radical copolymerization,dynamic covalent bond crosslinking,etc .Finally,the applications of cellulose-based hydrogels in the fields of degradability,biomedical properties,hydrophilicity,adsorption,and electrical conductivity are highlighted.In addition,the development of cellulose-based hydrogel materials in terms of high mechanical properties and industrialized preparation is prospected.Keywords:cellulose;hydrogel;physical crosslinking;chemical crosslinking;functionalization 水凝胶是一种具有亲水聚合物链的三维网络结构材料。
可注射水凝胶的研究进展.
可注射水凝胶的研究进展一、水凝胶定义水凝胶是一类能够吸收并保有大量水分的具有交联网络结构的聚合物, 在聚合物网络结构中含有亲水基团或亲水的链段, 它们在水环境中能够与水结合, 从而形成水凝胶结构,这种水凝胶结构使得亲水的小分子能够在其中进行扩散。
原位可注射水凝胶是近年来出现的新型水凝胶体系。
通过注射的方法将具有一定流动性的生物材料植入体内, 因此很容易充满整个具有不规则形状的缺损部位, 手术创伤非常微小。
该体系可由酸碱度、温度的变化或者多价离子的存在而产生溶液 -凝胶相转变,或通过共价键而形成水凝胶。
二、水凝胶分类根据水凝胶对外界刺激的应答情况, 可以分为两类化合物:一类是传统的水凝胶高分子材料, 这类水凝胶对环境的变化相对不是很敏感; 而另外一类则是对外界条件非常敏感的水凝胶高分子材料, 这类水凝胶高分子材料由于对于不同的环境条件具有不同的应答表现, 因此可以作为一种新型的智能材料来使用, 具有良好的科研和市场应用前景。
智能型水凝胶是一种可以进行传感、处理并且具有执行功能的高分子材料, 作为一种新型的智能材料, 在诸多领域有着重要的用途。
根据对外界环境条件的刺激表现出不同的响应情况可以分为:温度敏感性的水凝胶高分子材料、对于 pH 敏感性的水凝胶高分子材料、对光敏感的水凝胶高分子材料、对压力敏感的水凝胶高分子材料、对于生物分子敏感的水凝胶高分子材料、对于电场敏感的水凝胶高分子材料等。
1、温度敏感性水凝胶这一类水凝胶高分子材料的溶胀与收缩性, 对于温度的变化具有非常高的敏感度,具体表现为在较低温度下溶胀度较高,在相对较高温度下溶胀度比较低。
该凝胶具有最低临界共溶温度 (LCST , 即溶胀度的变化和温度的变化并不是线性的,在某一温度下水凝胶的体积表现为突然的收缩和膨胀。
2、 pH 敏感性水凝胶水凝胶高分子材料对于 pH 的敏感性是指其溶胀或消溶胀作用是随着 pH 值的不同而进行变化。
具有 pH 响应性的水凝胶都是通过交联而形成大分子网络, 网络中含有酸性或碱性基团,随着介质 pH 值、离子强度改变,这些基团发生电离,导致网络内大分子链段间氢键的解离,引起不连续的溶胀体积变化。
温度敏感型可注射水凝胶的性质及应用研究进展
