水凝膠的應(yīng)用和研究進(jìn)展

1、水凝膠的應(yīng)用和研究進(jìn)展水凝膠的應(yīng)用和研究進(jìn)展 水凝膠水凝膠 水凝膠是一類具有親水基團(tuán)，能被水溶脹但不溶于水的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物。它在水中能夠吸收大量的水分顯著溶脹，并在顯著溶脹之后能夠繼續(xù)保持其原有結(jié)構(gòu)而不被溶解。 智能水凝膠能夠感知外界刺激的微小變化，如溫度、pH值、離子強(qiáng)度、電場(chǎng)、磁場(chǎng)等，并能夠?qū)Υ碳ぐl(fā)生敏感性的響應(yīng)，常通過(guò)體積的溶脹或收縮來(lái)實(shí)現(xiàn)。 水凝膠的特點(diǎn)水凝膠的特點(diǎn)水溶脹性，交聯(lián)聚合物親水性，吸水可達(dá)自身重量的數(shù)千倍三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在水中不溶解能夠感知外界微小刺激（智能性水凝膠）水凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)示意圖和掃描電鏡圖片水凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)示意圖和掃描電鏡圖片水凝膠的分類水凝膠的分類1.

2、按照鍵合方式 物理凝膠和化學(xué)凝膠2.按照水凝膠的形狀和大小 宏觀凝膠（柱狀、多孔海綿狀、纖維狀、膜狀、球狀等） 微觀凝膠（微球）3.根據(jù)合成材料的不同 合成高分子水凝膠和天然高分子水凝膠 從聚合物出發(fā)制備水凝膠有物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)兩種。物理交聯(lián)通過(guò)物理作用力如靜電作用、離子相互作用、氫鍵、鏈的纏繞等形成?；瘜W(xué)交聯(lián)是在聚合物水溶液中添加交聯(lián)劑,使聚合物交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠。 從聚合物出發(fā)合成水凝膠的最好方法是輻射交聯(lián)法,所謂輻射交聯(lián)是指輻照聚合物使主鏈線性分子之間通過(guò)化學(xué)鍵相連接。許多水溶性聚合物可通過(guò)輻射法制備水凝膠,如PVA、polyNI2PAAm、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酰胺(

3、PAAm)、聚氧乙烯(PEO)等。聚合物交聯(lián)聚合物交聯(lián)水凝膠的溶脹性水凝膠的溶脹性 吸水溶脹是水凝膠的一個(gè)重要特征。在溶脹過(guò)程中,一方面水溶劑力圖滲入高聚物內(nèi)使其體積膨脹,另一方面由于交聯(lián)聚合物體積膨脹,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)分子鏈向三維空間伸展,分子網(wǎng)絡(luò)受到應(yīng)力產(chǎn)生彈性收縮能而使分子網(wǎng)絡(luò)收縮。當(dāng)這兩種相反的傾向相互抗衡時(shí),達(dá)到了溶脹平衡。%100ddsWWWSR水凝膠的力學(xué)性能水凝膠的力學(xué)性能水凝膠不僅要求具有良好的溶脹性能,而且應(yīng)具有理想的力學(xué)強(qiáng)度,以滿足實(shí)際的需要。水凝膠力學(xué)性能參數(shù)：拉伸強(qiáng)度（膜狀水凝膠），壓縮強(qiáng)度（柱狀水凝膠） 在同一水凝膠中，往往水凝膠的溶脹度和力學(xué)性能恰恰相反。水凝膠的交聯(lián)度越

4、高，結(jié)構(gòu)越規(guī)準(zhǔn)，因而力學(xué)性能往往更好，而交聯(lián)度高則部利于水凝膠的溶脹。 實(shí)際應(yīng)用中，既要追求水凝膠的溶脹性能，又要保證應(yīng)用需要一定的機(jī)械強(qiáng)度，要根據(jù)不同需要設(shè)定不同標(biāo)準(zhǔn)。水凝膠的應(yīng)用水凝膠的應(yīng)用在醫(yī)藥傷口敷料中的應(yīng)用 水凝膠在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的首要應(yīng)用即為傷口敷料，水凝膠材料直接用于與人體組織接觸，可防止體外微生物的感染，有效的防止體液的損失，并且能夠傳輸氧分到傷口，一般說(shuō)來(lái)能促進(jìn)傷口的愈合。醫(yī)用傷口敷料的合成中，通常采用抗菌性天然高分子作為單體，通過(guò)交聯(lián)劑合成抗菌性水凝膠，并將消炎藥物等包埋在水凝膠中，透過(guò)凝膠緩慢地釋到受傷部位，加速傷口的愈合。醫(yī)用水凝膠敷料可用于皮膚創(chuàng)傷、皮膚潰瘍、燒傷，燙傷等

