水凝胶，又一篇Biomaterials！
水凝胶，又一篇Biomaterials！
烧伤创面是最具破坏性的皮肤创伤之一，每年导致超过一百万人的死亡。烧伤创面大、且不规则烧伤创口的患者愈合较为缓慢。动态烧伤伤口由于其高频运动而对水凝胶敷料有着特殊要求。为了研究研究动态烧伤创面，西北大学范代娣、Shihong Shen、Yang Yuan等人设计了一种由席夫碱和邻苯二酚-Fe3 螯合键制备的新型双交联水凝胶。
本文要点：1）水凝胶独特的双交联结构，使其具有较好的理化性能和增强了凝胶的药效。凝胶化时间（52±2s）、机械性能（535kpa/G'）、粘接强度（19.3kPa）和较好的自愈性等物理化学性能的增强，使水凝胶更适合于动态创面。该水凝胶具有良好的形状适应性（97.1±1.3%的恢复率），适合于形状不规则的创面。
2）水凝胶在创面愈合过程中不仅具有生物降解性，而且具有优良的固有抗菌活性（100%的杀灭率）和止血性能。结果表明，水凝胶能使烧伤创面愈合时间缩短到13天，促进皮肤结构和功能的重建。这种双交联的多功能水凝胶作为动态烧伤创面敷料是有希望的候选材料。
参考文献：Yang Yuan, et al., A physicochemical double cross-linked multifunctional hydrogel for dynamic burn wound healing: shape adaptability, injectable self-healing property and enhanced adhesion, Biomaterials 2021./10.1016/j.biomaterials.2021.120838
水凝胶，又一篇Biomaterials！
水凝胶，又一篇Biomaterials！ 烧伤创面是最具破坏性的皮肤创伤之一，每年导致超过一百万人的死亡。烧伤创面大、且不规则烧伤创口的患者愈合较为缓慢。动态烧伤伤口由于其高频运动而对水凝胶敷料有着特殊要求。为了研究研究动态烧伤创面，西北大学范代娣、Shihong Shen、Yang Yuan等人设计了一种由席夫碱和邻苯二酚-Fe3 螯合键制备的新型双交联水凝胶。 本文要点：1）水凝胶独特的双交联结构，使其具有较好的理化性能和增强了凝胶的药效。凝胶化时间（52±2s）、机械性能（535kpa/G'）、粘接强度（19.3kPa）和较好的自愈性等物理化学性能的增强，使水凝胶更适合于动态创面。该水凝胶具有良好的形状适应性（97.1±1.3%的恢复率），适合于形状不规则的创面。 2）水凝胶在创面愈合过程中不仅具有生物降解性，而且具有优良的固有抗菌活性（100%的杀灭率）和止血性能。结果表明，水凝胶能使烧伤创面愈合时间缩短到13天，促进皮肤结构和功能的重建。这种双交联的多功能水凝胶作为动态烧伤创面敷料是有希望的候选材料。 参考文献：Yang Yuan, et al., A physicochemical double cross-linked multifunctional hydrogel for dynamic burn wound healing: shape adaptability, injectable self-healing property and enhanced adhesion, Biomaterials 2021./10.1016/j.biomaterials.2021.120838
水凝胶简介
水凝胶简介 水凝胶是一种具有亲水性的三维网状交联结构的高分子网络体系。水凝胶性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水，具有良好的生物相容性和生物降解性。自从20世纪50年代由Wichterle等首次报道后，就被广泛地应用于组织工程、药物输送、3D细胞培养等医药学领域。[1] 水凝胶根据交联方式不同，分为物理交联水凝胶和化学交联水凝胶。物理凝胶是指通过静电力、氢键、疏水相互作用等分子间作用力交联形成的水凝胶。这种水凝胶力学强度低，温度升高会转变成溶胶。化学交联水凝胶是指通过共价键将聚合物交联成网络的凝胶。其中，共价键通过“点击”反应生成，比如硫醇-烯/炔加成、硫醇-环氧反应、叠氮-炔环加成、席夫碱反应、环氧-胺反应、硫醇-二硫化物交换反应等。Gao Lilong等在生理条件下将N,N-二甲基丙烯酰胺、甲基丙烯酸缩水甘油酯和聚低聚乙二醇巯基丁二酸通过巯基-环氧“点击”反应制备得到可注射水凝胶。[2]和物理凝胶相比，化学交联水凝胶稳定性较好，力学性能优异。根据来源不同，水凝胶又可分为天然水凝胶和合成水凝胶。天然水凝胶包括琼脂、壳聚糖、胶原、明胶等，它们大都通过氢键交联形成。合成水凝胶包括聚乙二醇、丙烯酸及其衍生物类（聚丙烯酸，聚甲基丙烯酸，聚丙烯酰胺，聚N-聚代丙烯酰胺等）。和合成水凝胶相比，天然水凝胶生物相容性较好，环境敏感性好，价格低廉，但稳定性较差。目前，有学者将天然高分子和合成高分子交联制备杂化水凝胶。