医用高分子水凝胶的设计与合成 PPT

(2) 凝胶形成因素 浓度：成胶需要最小浓度，增加浓度加速凝胶. 温度：温度低有利于凝胶化. 电解质：阴离子起主要作用 SO42-,Cl-加速凝胶，
I-,SCN- 阻滞胶凝.
(3) 凝胶性质 触变性：凝胶与溶胶相互转化的过程外力－流体－
外力停止－半固体
溶胀性：凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象. 第一阶段：溶剂分子钻入凝胶中形成溶剂化层. 第二阶段：液体分子继续渗透，凝胶体积大大增加. 脱水收缩：溶胀的凝胶于低蒸汽压液体缓慢自动从凝胶中
医用高分子水凝胶的设计与合成
凝胶与功能水凝胶
1 凝胶的结构和性质 定义：gel是指溶胀的三维网状结构高分子，在高聚 物间相互连接形成的网状空隙中填充了液体介质. 水凝胶：液体介质为水，由水溶性或亲水性高聚物组 成.吸水性强，保水性能强,一般压力难以排除.
（1）凝胶的分类： A 交联键性质 化学凝胶：不可逆凝胶，经单体聚合或化学交联大分子通 过共价键连接，不溶不熔，结构稳定 物理凝胶：可逆凝胶，大分子间通过氢键或范德华力相互 连接，外界条件改变，物理链破坏，凝胶重新形成链状分 子溶解在溶剂中－溶液 如 明胶、聚乙烯醇水溶液 B 凝胶含液量 冻胶：含液量90％以上，网络中溶剂不能自由流动，呈现 弹性半固体状态 干胶：含液量15％，吸收液体膨胀变为冻胶.
研究意义
由于高分子水凝胶具有缓慢释放及毒性小 的特点， 使其在医药和医疗方面也极具应 用价值： 软接触眼镜就是高分子水凝胶作为生物医 用材料使用最为成功的例子 而作为药物控制释放材料或者医用敷料的 研究意义重大。
其主要特点是可根据需要将不同敏感或功能特性基 团引人到聚合物水凝胶骨架中，同时可方便地调控官 能团的密度及水凝胶的交联程度。
2.结构互补基Fra Baidu bibliotek间反应交联
一些生物相容性聚合物分子链上通常含有诸如OH、-COOH、-NH2一类的功能基团。这些基团 不仅赋予聚合物良好的水溶性，而且可与一些结 构互补的化合物发生诸如Schiff碱、加成、缩合一 类的化学反应、彼此间形成化学交联键。利用这 些特性，具有不同结构与性能特点的医用水凝胶 可被设计与合成。
分离出来的现象.是链段间相互作用继续进行的结果. 透过性：分子从凝胶孔隙扩散通过的现象. 影响因素： 溶剂性质：含水的孔道利于水溶性物质通过. 溶剂含量：溶剂含量高凝胶溶胀度大，孔径大，利于分子
通过. 凝胶电荷：对粒子扩散与透过有选择性.
