水凝胶简介

载体接枝共聚：水凝胶的机械强度一般较差，为了改善水凝胶的机械 强度，可以把水凝胶接枝到具有一定强度的载体上。
2017/1/9
自由基共聚反应交联在医用高分子水凝胶方面的应用 化学交联的聚-2-羟乙基甲基丙烯酸酯是一种常见并被广泛研究的医用合成水凝 胶。在可聚合交联剂（乙二醇二甲基丙烯酸酯)存在下2-羟乙基甲基丙烯酸酯单 体（HEMA）共聚交联制得。进一步研究表明，该凝胶的网络结构和膨胀特性可 以通过交联剂用量进行调节。
图片来源于Walter Richtering and Brian R.Saunders,Gelarchitectures and theircomplexity,Soft Matters,2014,10,3695-3702
2017/1/9
水凝胶分类
天然水凝胶
来源
合成水凝胶
化学水凝胶 交联方式 物理水凝胶
结构互补基团间反应交联 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席夫碱（－RC=N－）加成 、缩合一类的化学反应， 彼此间形成化学交联键。
例： 二维多孔有序凝胶骨架 生物降解的载药凝胶微球 具有多孔结构的凝胶薄膜
( 1． 吉林大学 材料科学与工程学院 教育部汽车材料重点实验室，吉林 长春 130025; 2． 吉林大学 化学学院，吉林 长春 130022)
1.聚丙烯酸(PAA) 是一种典型的 pH 敏感性水凝胶，当溶液的pH值发生变化时，凝 胶中羧基的解离程度不同，从而引起凝胶网络间静电排斥作用和渗透压的不同，结 果导致凝胶的体积发生不同程度的溶胀或收缩。利用 pH 敏感水凝胶这一特殊的性 能， 可以把药物分子包埋在水凝胶网络中，使水凝胶载体能够根据人体环境 pH 值 的变化实现药物的自动可控定点释放。 2.pH敏感性水凝胶 P( MAPOSS-co-AA) 单体：丙烯酸( AA) +七苯基甲基丙烯酰氧基笼型倍半硅氧烷(MAPOSS) 催化剂：偶氮二异丁腈 交联剂：N， N-亚甲基丙烯酰胺 自由基溶液聚gen） 明胶（Gelatine） 天然水凝胶 透明质胶（Hyaluronic Acid） 壳聚糖（Chitosan） …… 胶原
明胶
透明质胶
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壳聚糖
水凝胶分类 聚丙烯酸及其衍生物 聚乙烯醇 合成水凝胶 聚氧乙烯 聚丙烯酰胺 ……
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水凝胶的制备 化学引发自由基聚合 光引发自由基聚合 高能辐射法 超声波法 原子转移自由基聚合 点击化学 自由基引发接枝共聚
化学交联
物理交联
自组装 加热法 冷冻解冻法 主客体识别作用
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化学交联
在光、 热、高能辐射、机械力、超声波等媒介和交联剂等作用下，分 单体交联聚合：单体交联聚合是制备高分子水凝胶材料的传统方法， 子链通过化学键交联形成网络结构，只发生溶胀不发生溶解，结构稳 即在交联剂存在的情况下，单体经自由基均聚或共聚而制得高分子水 定性较好。 凝胶材料。在交联聚合的反应过程中，可以通过加入或改变引发剂链转 移剂等来控制聚合动力学，以及所得高分子水凝胶材料的性质。 制备方法一般包括高分子合成中加入交联剂或通过线性或支化的高分 子链中的官能团来反应。 聚合物聚合：水凝胶不仅仅只可以由单体来制备，也可以由已有的聚 合物聚合。例：水溶性高分子聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酰胺 交联剂是能在线型分子间起架桥作用从而使多个线型分子相互键合 （ PAM）、聚丙烯酸（PAA）、聚N－甲基吡咯烷酮、聚胺等通过适度 交联成网络结构，促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成 交联，就可制得高分子水凝胶材料，但要求交联剂必须是能与水溶性高 的物质。 分子功能基反应的多官能团化合物或多价金属离子。
抗细菌蛋白药物释放的凝胶载体 具有理想力学性能的藻酸盐凝胶
缩合反应
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物理交联
聚合物分子通过非共价相互作用，如氢键、疏水作用、静电作用 等在水溶液中聚集形成。一般具有良好的可降解性和触变性。
荷电相反离子间相互作用 交联
两亲性嵌段或接枝共聚物缔合交联
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pH敏感性水凝胶 pH敏感性水凝胶因含有大量可电离基团（羧基、磺酸基或氨基），能根据环境 pH值变化夺取或释放质子，从而表现出pH敏感性，这一特殊的性能使pH敏感性 水凝胶在药物控制释放、生物传感器、组织工程等领域具有潜在的应用价值。 《pH 敏感性水凝胶 P( MAPOSS-co-AA) 的制备及药物缓释性能》
水凝胶简介