比如，Lei Wang等将壳聚糖和聚异丙基丙烯酰胺交联得到热敏性杂化水凝胶用于体内药物输送，并利用近红外光引发药物释放。[3]水凝胶凭借良好的生物相容性广泛地应用于药物输送、组织再生等医药学领域。药物可以通过化学接枝和包埋等方式实现负载。负载药物的水凝胶通过移植或注射进入生物体内，然后在体内逐渐降解实现药物的缓慢释放。为了更好地实现药物的输送和释放，智能水凝胶应运而生，所谓智能水凝胶，是指能够对外界环境的变化，比如pH、温度等做出反应的水凝胶，从而实现药物的可控释放。其中，温度响应水凝胶有聚（N-异丙基丙烯酰胺）基水凝胶、泊洛沙姆等，pH响应水凝胶有聚（甲基丙烯酸二甲氨基乙酯）基水凝胶、聚（乙酸烯丙酯）基水凝胶、腙键交联型水凝胶等。M. Ghorbanloo等制备得到pH响应的水凝胶，在酸性条件下，由于氢键的存在药物被紧紧包裹在水凝胶中，而在碱性条件下，氢离子电离，
【doc】水凝胶医用敷料的研究概况
【doc】水凝胶医用敷料的研究概况水凝胶医用敷料的研究概况 轻纺工业与技2011年第40卷第1期 水凝胶医用敷料的研究概况 陈向标 (五邑大学纺织服装学院,广东江门529020) 【摘要】介绍水凝胶敷料在医疗卫生领域的应用,叙述了水凝胶医用敷料的制备 原料,制备方法以及水凝胶医用敷 料的诸多优点. 【关键词】水凝胶;医用敷料;静电纺丝 中图分类号:TQ342+.87,R318.08文献标识码:B文章编号:2095—0101(2011)0l 一 0066—03 水凝胶是功能高分子材料的一种,内部带有强烈的亲水基团,因而对水有特殊 吸附作用,通过分子间交联,形成网状结构.吸水性凝胶材料吸水的特点不同于海绵,棉布等吸附材料,它可以吸收是自身质量成百上千倍的水,并与水牢固结合,然后膨胀形成水凝胶.这种凝胶中的水即使受到相当大的压力也很少被挤出.这一特殊功能使得吸水性高分子凝胶材料在被发现之后就得到了快速发展. 水凝胶医用敷料是近年来发展起来的一种新型的创伤敷料.与传统的敷料相比,水凝胶能促进伤口更好地愈合,减轻患者的疼痛,它能改善创面的微环境,抑制细菌的生长.水凝胶特别适用于常见的体表创伤,如擦伤,划伤,褥疮等各种皮肤损伤.对于这些伤口,传统上医生一般用无菌纱布及外用抗生素处理.纱布易与皮肤伤口
组织粘连,换药时常常破坏新生的上皮和肉芽组织,引起出血,这不但不利于伤口的愈合,而且使病人疼 痛难忍.用水凝胶敷料敷贴在伤口上时,它不但不粘连伤口,不破坏新生组织, 而且能杀死各种细菌,避免伤口感染f". 1制备水凝胶的原料 制备水凝胶一般采用高分子材料,包括天然高分子材料和合成高分子材料. 天然高分子材料因其生物相容性较好而常被选用, 但是天然高分子也存在一些缺点:比如材料性能的重复性差,机械强度较差,而且结构与性能可调范围窄,致使收稿日期:2010—11-03 作者简介:陈向标(1985.3一),男,广东省陆丰市人,在读研究生.研究方向:生 物医用纺织品. 其难以满足医学上的各种实际要求. 合成高分子用来制备敷料用水凝胶具有诸多优点: 合成材料通过控制条件,其 生产重复性好,可根据需要大量生产,通过简单的物理,化学改性,获得广泛的性能,以满足不同需要121.但合成高分子的生物相容性一般较差,可用来制备敷料用水 凝胶的原料种类也有限. 因此研究利用天然高分子与合成高分子合成杂化高分子水凝胶引起人们更为广泛的重视,这种方法将两者的优点结合起来,以提高水凝胶的性能.既能保留人工合成高分子材料基质的力学强度,又能具有天然高分子材料的良好生物相容性. 常用于制备敷料用水凝胶的聚合物原料如表1. 表1常用来制备敷料用水凝胶 的聚合物材料类别聚合物 天然高分子藉嚣概鼬'嗽衙艨, 合成高分子詈篙卿峭.烷酮'聚 天然一合成壳聚糖一聚乙二醇,壳聚糖一聚乙烯吡咯烷酮,胶原蛋
点击化学反应原位制备海藻酸钠水凝胶
点击化学反应原位制备海藻酸钠水凝胶 海藻酸盐( alginate) 是从天然褐藻提取的一种多糖，结构为直链型(1→4) 键合的β-D-甘露糖醛酸(M) 和α-L-古洛糖醛酸(G) 的无规嵌段共聚物，其中G 单元是M 单元在C-5 位的立体异构体，G 和M 的结构式及其连接方式如图1所示［1］. 海藻酸由一定长度的G 嵌段、M 嵌段和GM交替嵌段组成，相同单元数的GG 均聚段的均方末端距是MM 段的2. 2 倍［2］，海藻酸中各组分单元的比例和序列长度，与海藻的生长地点、季节和采集部位有很大关系. 海藻酸水溶液在遇到钙、铜、锌等二价金属阳离子( 镁除外) 时，能够在温和的条件下迅速形成凝胶，无需添加有毒溶剂，无有害物质放出，因此被广泛应用于药物载体、组织工程支架、细胞微囊化免疫隔离技术等领域，尤其以钙-海藻酸凝胶研究得最多. Ca2 + 与G 嵌段上的多个氧原子发生螯合作用［3］，与G 嵌段形成“蛋盒”结构［4］. G 嵌段含量高的海藻酸容易与钙离子形成凝胶，而且凝胶强度较高［5］. 当持续的G 单元数为3 ～ 8 时，该嵌段形成的交联点强度最大［6］. 在相同M /G 值条件下，钙-海藻酸凝胶的强度随分子量的增大而增大［7］. 