温度敏感型可注射水凝胶的性质及应用研究进展任婷婷;卢清侠;郝慧芳;邓瑞广;张改平【摘要】The temperature-sensitive injectable hydrogels is a new type of material that is sensitive to tem-perature,its physical state could be changed as the temperature changes.This kind of material has been widely applied in the vaccine,drug control-release and tissue support engineering because of this character-istics.Temperature-sensitive injectable hydrogel materials can be divided into 5 types according to their structures,the author analyzed and discussed the thermodynamicmechanism,biocompatibility,toxicity and degradability of these five materials,specified the characteristics of each material,and summarized the pro-gress on the application of each material in the drug and vaccine delivery system and the tissue support en-gineering respectively,provided scientific basis for the application of temperature-sensitive injectable hydro-gel in the field of human and animal medicine,and prospects for its future development were discussed.%温度敏感型可注射水凝胶是一种对温度敏感的新型材料,可以随着温度的变化发生物理状态的变化.由于这种特性,该水凝胶材料近年来被广泛的应用于疫苗和药物控释以及组织支架工程等领域.温度敏感型可注射水凝胶材料根据其结构的不同大致可分为5个种类,论文对这5种材料的温变机制、生物相容性、毒性、可降解性等性质进行了综述,阐述了每种材料的特点,并对各个材料在药物疫苗传递系统和组织支架工程两方面的应用研究进展分别进行了归纳和总结,为温度敏感型可注射水凝胶在人类和动物医学领域的应用提供科学依据,并对其未来发展前景进行展望.【期刊名称】《动物医学进展》【年(卷),期】2018(039)001【总页数】5页(P99-103)【关键词】温度敏感型水凝胶;可注射水凝胶;疫苗控释;药物控释;生物医用材料【作者】任婷婷;卢清侠;郝慧芳;邓瑞广;张改平【作者单位】河南农业大学牧医工程学院,河南郑州450002;河南省农业科学院动物免疫学重点实验室/河南省动物免疫学重点实验室/农业部动物免疫学重点实验室,河南郑州450002;河南省农业科学院动物免疫学重点实验室/河南省动物免疫学重点实验室/农业部动物免疫学重点实验室,河南郑州450002;河南省农业科学院动物免疫学重点实验室/河南省动物免疫学重点实验室/农业部动物免疫学重点实验室,河南郑州450002;河南省农业科学院动物免疫学重点实验室/河南省动物免疫学重点实验室/农业部动物免疫学重点实验室,河南郑州450002;河南农业大学牧医工程学院,河南郑州450002;河南省农业科学院动物免疫学重点实验室/河南省动物免疫学重点实验室/农业部动物免疫学重点实验室,河南郑州450002【正文语种】中文【中图分类】S859.1水凝胶是一种在吸水后溶胀但不溶于水的高分子聚合物，呈三维网状结构，可注射水凝胶作为一种新型水凝胶，由于其独特的优势成为研究的热点。
水凝胶的制备及其研究进展
