水凝胶的改性及其在生物医学中的应用研究进展

Advances in Material Chemistry 材料化学前沿, 2014, 2, 32-37

Published Online April 2014 in Hans. /journal/amc

/10.12677/amc.2014.22005

The Progress of Modification and

Biomedical Applications of Hydrogels

Zhenchao Guo1,2 , Ke Hu1,2, Xiaoe Ma1,2, Naizhen Zhou1,2, Tianzhu Zhang1,2*, Ning Gu1,2

1School of Biological Science and Medical Engineering, Southeast University, Nanjing

2Jiangsu Key Laboratory of Biological Materials and Devices, Nanjing

Email: *zhangtianzhulq@

Received: Mar. 26th, 2014; revised: Apr. 10th, 2014; accepted: Apr. 18th, 2014

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/licenses/by/4.0/

Abstract

Modification of hydrogels is the necessary precondition of their applications in many biomedical fields. This paper summarized the modification of composit hydrogel of Polyvinyl Alcohol (PVA) and gelatin, protein hydrogel, nano hydrogel and other smart hydrogels. At the same time, it also points out that it is important to keep a close eye on biocompatibility, modified cost, biodegrada-bility and application range of modified hydrogels, in order to put these hydrogels to clinical ap-plication, and obtain a wider range of applications.

Keywords

Composite Hydrogel, Smart Hydrogels, Modification of Hydrogel, Biomedical Application

水凝胶的改性及其在生物医学中的

应用研究进展

郭振超1,2，胡克1,2，马晓娥1,2，周乃珍1,2，张天柱1,2*，顾宁1,2

1东南大学生物科学与医学工程学院，南京

2江苏省生物材料与器件重点实验室，南京

Email: *zhangtianzhulq@

*通讯作者。

收稿日期：2014年3月26日；修回日期：2014年4月10日；录用日期：2014年4月18日

摘要

水凝胶的改性是水凝胶在多方面获得应用的前提条件。本文重点综述了几类水凝胶的改性及其应用进展，包括聚乙烯醇(PVA)和明胶复合水凝胶、蛋白质水凝胶、新型智能水凝胶以及纳米水凝胶。同时指出要密切关注改性水凝胶的生物相容性、成本价格、生物可降解性、适用范围，使更多水凝胶能走向临床，获得更广泛的应用。

关键词

复合水凝胶，智能水凝胶，改性水凝胶，生物医学应用

1. 引言

水凝胶可分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶。化学合成水凝胶以丙烯酰胺(AAM)及其衍生物的均聚物和共聚物、丙烯酸(AA)及其衍生物的均聚物和共聚物居多。其次，还有聚乙烯醇(PPA)、聚磷腈(PPZ)等。天然高分子材料如壳聚糖(CS)、葡聚糖(dex)、瓜胶(GG)、胶原、蛋白质等。由于传统水凝胶存在响应速度、机械强度等性能问题，研究者展开了一系列的改性工作，希望所制备的水凝胶能在实际应用中按不同的目的和要求发挥相应的作用。

水凝胶改性是通过改变优化水凝胶原有的性能或复合具备新的优良性能。比如良好的生物相容性、可降解性、易于调控的物理化学性质和结构等，在生物医学领域具有诱人的应用前景[1]。具有敏感响应的智能水凝胶是人们最为感兴趣的课题之一[2]。为了提高水凝胶的响应速率，人们又研究发展了以下几种新型智能水凝胶：大孔或超孔水凝胶、互穿网络(IPN)水凝胶、纳米水凝胶等[3]。

2. 水凝胶的改性

不同水凝胶的物理化学性质不同，改性方法也不完全相同，但不外乎化学接枝，物理共混，以及与其它特定物质复合等方法。以下举例说明。

2.1. 聚乙烯醇(PVA)类水凝胶改性

改性方法：1) 化学改性法：通过接枝等化学方法，或把水凝胶接枝到具有一定强度的载体上。如将苯酐或琥珀酸酐与PVA酯化，得到侧链含羧基的PVA。2) 物理共混法：利用高分子链间分子间作用力形成分子聚集体，制备性能优良的复合体系。例如以丙三醇为增塑剂，加入淀粉改性。3) 与无机填料或有机小分子复合：其中无机填料如磷酸三钙，生物活性玻璃等。有机小分子作为复合润滑剂。4) 与生物活性分子的复合：通过共混，制得成型凝胶或让生物活性分子扩散进去。如胶原，透明质酸盐、纤维素、壳聚糖，海藻酸盐等[4]。

2.2. 蛋白质水凝胶改性

蛋白溶液在一定浓度、pH值下通过合适的加热变性、冷却，形成网络结构凝胶。蛋白质具有多种有反应活性的侧基，包括氨基、羟基、巯基、酚基、胍基和羧基等。活性基可作为化学改性和交联位点，产生新的聚合物结构。