但是离子交联的海藻酸钠水凝胶放置一段时间后机械强度会逐渐下降, 这可能是因为交联的离子会扩散到周围的溶液中, 从而使水凝胶的交联密度下降. 用双功能团的交联剂共价交联海藻酸钠可以得到更为稳定海藻酸钠水凝胶[8] . Li等[ 9]通过研究催化剂量对水凝胶溶胀度的影响(如图1) , 发现随着催化剂与海藻酸钠的摩尔比值(EDC∶SA ) 的升高, 共价交联凝胶的溶胀度先降低后升高。随着催化剂量的增加, 海藻酸钠中活化点增加, 和氨基发生反应的结合位点增多, 从而使所产生凝胶的交联程度增大。交联度增大意味着凝胶网络的结构趋向紧密, 容纳自由水的空间相对减小, 所以溶胀度降低; 当EDC 与SA 的摩尔比超过1 时, 随催化剂量的进一步增加, 使海藻酸钠分子链段的运动性受到限制, 羧基与氨基反应受阻, 溶胀度出现上升趋势。而实验中所考查的EDC∶SA 摩尔比低于0. 25 时, 海藻酸钠凝胶由于活化度低, 结合位点少, 不能有效交联, 无法测得有效的溶胀度, 海藻酸钠呈溶解状态。与之相反, 共价交联凝胶的压缩模量随催化剂的增加呈先升高后降低的趋势
亲水凝胶面膜 吸水性研究
亲水凝胶面膜吸水性研究 水凝胶是一种具有亲水性的三维网状交联结构的高分子网络系统。水凝胶性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水，具有良好的生物相容性和生物降解性。自从20世纪50年代由Wichterle等首次报道后，就被广泛地应用于组织工程、药物输送、3D细胞培养等医药学领域。 （一）水凝胶，用在儿童退热贴中，降温效果非常好 水凝胶在我们的生活中，最常见的就是被应用在退热贴当中，其实水凝胶的作用并不像大家详细的那么鸡肋，只是具备单纯的吸热降温功能，水凝胶的神奇超乎你的想象。 （二）注射用水凝胶，调控炎症环境，激发自愈 你可以想象的到水凝胶是可以被注射的吗？一直以来，水凝胶被广泛地应用于医疗领域中发光发热。德州心脏研究所(THI)的水稻研究人员和合作者已经建立了一组可注射的水凝胶，它们有望帮助伤口愈合，输送药物和治疗癌症。 由化学家、生物工程师Jeffrey Hartgerink和Rice的研究生Tania Lopez-Silva领导的这项研究，以及THI流式细胞仪和成像核心总监，Darren Woodside的研究表明，应该可以调节多域肽水凝胶的生产针对他们正在治疗的疾病的适当炎症反应。（该研究发表在BIOMATERIALS《生物材料》国际期刊（半月刊）上） 赖斯大学生物工程师开发的水凝胶被设计成可注射的，并在所需的位置模拟细胞
支架。它们充当占位符，而人体自然将新的血管和细胞喂入支架，支架会随着时间的流逝而降解，从而将自然组织留在其位置。我们通常了解，人体在出现伤口的时候同时会发生炎症，认为炎症是不好的，其实是因为炎症有时与疼痛有关，没有人喜欢疼痛的感觉，但真实情况是炎症反应对于伤口愈合和清除感染也非常重要。正是因为这种前提，研究人员想要具体了解合成水凝胶是如何影响环境的炎症反应，可以说，注射水凝胶的出现，为测试各种生物相容性水凝胶引发的炎症反应的水平提供了第一个机会。 THI流式细胞仪和成像核心总监，Darren Woodside说：“这项工作的结果为通过功能相关且可预测的输送工具专门定制治疗剂的输送奠定了基础。”通过水凝胶影响组织周围的炎症状态，从而发生指定的炎症反应，激发人体自身重建脉管系统的过程，激发自愈功能。 （三）保护移植细胞，水凝胶提升移植成功率 前面说到水凝胶对于药物输送、3D细胞培养的医学应用上也有着贡献，根据加拿大最新的研究显示，水凝胶（Hydrogel）不仅有利于干细胞（Stem cell）移植，也可加速眼睛与神经损伤的修复。研究团队指出，像果冻般的水凝胶是干细胞移植的理想介质，可以帮助干细胞在体内存活，修复损伤组织。 而根据水凝胶有利于干细胞移植和修复损伤组织这一特性，澳大利亚研究人员最近开发出一种新型水凝胶，它可用于针对脑损伤的干细胞移植，能够大幅提升移植细胞的存活率。而水凝胶的结构与脑组织又很相似，相较于传统在盐水中移植细胞，新型水凝胶则更会保护其中的移植细胞，从而更好地修复脑组织，恢复脑功能。
水凝胶组织工程脂肪的血管化策略
水凝胶组织工程脂肪的血管化策略 引言 水凝胶组织工程是一种通过将生物材料与细胞结合，培养出具有功能和形态特征的人工组织的技术。在脂肪组织工程中，血管化是一个关键的步骤，它能够提供养分和氧气，并帮助维持组织的生存和功能。本文将探讨水凝胶组织工程脂肪的血管化策略。 血管化的重要性 血管化对于脂肪组织工程的成功至关重要。没有足够的血管供应，人工脂肪组织无法得到充分的营养和氧气供应，导致缺血、坏死甚至功能丧失。因此，实现人工脂肪组织良好的血管化是保证其生存、发展和功能的必要条件。 血管化策略 1. 血管生成因子 血管生成因子（angiogenic factors）可以促进新血管形成，并加速血管内皮细胞（endothelial cells）向损伤区域迁移和增殖。