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目录
水凝胶简介与分类 水凝胶的制备（化学、物理） 医学方面的应用简介 特殊介绍：pH敏感性水凝胶
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水凝胶
果冻
面膜
软性隐形眼镜
水凝胶降温贴
各类医用敷料
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水凝胶
水凝胶，是一种能在水中溶胀，吸收并保持大量水分，又不会溶解于水 的亲水性网状高分子溶胀体。 水凝胶聚合物在主链或侧链上有亲水基团(-OH、-COOH等)，在溶胀后， 相当一部分水与这些亲水基团形成氢键，故水凝胶可以保持大量水分。 水凝胶表面与周围水溶液之间的表面张力低，可以减少对体液中蛋白质 的吸附，故可以作为医疗器材，具有极好的生物相容性。 另外，水凝胶具有良好的水蒸气透过率和合适的气体通过率。
此外， 2-羟乙基甲基丙烯酸酯可与响应性单体通过共聚制得环境敏感材料。 例： HEMA+丙烯酸（pH敏感） HEMA+N-异丙基丙烯酸（温度敏感） ……
生物医学： 用于神经组织再生的水凝胶 药物释放pH敏感水凝胶 用于固定α-糜蛋白酶的温敏水凝胶 用于蛋白药物控释的凝胶载体 ……
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含甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物共聚交联制得了 能用于蛋白药物控释的凝胶载体
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pH敏感性水凝胶
P( MAPOSS-co-AA) 网络孔径要明显小 于 PAA 水凝胶的网络孔径。 该共聚水凝胶具有良好的pH敏感性，且 少量MAPOSS 的加入能降低水凝胶在不 同 pH 值条件下的溶胀比。同时， MAPOSS的加入明显降低了载药水凝胶 中的药物在SGF中的释放速率，因而可 以通过加入一定量的MAPOSS来降低载 药水凝胶中药物的释放，避免药物对胃 的刺激作用，同时使药物尽可能多地在 肠道释放，实现药物的定点可控释放， 避免药物产生的毒副作用。
2017/1/9
2017/1/9
pH敏感性水凝胶
图3为 P( MAPOSS-co-AA) 和 PAA 水凝 胶在不同 pH 缓冲溶液中的溶胀动力学曲 线。
这是由于此类水凝胶具有可电离的 － COOH，且其电离程度 与溶液中的 pH 有很大关系。
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pH敏感性水凝胶 ①pH 值的增大，－COOH的电离程度增 加， －COO－在侧基中的比例增加，分 子间 －COO－基团之间的静电排斥作用 使得高分子链段更加舒展，且－COO－具 有强亲水性，从而有利于溶液中水分子的 进入，即表现出水凝胶的溶胀比呈随环境 pH 值的增加而递增的趋势。 ②MAPOSS 的加入，明显降低了水凝胶 的吸水能力，这是由于 MAPOSS 的加入 限制了水凝胶分子链段的运动，并且随着 MAPOSS的加入，使得水凝胶分子链段的 运动受阻，链活动能力受限，使杂化水凝 胶的收缩能力变差，对环境变化的响应能 力受到限制，从而一定程度上阻碍了水分 子的进入，表现为溶胀比较低。 可以通过向丙烯酸水凝胶中添加适量的 MAPOSS 来达到控制水凝胶吸水能力的 目的。
参考文献：
[1]Walter Richtering and Brian R.Saunders,Gelarchitectures and theircomplexity,Soft Matters,2014,10,3695-3702 [2] Hydrogels for Tissue Engineering , Chemical Reviews, 2001, 101(7):1869-79 [3]陈国强 朱南康 李进进,医用水凝胶的研究进展，国外丝绸， 2009,3,26-28 [4]刘环宇 叶静仪 梁佩莹, 水凝胶的制备,化工时刊,2014,28,11-14 [5]江春梅 牟建新 刘利明 王婷婷 张春玲，pH 敏感性水凝胶 P( MAPOSS-co-AA) 的制备及药物缓释性能，高分子材料科学与工程， 2014，第 30 卷第 3 期 [6]王 袄 张黎明，医用高分子水凝胶的设计与合成 ，功能高分子学报， 2004，Vol.17,No.4
模拟胃液( SGF，pH = 1.2) 模拟肠液( SIF，pH = 7.4)
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水凝胶 形状记忆材料 人工肌肉 人工爬虫 细胞培养 人工关节 调光材料 人工细胞 化学机械器件 ……
光响应水凝胶 电场响应水凝胶 盐响应水凝胶 压敏水凝胶 热敏水凝胶 ……
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Thank you！