水凝胶的制备及其应用进展摘要水凝胶是一类具有广泛应用的聚合物材料，它在水中能够吸收大量水分而溶胀，并在溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。
由于其特殊的结构和性能，水凝胶自人们发现以来，一直被人们广为研究。
本文综述了近些年国内外在水凝胶制备和在生物医药、环境保护等方面的一些研究进展，并对水凝胶的应用前景做了一些展望。
关键词水凝胶药物释放壳聚糖染料吸附凝胶按照分散相介质的不同而分为水凝胶(hydro-gel)、醇凝胶(alcogel)和气凝胶(aerogel)等。
水凝胶的分散相介质是水,它是由水溶性分子经过交联后形成的,能够在水中溶胀并且保持大量水分而不溶解的胶态物质。
它在水中能够吸收大量的水分显著溶胀，并在显著溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。
[1]正因为水凝胶的这种特性，水凝胶能够对外界环境，如温度、pH、电场、磁场等条件变化做出响应。
近年来，对水凝胶的研究逐渐深入。
水凝胶的应用也越来越广泛，不仅在载药缓释、环境保护方面有很大用途，而且在喷墨打印等方面也有越来越大的作用。
一、水凝胶的制备（一）PVA水凝胶的制备上世纪50年代,日本科学家曾根康夫最早注意到聚乙烯醇(PVA)水溶液的凝胶化现象。
由于PVA水凝胶除了具备一般水凝胶的性能外,具有毒性低、机械性能优良(高弹性模量和高机械强度)、高吸水量和生物相容性好等优点,因而倍受青睐。
PVA水凝胶在生物医学和工业方面的用途非常广泛[2]。
龚桂胜，钟玉鹏[3]等人利用冷冻-解冻法制备了不同类型高浓度聚乙烯醇（PVA）水凝胶，研究了PVA水凝胶的溶胀率、拉伸强度和流变特性。
他们发现不同类型的高浓度 PVA 水凝胶的力学性能相差较大，高分子量的 PVA 水凝胶的拉伸强度较低；这与低浓度的水凝胶相反。
徐冰函[4]首先制备PVA水凝胶，再以PVA 水凝胶作为载体利用反复冷冻的方法成功制备含有二甲基砜的PVA水凝胶。
实验制备的MSM/PVA水凝胶具有优良的理化性能，并且可以用于人工敷料的制备。
水凝胶的研究进展
水凝胶的研究进展俊机哥哥0913010407(广西师范学院化学与生命科学学院09高分班)摘要:本文对水凝胶的制备方法、性质及其应用进行了简单的介绍。
关于水凝胶的制备，我们在文章的介绍了三种方法：单体聚合并交联、聚合物交联、载体的接枝共聚。
关键字: 水凝胶制备性质应用生物医学前言水凝胶这个词最早出现于1960年，当时是由捷克的Wicherle和Lim研制的聚强乙基丙烯酸甲酯。
它本身是硬的高聚物，但它汲取水分后就变成具有弹性的凝胶，故称水凝胶。
水凝胶是一类具有三维网络结构的聚合物，在水中能够汲取大量水分而溶胀，并在溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶化。
水凝胶可由不同的亲水单体和疏水单体聚合而成。
由于其具有三维网络结构，故相对分子质量很高，其交联网络结构主要由化学键、氢键或范德华力等组成。
溶胀时溶液可以扩散进入交联键之间的空间内，交联密度越大，三维网络间的空问就越小，水凝胶在溶胀时汲取的水分也就越少。
由于水凝胶外表不易粘附蛋白质和细胞，故在与血液、体液及人体组织相接触时会表现出良好的生物相容性；其它，水凝胶由于含有大量的水分而非常柔软，并且类似于生物体组织，故作为人体植入物可以减少不良反响。
因此，水凝胶被作为优良的生物医学材料得到广泛应用2。
例如，PVP水凝胶可作为眼科手术中黏弹物质及人工玻璃体材料。
PVA水凝胶可用于关节重建、人工软骨、人工喉及人工玻璃体。
PVA 是第一个被广泛使用在移植方面的水凝胶。
水凝胶已被用做鼻子、面部、缺唇修补、替代耳鼓膜等方面。
水凝胶用做人工软骨、腱以及主动脉接枝不久将被商业化。