通过添加血管生成因子，可以促进水凝胶组织工程脂肪的血管化过程。 常用的血管生成因子包括： •血管内皮生长因子（vascular endothelial growth factor，VEGF）：VEGF 能够刺激血管内皮细胞的增殖和迁移，促进新血管形成。 •基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）：MMPs可以降解基质，并释放出VEGF等生长因子，从而促进血管生成。 •碱性成纤维细胞生长因子（basic fibroblast growth factor，bFGF）：bFGF能够刺激内皮细胞的增殖和迁移，并参与新血管形成。 在水凝胶组织工程脂肪中，可以通过添加这些血管生成因子来促进血管化过程。这可以通过向人工脂肪组织中添加这些因子或将它们包裹在适当的载体中实现。 2. 细胞外基质支架 细胞外基质支架是一种提供结构支持和生物活性分子存储的三维结构。它能够模拟自然组织的结构和功能，并为细胞提供生长和分化所需的物理和化学环境。在水凝胶组织工程脂肪中，细胞外基质支架可以作为血管生成的载体。 常用的细胞外基质支架材料包括：
化学交联和物理交联的水凝胶
化学交联和物理交联的水凝胶 水凝胶是一种由于水分子与聚合物链之间的物理交联或化学交联而形成的高度吸水性网络结构。由于其独特的物理和化学特性，水凝胶在医学、生物工程、药物传输和环境保护等领域具有广泛的应用。 化学交联是指通过化学反应将分子链之间形成共价键，从而形成永久的交联结构。化学交联水凝胶具有较高的力学强度、较低的溶胀度和化学稳定性，适用于要求较高机械性能和长时间使用的应用。例如，聚丙烯酸交联水凝胶（PAA gel）通过交 联剂（如N，N'-亚甲基双丙烯酰胺）引发聚合反应，形成稳 定的交联结构。文献[1]研究了PAA水凝胶的制备方法及其对 药物传输的应用，结果显示该水凝胶能够实现药物的缓慢释放。 物理交联是指通过非共价作用力（如氢键、离子键、疏水相互作用等）形成交联结构。物理交联水凝胶具有较低的交联度、较大的溶胀度和可逆性，适用于需要高吸水性和可调控性的应用。例如，明胶水凝胶是一种常用的物理交联水凝胶，其通过氢键相互作用形成三维交联网状结构。文献[2]研究了明胶水 凝胶的制备方法及其在组织工程和生物材料领域的应用，结果显示该水凝胶具有良好的生物相容性和生物降解性。 同时，化学交联和物理交联可以相互结合，形成复合交联水凝胶。例如，文献[3]报道了一种由明胶和聚乙二醇（PEG）共 同交联形成的复合水凝胶，该水凝胶既具有明胶的吸附和生物活性，又具有PEG的高度吸水性和力学稳定性。实验结果表明，该复合水凝胶在细胞培养和组织工程方面有广泛应用前景。
除了交联方式的不同，水凝胶的性质还受到聚合物的种类、浓度、分子量和交联程度等因素的影响。文献[4]详细介绍了不同交联方式对水凝胶性能的影响，包括溶胀度、力学性能、膨胀力和渗透性等。研究结果显示，在应用前期需对所需性能进行系统优化，以满足具体应用需求。 综上所述，水凝胶的物理交联和化学交联具有各自的特点和应用领域。通过调节交联方式、交联程度和材料选择，可以实现对水凝胶性能的定制化，为水凝胶在医学、生物工程和环境保护等领域的应用提供了更多可能性。 参考文献： [1] Meena Kumari, Yuvraj Birdja, Shilpi Singhvi, Jayakumar R & Manjubala I. (2021). Polyelectrolyte hydrogel based platforms for drug delivery: A review. Process Biochemistry, 109, 283-307. [2] Zhang Y, Ouyang HW, Lim CT & Ramakrishna S. (2005). Huang CH. A review on the development of natural polymer-based scaffolds for bone tissue engineering. Biomaterials, 26(29), 5991-6000. [3] Costa RR, Custódio CA, Barbosa MA. (2014). Natural Nerolidol-Loaded Hydrogel by-Layer-cellulose-Peg Assdociation: A pH-Sensitive Carriers for the Controlled Release. Journal of Applied Polymer Science, 131, 39639. [4] Gaharwar AK, Peppas NA, Khademhosseini A. (2014). Nanocomposite hydrogels for biomedical applications. Biotechnol Bioeng, 111(3), 441-453.