凝胶与功能水凝胶
2 功能水凝胶 定义：对温度或环境因素的变化刺激有明确或显著应答的凝胶 分类：温敏水凝胶、pH敏水凝胶、盐敏水凝胶、光敏水凝胶、
物理交联的设计与合成
1.荷电相反离子间相互作用交联
作为一种基于物理交联的设计与合成策略，一些 生物相容且可生物降解的水溶性聚电解质特别是 多糖类聚电解质与一些带相反电荷无机离子或聚离 子之间的相互作用交联(图3)已被成功用于医用多 糖基水凝胶的制备。
2.两亲性嵌段或接枝共聚物缔合交联
两亲性嵌段或接枝共聚物在水中能借疏水缔合作用自组 装形成类似于胶束和层状相等有序结构。利用这些原理， 设计并制备物理交联型医用水凝胶。
化学交联的设计与合成
1.自由甚共聚反应交联
自由基共聚反应交联是迄今用于医用高分子水凝胶 设计和制备的最常用方法。
依赖于所需的合成原料化学结构与性能特点，两种 主要的途径被广泛采用:
一、通过一种或多种低分子量烯类单体在交联剂存 在下直接进行交联共聚反应;
二、先使原本不具聚合反应活性的一些水溶性聚合 物转变为含可聚合反应基团的衍生物、再进行交联共 聚反应。
目录
1
研究背景及意义
2
水凝胶的制备
3
水凝胶的性能测试
4
总结以及进一步工作设想
第一部分 研究背景及意义
背景介绍
水凝胶是具有三维网络结构的交联聚合物,它能 够在水中溶胀至平衡并保持大量水分, 而又不溶 解于水。水凝胶是一种重要的功能高分子材料, 是当前材料科学的研究热点之一。
水凝胶的应用
➢ 创伤敷料 ➢ 药物载体 ➢ 角膜接触眼镜 ➢ 形状记忆材料 ➢ 组织工程支架材料 ➢ 保水抗旱
大家有疑问的，可以询问和交流
可以互相讨论下，但要小声点
为了合成所需的水凝胶，具有良好生物相容性的一 些亲水性聚合物及其与内酯、己内酯的嵌段共聚物、 聚乳酸及其共聚物、羟乙基甲基丙烯酸酯均聚物 (PHEMA)以及键合有合成高分子支链的天然多糖接枝 共聚物等现已被广泛地用于医用水凝胶基质的构建。
不同的交联方法包括通过自由基共聚反应、结构互 补基团间化学反应进行的化学交联法以及由带相反电 荷离子间相互作用、两亲性嵌段共聚物或接枝物疏水 缔合、结晶和氢键作用引致的物理交联法则被广泛地 用于医用水凝胶的设计与合成。
溶胀度：一定温度下，单位质量或体积的凝胶所能吸收液体 的极限量
pH敏水凝胶：聚合物的溶胀与收缩随弧环境的pH、离子强 度 变化而变化
阴离子水凝胶平衡溶胀度随pH增大而增大，阳离子型则随 pH增大而降低
温敏及pH双重敏感凝胶 将pH敏单体和温敏单体通过接枝和嵌段共聚或用互穿网络技
术合成的互穿网络水凝胶 N,N－二异丙基丙烯酰胺、 N,N-二甲基丙烯酰胺、油酸三元
3.结晶与分子间氢键作用交联
研究发现，将聚乙烯醇(PVA)水溶液进行冻融处 理可得到一种高强度高弹性的凝胶，凝胶的性质取 决于PVA的分子量、浓度、冻结时间和温度以及冻 结的循环次数，而凝胶的形成则归因于PVA分子在 低温下的结晶作用;这种结晶作用可促使PVA形成 其功能类似于物理凝胶网络交联点的微晶。
形状记忆水凝胶 温敏水凝胶：在水或水溶液中凝胶的溶胀与收缩强烈依赖温度，
凝胶体积在某一温区有突变－低临界溶液温度 温敏原因：聚合物亲水亲油平衡值－聚合物链结构存在亲水和
疏水的平衡 聚N－烷基系列凝胶低温溶胀（结合水含量低，游离水含量高） 高温收缩－N孤对电子与水分子形成的氢键高温断裂 聚N－异丙基丙烯酰胺37℃突然收缩－全部为结合水无游离水
共聚物水凝胶
医用高分子水凝胶由于直接与生物系统相作用，除需 具备一般理化性能要求外，还需满足下述一些特殊性 能要求:
①水凝胶本身无毒，不致癌、不致崎，不引起人体细 胞的突变和不良组织反应; ②具有良好的生物或组织相容性，不引起中毒、溶血、 凝血、发热和过敏等现象; ③具有与人体天然组织相适应的力学性能; ④针对不同的使用目的而具有特定的功能。