其它，水凝胶在日用品，工业用品，农业、土建等领域也有广泛应用。
1 水凝胶的制备1. 1 单体聚合并交联合成水凝胶的单体很多,大致分为中性、酸性、碱性3 种,表1 列出了局部单体及交联剂。
表1水凝胶制备中常用的单体和交联剂水凝胶可以由一种或多种单体采纳电离辐射、紫外照耀或化学引发聚合并交联而得。
一般来说,在形成水凝胶过程中需要参加少量的交联剂。
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生物可降解温敏性物理交联水凝胶的研究进展
作者：朱韵
来源：《科学与财富》2020年第09期
摘要：随着我国科学技术的不断发展，原位形式的水凝胶相关研越来越成熟，利用PH 值、温度、离子浓度等刺激，使原位诱导凝胶化转变，一般情况下，温敏性凝胶体系具有疏水-亲水两亲性平衡的特点，只通过转变环境溫度就能够诱导凝胶化转变，不需要利用有机溶剂、偶联剂等外界刺激。
关键词：生物可降解;温敏性;水凝胶;研究
引言：
敏性物理交联水凝胶是一种具有水溶性特点的聚合物，在环境温度发生变化时，能够改变其体积、尺寸以及亲水-疏水性。
从而诱导其产生凝胶化转变，经过研究发现，由于使其发生凝胶化转变的温度，与人体生理温度尤为接近，因此，引发了世界范围内大量学者和专家的研究，本文在相关学者研究的基础上，进一步对生物可降解温敏性物理交联水凝胶的研究进展进行分析，希望能够为后续相关人员提供参考和借鉴。
一、生物可降解温敏性物理交联水凝胶的概念
温敏性物理交联水凝胶能够随着温度变化产生提及、尺寸以及亲水性变化，从而发生凝胶化转变，近年来，随着科学技术的不断发展，相关学者和专家对其进行了深入的研究和探讨。
结合相关研究表明，温敏性物理交联水凝胶在发生凝胶变化这一过程中，并未产生任何化学反应，其凝胶化过程中分子链间的铰链是一种物理变化。
与原位形式的水凝胶产生化学反映相比，温敏性物理交联水凝胶不需要通过有机溶剂、偶联剂等外界刺激[1]，只通过环境温度改变就能够发生变相，因此，结合其未来发展可以看出，温敏性物理交联水凝胶在活性细胞封装、组织修复工程等相关领域，具有广泛的应用前景。
一般情况下，生物可降解温敏性物理交联水凝胶是一种两亲性共聚物，主要包括生无可降解的疏水性链段和亲水性链段组成，其中疏水在变化过程中相互作用，能够使BTPCH疏亲水处于平衡状态，如果可降解的疏水性链段较长，此时BTPCH不能溶于水。
而如果可降解的亲水性链段较长，BTPCH升温过程中不会发生凝胶化现象，可降解的疏水性链段包括多肽、壳聚糖等聚合物。
可降解的亲水性链段摆阔聚乙二醇、聚氧化乙烯等聚合物，并且可降解的亲水性链段末端的OH能够被其他的官能团代替。
其中聚乙二醇又分为线型结构和支化结构，通过
嵌段共聚方式或者利用接枝共聚方式，能够制备出多枝化、多嵌段等多样性的拓扑结构共聚物体系。
二、BPCTH二嵌段体系
自20世纪90年代，发达国家相关研究人员就针对聚乙二醇嵌段共聚以及接枝共聚方式制备出的二嵌段体系展开了深入研究，并进行了相关实验，利用单端羟基的聚乙二醇引发L-丙交脂的开环聚合，从而形成PEG-B-PLLA二嵌段BPCTH。
实验表明，当温度产生升高变化时，PEG-B-PLLA逐渐向凝胶化趋势发生变化，此时，利用调控嵌段共聚物的工具组成，能够使PEG-B-PLLA的Ygel发生变化，而针对同样聚乙二醇嵌段长度的PEG-B-PLLA共聚物，会随着PLLA链段长度的演唱逐渐增大，此时，临界凝胶的浓度会相应降低，并且凝胶化窗口会随之增宽。
如果PLLA嵌段长度相同[2]，PEG-B-PLLA共聚物会随着聚乙二醇的长度发生变化，同时CGC会逐渐升高，并且凝胶化窗口会越来越窄，另外，二嵌段BPCTH体系还有PEG-B-PCl以及