用于组织再生医学的新型高分子水凝胶设计—含氧水凝胶材料综述
用于组织再生医学的新型高分子水凝胶设计—含氧水凝胶材料综述 摘要：近年来，HGs在再生医学和组织工程中不可替代的用途，随着科技的 快速发展和新的科学领域的发现不断凸显出来，特别是在医疗领域，甚至被誉为 下一代微流控芯片的基体材料。含氧水凝胶材料无论是作为治疗植入物或作为治 疗组织再生应用，以及其他生物医学应用都具有巨大的潜力。 关键词：组织再生医学；新型高分子；水凝胶设计 在当今中国，供体器官短缺是一个亟待我们解决问题。目前“组织工程”概 念的提出和组织工程技术的发展为解决这一问题提供了一种最有潜力的解决方案，并且随着生物材料的发展，其特性对再生医学和组织工程展示了极大的发展潜力 与和应用前景。人工聚合物水凝胶由于其在细胞外微环境中的生物相容性、可调 节性和结构相似性，在组织工程和再生医学中得到了广泛的应用。 一、基本介绍 天然细胞外基质(ECM)被认为是调节细胞行为及其命运的关键因素。其具有 的各种参数，如ECM成分、可溶性因子、细胞间和细胞间基质的相互作用、物理 力和物理化学环境等[1]。在这些因素中，氧被认为是一种必要的信号分子。尤 其是在异常的氧张力在早期血管发育、组织再生和修复以及肿瘤进展和转移中起 着关键作用。在本论文中，我们将讨论工程聚合物水凝胶如何作为人工细胞外微 环境来创建工程组织或作为非细胞基质来刺激天然组织。待该项技术成熟之后， 可以广泛应用于生物医学应用，包括组织工程和再生医学、伤口愈合和工程疾病 模型。总而言之，本篇论文的关键是聚焦于多种新兴技术，调节水凝胶中的氧含量，以达到我们的预期，准确地模拟天然ECM或者来刺激天然组织。 二、理化性质
具有强韧自愈性能的纳米纤维素复合水凝胶制备和应用研究
具有强韧自愈性能的纳米纤维素复合水凝胶 制备和应用研究 摘要 纳米纤维素复合水凝胶是目前研究的热点之一，在生物材料、生 物医药及智能材料领域具有广泛的应用前景。本文主要介绍了纳米纤 维素复合水凝胶的制备、性能以及应用研究。文章概括了现有的制备 方法和制备参数对合成纳米纤维素复合了水凝胶的影响，着重介绍了 生物可降解聚合物、无机建筑物质等的复合材料，以及复合后的性能 表现。文章还重点论述了纳米纤维素复合水凝胶在细胞材料、药物传递、组织工程、生物传感器和智能材料等领域的应用，并展示了其在 这些领域所取得的研究成果。 关键词：纳米纤维素，水凝胶，复合材料，生物医药，智能材料 Abstract Nanocellulose composite hydrogel is one of the hotspots in research field, which has a wide range of applications in biomaterials, biomedicine and intelligent materials. This article mainly introduces the preparation, properties and application research of nanocellulose composite hydrogel. The article summarizes the existing preparation methods and the influence of preparation parameters on the synthesis of nanocellulose composite hydrogel, focusing on the composite materials of biodegradable polymers, inorganic building materials, and the performance after composite. The article also focuses on the application of nanocellulose composite hydrogel in cell materials, drug delivery, tissue engineering, biosensors, and intelligent materials, and demonstrates the research results achieved in these fields.
粘土增韧水凝胶2
粘土增韧水凝胶 ∙传统的水凝胶由于存在网络结构不均匀、缺乏能量耗散机制等问题，导致机械性能差，从而制约了其实际应用。因此人们研究开发了大量高强度韧性水凝胶，包括双 网络水凝胶[1]、滑环水凝胶[2]、纳米复合水凝胶[3]等。纳米粘土（蒙脱土）是具有 强烈膨胀性的含水铝硅酸盐矿物，每个结构单元的厚度约为 1 nm，长和宽都为100 nm 左右。片层具有很大的比表面积(约725 m2/g)[4]，两个相邻的晶层之间由氧原 子层相接，片层之间可以随机旋转、平移。但单一平层不能单独存在，而是以多层 聚集的晶体形式存在，层间的这些阳离子是可交换的，这些特殊的晶格结构，使蒙 脱土具有离子交换性、吸水性、膨胀性、触变性、粘结性、吸附性等系列有价值的 特性[5]。由于纳米粘土的颗粒尺寸很小、比表面积很大，其表面效应、体积效应、 量子尺寸效应及宏观量子隧道效应，使聚合物基粘土复合材料呈现出很多不同于常 规聚合物复合材料的特性[6]。西南大学鲁熊教授团队[7]，制备了一种粘附性好、韧性 好的聚多巴胺-粘土-聚丙烯酰胺(PDA-Clay-PAM)水凝胶。其中粘土不仅提供了优异 的机械性能，还能抑制被插入到纳米粘土薄片中的多巴胺的氧化，从而产生含有游 离邻苯二酚基团PDA为水凝胶提供粘附性能。PDA-Clay-PAM水凝胶的最大拉伸应 变为4800%，高于PDA-PAM水凝胶的最大拉伸应变(3800%)，与PAM水凝胶的1500%最大应变形成鲜明对比。四川大学褚良银团队[8]研究了一种新型的具有良好弯曲响 应性和弹性的（NIPAM-Clay）复合水凝胶。通过设计纳米粘土在水凝胶厚度上的非 对称分布，实现了PNIPAM-clay NC水凝胶的热响应弯曲性能。通过控制不同粘土 含量在水凝胶层的厚度比，可以调节PNIPAM-clay凝胶的热响应弯曲方向和程度。 可作为温度控制的机械手，用于各种应用，包括封装、捕获和目标物体的运输。 （NIPAM-Clay）是极具吸引力的材料候选者，可用于刺激反应的智能软机器人，或 者用于各种各样的领域，如机械手、夹持器和悬臂传感器等。 ∙纳米粘土不仅使聚合物的强度、刚性、韧性得到了明显的改善，同时将纳米粘土引入聚N-异丙基丙烯酰胺水凝胶体系中，得以改善水凝胶的机械性能和刺激响应性能，而且由于尺寸小，可以增加聚合物的密度，提高聚合物的防水性、阻隔性、耐热性 及抗老化性能等功能特性。制备的新型复合材料可以将无机物的刚性、尺寸稳定性 和热稳定与聚合物的韧性、可加工性完美地结合起来。 [1] Xia S, Song S, Gao G. Robust and flexible strain sensors based on dual physically cross-linked double network hydrogels for monitoring human-motion[J]. Chemical Engineering Journal, 2018, 354: 817-824. [2] Harada A, Takashima Y, Nakahata M. Supramolecular polymeric materials via cyclodextrin-guest interactions[J]. Acc Chem Res, 2014, 47(7): 2128-2140. [3] Strachota B, Šlouf M, Hodan J, et al. Advanced two-step cryopolymerization to form superporous thermosensitive PNIPA/clay gels with unique mechanical properties and ultrafast swelling-deswelling kinetics[J]. Colloid and Polymer Science, 2018, 296(4):
水凝胶复合材料在生物医学方面的研究进展
水凝胶复合材料在生物医学方面的研究进展 赵新美 【摘要】There is a growing demand for three-dimen-sional scaffolds in regenerative medicine,tissue engineering and cell culture techniques, and such three-dimensional structures are diverse for its application. In the recent decades, various materious were investigated in order to solve these demands and stimulate the anticipated biological response. A promising materious were inorganic/organic hydrogel composites in medical field. Synergetic effects generated by hydrogel systems enabled the design of materials with properties including biological performance and degradation behavior in vitro and in vivo. The most important inorganic materials for the preperation of hydrogel composites were reviewed.%三维支架在再生医学、组织工程和细胞培养技术等领域的应用及需求在不断扩大,对这种三维结构材料的需求随其应用不同而不同.近几十年来,为解决这些需求并刺激预期的反应,人们对各种材料进行了广泛的研究.其中在再生医学领域最有前途的材料为无机/有机水凝胶复合材料,通过水凝胶体系之间的协同作用可设计出具有生物性能,可在体内、体外具有降解作用的材料.因此,本文综述了最重要的几种制备复合水凝胶无机材料. 【期刊名称】《广州化工》 【年(卷),期】2018(046)005 【总页数】3页(P3-5)
化学交联和物理交联的水凝胶
化学交联和物理交联的水凝胶 水凝胶是一类能够吸收大量水分并形成凝胶状的材料，其在化药、生物科学和材料科学等领域具有广泛的应用。水凝胶可以通过化学交联或物理交联的方式形成网络结构。下面将分别介绍化学交联和物理交联的水凝胶，并提供相关参考内容。 化学交联是通过化学反应将水凝胶的分子链连接在一起形成三维网络结构。化学交联的方法有多种，常见的有自由基交联、离子交联和亲核交联。 自由基交联是通过引发剂引发自由基反应，形成化学键连接水凝胶分子。常见的引发剂有过氧化物和起始剂等。例如，氢氧化铁凝胶是一种通过自由基交联形成的水凝胶材料，其在生物医学领域中应用广泛。参考文献如下： - Kim, S., & Na, K. (2011). Fabrication and characterization of Fe(OH)3-gelatin hydrogel composite for biomedical applications. Journal of Biomedical Materials Research Part B: Applied Biomaterials, 97(2), 305-312. 离子交联是通过离子相互吸引形成的化学键连接水凝胶分子。常见的离子交联剂有多价阳离子和多价阴离子等。例如，明胶与铁离子反应形成的凝胶属于离子交联的水凝胶，该凝胶在药物缓释和组织工程等方面有潜在的应用。参考文献如下： - Luo, L., Zhang, S., Wang, K., & Li, H. (2018). Preparation and characterization of novel injectable genipin-cross-linked gelatin hydrogel. Journal of Materials Science: Materials in Medicine,
高弹性聚丙烯酰胺水凝胶的制备及拉伸性能研究