PEG-B-PLGA两种，通过实验表明，这两种BPCTH二嵌段体系会随着温度的升高产生凝胶化变化，其自身存在一定的限制因素，不能广泛应用到生物、医学等领域。
三、BPCTH三嵌段体系
BPCTH三嵌段体系有分为B-A-B体系和A-B-A体系，具体可以从以下两个方面分析：
第一，B-A-B体系。
国外相关研究人员利用利用两步开环聚合法制备了PEG-PLLA-PEG 嵌段共聚物BPCTH，并进行了相关研究，首先，将单端羟基的聚乙二醇作为引发剂。
形成了PEG-B-PLLA二嵌段共聚物。
另外，又利用二异氰酸酯作为偶联剂，形成了PEG-PLLA-PEG 三嵌段共聚物。
实验表明，将聚合物放置在50℃的水中会形成溶胶状，随时间推移，水温逐渐下降，越35℃左右时，聚合物开始产生凝胶变化。
另外，Ygel和共聚物的组成息息相关，PLLA增长时也会随之升高。
随着科学技术的不断发展，后续相关人员又在原油研究基础上进行了全新实验，并利用锌粉替代了含有量毒性细胞的辛酸亚西作为催化剂，同时将乙二烯氯替代了水解难度较大的HMDI偶联氨酯键最为偶联剂，实验表明，当水温升至35℃时，PEG-PLLA-PEG发生凝胶-溶胶变化。
由此可见，PEG-PLLA-PEG三嵌段BPCTH会随着温度升高发生凝胶化准变，在一定程度上限制了其应用范围。
相关研究人员后通过改变疏水嵌段的种类合成了PEG-PLGA-PEG三嵌段BPCTH，并在研究中表明，随着温度的不断升高，共聚物会产生溶胶-凝胶的转变，其主要原理是[3]，温度在升高过程中，胶束核减的疏水能够产生相互作用，并且随温度升高不断增强，促进宏观的液与液之间相分离。
此时，聚乙二醇、PL-CA嵌段的共聚组成，能够直接影响PEG-PLLA-PEG凝胶化现象，除此之外，在溶液中添加NaCL或者游离的聚乙二醇，也能够直接影响PEG-PLLA-PEG凝胶化现象。
充分说明，PEG-PLLA-PEG能够作为药物载体，在生物、医学领域具有广泛应用价值。
A-B-A体系，相对于B-A-B体系而言，A-B-A体系不需要进行偶联步骤，并且通过实验表明，其凝胶窗口更宽、凝胶模量更大。
其原理在于，A-B-A体系含有两种疏水嵌段，在凝胶化过程中，两个疏水体系可以在不同的胶束之间形成架桥从而产生教书网络结构，而上文提到了B-A-B体系只能利用疏水互相作用形成常规胶束。
相关人员通过合成不同基团封端的PLGA-PEG-PLGA进行研究，发现该实验中物理凝胶化行为是一种较为明显的端基效应。
在温度达到25℃时，羟基封端的PLGA-PEG-PLGA程溶胶状态，与其相对应的乙酸酯封端PLGA-PEG-PLGA和丙酸酯封端PLGA-PEG-PLGA会发生溶胶-凝胶变化，与此同时，正丁酸酯封端的PLGA-PEG-PLGA会在水中产生沉淀[4]。
结语：
生物可降解温敏性物理交联水凝胶在科学技术不断发展的环境下，其应用范围也越来越广泛，尤其在医学领域，不仅能够作为药物缓释以及输送的主体，也可以作为组织再生的支架材料。
因此，本文针对生物可降解温敏性物理交联水凝胶的研究进展进行分析，希望能够为相关人士提供参考和借鉴，进一步深入挖掘其价值和作用，为扩大其应用范围奠定良好基础。
参考文献：
[1]陈赛博，仲慧，张厚峰，姚成，王宇峰，张昶和.温度敏感型可生物降解高分子凝胶的研究进展[J].材料导报，2009：417-420.
[2]孙姣霞，罗彦凤，屈晟.可生物降解智能水凝胶的研究进展[J].功能材料，2007，38
（A05）：1895-1898.
[3]彭辉，罗彦凤，孙姣霞，吴进川.新型可生物降解两性pH敏感水凝胶的制备与性能研究[J].材料导报，2010（14）：52-55.
[4]毛海良，潘鹏举，单国荣，包永忠.生物可降解温敏性物理交联水凝胶的研究进展[J].高分子材料科学与工程，2014：184.
重庆市教育委员会科学技术研究计划青年项目资助项目（项目编号KJQN201803403）。