高弹性聚丙烯酰胺水凝胶的制备及拉伸性能研究 肖新才;张瑞连;熊小翠;胡蓉蓉;马文婷 【摘要】为了提高水凝胶的弹性性能, 采用微凝胶法制备了高弹性的聚丙烯酰胺(PAAM)水凝胶.先采用沉降聚合法制备了PAAM微凝胶,再以此充当交联剂代替传统的化学交联剂和引发剂,制备了高机械性能的PAAM水凝胶.同时探讨了丙烯酰胺浓度、凝胶成型温度、微凝胶与水的体积比对PAAM水凝胶弹性性能的影响.结果表明:随着丙烯酰胺的浓度的增大,凝胶柱的弹性模量变大;随微凝胶成型温度越高,形成的水凝胶的弹性模量越小;当微凝胶与水的体积比为1∶1时,水凝胶的弹性模量较大,增加或减少微凝胶的量均会使得水凝胶的弹性模量变小.%To improve the elasticity of the hydrogels, microgel method was applied to prepare highly elastic polyacrylamide(PAAM) hydrogel.PAAM microgels were prepared by sedimentation polymerization, then highly elastic PAAM hydrogel was prepared using the microgels as the crosslinker instead of the traditional chemical crosslinker and initiator.The effects of acrylamide concentration, polymerization temperature, volume ratio of the microgels and water on the elasticity of the hydrogels were investigated.The results indicated that the elasticity modulus of PAAM hydrogel increased with the increase of acrylamide concentration and decreased with the polymerization temperature.The modulus was largest when the volume ratio of the microgels and water was 1∶1, which would decrease regardless of decreasing or increasing the microgels content. 【期刊名称】《中南民族大学学报（自然科学版）》
新型聚乙二醇水凝胶制备及性能分析
新型聚乙二醇水凝胶制备及性能分析 全宸良;刘建恒;张里程;补亚忠;杨飞;高远;唐佩福 【摘要】目的构建具有良好机械性能、止血性能且快速成胶的新型聚乙二醇水凝胶。方法以聚乙二醇为基本结构,通过调控四臂聚乙二醇氨基聚合物、四臂聚乙二 醇琥珀酰亚胺碳酸酯聚合物、四臂聚乙二醇苯甲醛比例,制备新型基于聚乙二醇的 水凝胶。通过静态秒表-样本瓶倾斜法、扫描电子显微镜、溶胀性能试验和力学性 能试验测试其基本理化性质,通过与小鼠成纤维细胞共培养及新西兰白兔肝穿刺止 血试验研究其生物安全性和止血性能。结果制备的新型聚乙二醇水凝胶成胶时间短且可控。扫描电镜显示基于聚乙二醇新型水凝胶具有蜂窝状多孔结构,孔孔相连且 均匀分布,孔径可以调控。溶胀性能测试显示,GEL-1、GEL-2、GEL-3平均溶胀率 分别为1 540%、1 620%和1 780%。力学性能测试显示,随着CHO比例的增多, 水凝胶的抗压能力减弱,但是当CHO占0.3份时,断裂压强仍然能够达到27 MPa。体外与小鼠成纤维细胞共培养显示,新型水凝胶对细胞生长无明显抑制作用,细胞毒 性低。新西兰白兔肝穿刺止血试验显示,空白对照组的血量是实验组的3~8倍。结论新型水凝胶作为止血剂具有一定的临床应用前景,其在载药缓释、组织工程等领 域的应用尚需进一步评价。 【期刊名称】《解放军医学院学报》 【年(卷),期】2017(000)004 【总页数】5页(P337-341) 【关键词】聚乙二醇;水凝胶;止血 【作者】全宸良;刘建恒;张里程;补亚忠;杨飞;高远;唐佩福
【作者单位】解放军总医院骨科;中国科学院化学所高分子物理与化学国家重点实 验室 【正文语种】中文 【中图分类】R318.08 水凝胶是一种能在水中溶胀，吸收并保持大量水分且又不溶解于水的网状亲水性高分子聚合物[1]。其具有良好的生物组织相容性及药物释放(drug delivery systems，DDS)功能，一直受到生物医学界的广泛关注[2]。早期对水凝胶的研究大多集中于合成与制备方法。随着对水凝胶、人体微环境及其相互作用机制研究的深入，传统水凝胶逐渐显露出一些结构及性能方面的缺陷，如机械强度较低、可控性不足、生物响应性差等问题，极大限制了水凝胶在临床上的应用和发展[3]。大面积出血或 关键部位出血都需要借助外力压迫止血，此时所用的止血材料必须能够承受来自伤口内部血管的血压和伤口外部辅助止血的加压力。但大多数原位水凝胶的机械强度都不能满足以上条件。聚乙二醇(polyethylene glycol，PEG)作为人工合成的高分子聚合物，以其良好生物组织相容性，低细胞毒性等优点被广泛应用于生物组织工程支架，如神经、关节软骨和膀胱组织的再生等[4-5]。本研究中，我们将设计一 种机械强度高、成胶时间可控、具有较好生物相容性及较好止血性能等符合临床应用要求的新型聚乙二醇水凝胶，以克服原位水凝胶的缺陷。 1 材料四臂聚乙二醇琥珀酰亚胺碳酸酯(中国SINOPEG公司)，四臂聚乙二醇氨基(中国SINOPEG公司)，4-对甲酰基苯甲酸(中国SINOPEG公司)，1，3，3-二甲 氨丙基碳化二亚胺乙基酸盐(中国SINOPEG公司)，4-二甲氨基吡啶(DMAP，美国ENERGY CHEMICAL)，碳化二亚胺(EDCI，美国ENERGY CHEMICAL)，磷酸缓 冲盐溶液(PBS，美国Sigma公司)，CO2恒温培养箱(德国Hereus公司)，倒置显微镜(日本Olympus公司)，超净工作台(北京半导体元件一厂)，扫描电子显微镜
多重响应的单分散聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)纳米水凝胶的制备及性能表征
多重响应的单分散聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)纳米水 凝胶的制备及性能表征 马天泽;李雪婷;赵迪;安冬;石小迪;鲁希华 【摘要】以N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)与丙烯酸(AA)为单体,在水相中通过乳液聚合法制得具有温度、pH双重响应的单分散聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酸)(P(NIPAM-co-AA》)纳米水凝胶.利用动态光散射仪(DLS)、原子力显微镜(AFM)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)对纳米水凝胶的尺寸、形貌和化学组成进行了表征,讨论了单体含量和乳化剂含量对凝胶粒径和多分散指数(PDI)的影响,同时探究了纳米水凝胶的温敏性和pH敏感性.结果表明:当AA为单体总物质的量分数的20％、乳化剂用量为0.05g时,制得的球形纳米水凝胶形态均匀规整,水合直径为403nm,PDI仅为0.033,且对温度和pH具有双重敏感,尤其在pH为4～6时,响应极为明显. 【期刊名称】《功能高分子学报》 【年(卷),期】2015(028)003 【总页数】6页(P307-312) 【关键词】N-异丙基丙烯酰胺;丙烯酸;分散性;纳米水凝胶 【作者】马天泽;李雪婷;赵迪;安冬;石小迪;鲁希华 【作者单位】东华大学化学化工与生物工程学院,上海201620;东华大学化学化工与生物工程学院,上海201620;东华大学化学化工与生物工程学院,上海201620;东华大学化学化工与生物工程学院,上海201620;东华大学化学化工与生物工程学院,
上海201620;东华大学化学化工与生物工程学院,上海201620;东华大学材料科学 与工程学院纤维材料改性国家重点实验室,上海201620 【正文语种】中文 【中图分类】O633 纳米水凝胶因具有良好的生物相容性并且对外界环境如温度［1－2］、pH［3－4］、光照［5］、盐浓度［6］等具有刺激响应性，目前已广泛应用于靶向治疗［7］、药物控制释放［8］、生物成像［9－10］等领域。聚（N－异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）是一种非常典型的温敏性水凝胶，其低临界相转变温度（LCST）约为32°C，当环境温度低于LCST时水凝胶呈溶胀状态，高于此温度时则呈收缩 状态［11］。由于PNIPAM的LCST低于人体内部温度37°C，不适用于生物体，因此可将N－异丙基丙烯酰胺（NIPAM）与其他极性单体共聚，提高其LCST。 丙烯酸（AA）作为一种极性单体，不仅能提高纳米水凝胶的LCST，而且由于自身带有羧基官能团，还可以向纳米水凝胶中复合金属粒子［12］，同时AA的引入 还使得水凝胶具有温度、pH的双重响应［13］，拓展了P（NIPAM－co－AA）纳米水凝胶的应用范围。 纳米材料的分散性制约着材料的应用范围［14］，其大小受共聚物胶束浓度的影 响［15］，且分散指数（PDI）越小，聚合物粒径分布越窄，越有利于其生物医药应用［16］。因此，探究纳米水凝胶粒径的分散性具有重要意义。但是目前大量 文献都是关于P（NIPAM－co－AA）纳米水凝胶的应用性研究［17－19］，虽 也有研究反应单体配比对P（NIPAM－co－AA）纳米水凝胶的响应性［20］和粒径［21］影响，但AA含量对分散性的影响研究甚少。 本文用十二烷基磺酸钠（SDS）作为乳化剂、N，N′－亚甲基双丙烯酰胺（BIS）
明胶-甲基丙烯酰基水凝胶作为生物材料在组织修复方面的应用进展
明胶-甲基丙烯酰基水凝胶作为生物材料在组织修复方面的应 用进展 林欢欢;刘肇兴;吴兴;刘沙 【摘要】最近十年对细胞生物材料的研究已经转向三维研究.通过3D细胞培养模拟天然细胞外环境,水凝胶提供了良好的3D生物材料组织支架.因此,明胶甲基丙烯酰(Gelatin methacryloyl,GelMA)水凝胶最近受到越来越多的关注.这主要由明胶的固有生物活性和可光交联水凝胶的优点.各种研究表明GelMA是一种多功能基质,可用于从血管系统到软骨和骨工程组织的类似物.生物支架和生物培养方法的结合对于证明细胞功能或构建形状保持至再生组织的发展是很必要的.GelMA在该过程中具有关键的指导作用,并且有利于加快临床相关应用的发展.%In the last decade, research on cell biomaterials has shifted to three-dimensional research. By modeling the natural cell extracellular environment by 3D cell culture,the hydrogel provides a good 3D biomaterial tissue scaffold. Therefore,Gelatin methacryloyl (GelMA) hydrogels have attracted more and more attention. This is mainly due to the inherent bioactivity of gelatin and the advantages of photo-crosslinkable hydrogels. Various studies have shown that GelMA is a multifunctional matrix that can be used from vascular systems to cartilage and bone engineering tissue analogues. The combination of biological scaffolds and biocompatible methods is necessary to demonstrate that cell function or build shape remains to the development of regenerative tissue. GelMA had a critical role in this process and was conducive to accelerating the development of clinically relevant applications.