5、 不斷降溫，立即止痛吸附滲液，阻隔細(xì)菌濕性環(huán)境，促進(jìn)生長(zhǎng)生物相容，換藥不粘不易成痂，減少疤痕 醫(yī)用創(chuàng)傷敷料的優(yōu)點(diǎn)：藥物釋放載體 由于水凝膠對(duì)低分子溶質(zhì)具有較好的透過(guò)性，有良好的生物相容性和較好的重現(xiàn)性，可以作為將較低的藥物長(zhǎng)時(shí)間維持在患者體內(nèi)的藥物傳輸系統(tǒng)，當(dāng)水凝膠被移植或注射到生物體后，水凝膠能夠維持或向體液控制釋放包埋在水凝膠中的藥物，從而發(fā)揮療效。退熱貼退熱貼適用于各種原因引起的發(fā)熱發(fā)熱輔助治療及物理降溫，緩發(fā)發(fā)熱引起的頭痛、頭暈等不適癥狀，使人體產(chǎn)生舒適感。對(duì)于兒童和成人發(fā)熱，可用于緊急退熱，避免發(fā)熱過(guò)度傷及腦部。水土保濕劑水土保濕劑 一種人工合成的具有超強(qiáng)吸水的保濕性能的高分子聚合物

6、，主要成分為聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺共聚體。能吸收比自身重量高數(shù)千倍的脫離子水，數(shù)十到數(shù)百倍的含鹽水分，并且能緩慢的釋放出來(lái)?？梢苑磸?fù)使用，具有優(yōu)良的保水抗旱性能?？刂仆寥浪终舭l(fā)，促進(jìn)植物根系生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤活性。歐、美、日本、以色列等國(guó)家，早已開(kāi)始大面積應(yīng)用，解決農(nóng)業(yè)缺水問(wèn)題，確定了其抗旱保水良好效果，顯示出在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的巨大作用?；瘖y品化妝品水凝膠面膜也叫凝水膜。顧名思義，其具有強(qiáng)大的凝集水分的功能，它以水為分散介質(zhì)，當(dāng)把凝膠貼到皮膚上時(shí)，受到體溫的影響，凝膠內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)從固態(tài)變成液態(tài)，并滲透到皮膚里。因此，在以水凝膠為基地材質(zhì)的面膜內(nèi)注入膠原蛋白、透明質(zhì)酸、熊果苷、

7、煙酰胺等有效成分，可制成多種功能的面膜。相較于傳統(tǒng)材質(zhì)面膜，水溶性水凝膠的果凍狀精華成分不易蒸發(fā)、干燥，其退熱舒緩的效果對(duì)急性皮膚損傷（如過(guò)敏、長(zhǎng)痘、擦傷）有良好效果。水凝膠的研究進(jìn)展水凝膠的研究進(jìn)展 水凝膠所具有的優(yōu)異性能已經(jīng)并還在引起人們的廣泛興趣，使其研究與開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)與銷售得到長(zhǎng)期發(fā)展。然而，隨著水凝膠應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展而對(duì)其性能提出了更高要求，研制和開(kāi)發(fā)性能更為優(yōu)良的高分子水凝膠材料已成為目前的研究熱點(diǎn)，其中環(huán)境敏感性高分子水凝膠材料、超強(qiáng)吸水高分子水凝膠材料的吸液速率、耐鹽性和凝膠強(qiáng)度的提高則得到人們的廣泛關(guān)注。pHpH敏感性水凝膠敏感性水凝膠 這類水凝膠的溶脹或去溶脹是隨pH值的變化而

8、發(fā)生變化的。一般來(lái)說(shuō)，具有pH響應(yīng)性的水凝膠都是通過(guò)交聯(lián)而形成大分子網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中含有酸性或堿性基團(tuán)，隨著介質(zhì)pH值、離子強(qiáng)度改變，這些基團(tuán)發(fā)生電離導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大分子鏈段間氫鍵的解離，引起不連續(xù)的溶脹體積變化 。 pH敏感性高分子水凝膠材料在細(xì)胞分離、固定化酶、控制釋放藥物及靶向藥物等領(lǐng)域的應(yīng)用研究日益活躍，并顯示出較好的應(yīng)用前景。 pH敏感性水凝膠可以被包封到膠囊或硅樹(shù)脂基質(zhì)中來(lái)調(diào)節(jié)藥物的釋放，在硅樹(shù)脂基質(zhì)體系中，模型藥物(包括水楊酰胺、煙酰胺、可樂(lè)定等)的釋放模式均與水凝膠的膨脹有關(guān)：在pH=12時(shí)，網(wǎng)絡(luò)的膨脹率低，藥物的釋放有限；當(dāng)pH=6.8時(shí)，網(wǎng)絡(luò)離子化，膨脹率高，藥物釋放。 另外，pH

9、敏感性水凝膠還被用于制備生物傳感器和滲透開(kāi)關(guān)。但是pH敏感性水凝膠所固有的局限性在于其不具有生物降解性，使用后需從體內(nèi)取出，在口服給藥中，其非生物降解性并不成問(wèn)題，但在植入給藥系統(tǒng)或植入型生物傳感器中較為嚴(yán)重。因此，需要開(kāi)發(fā)可生物降解性的pH敏感性聚合肽類、蛋白質(zhì)和聚糖類水凝膠。 溫度敏感性水凝膠的響應(yīng)性依賴于溫度的變化，能感應(yīng)溫度的變化而改變自身的狀態(tài)或溶脹而收縮，在臨界相轉(zhuǎn)變溫度發(fā)生體積突。根據(jù)水凝膠溶脹比受溫度的影響情況，可將其分為高溫收縮型水凝膠和低溫收縮型水凝膠。高溫收縮型水凝膠在在LCST附近隨溫度升高而迅速下降，反之升高。而低溫收縮型水凝膠恰好相反。 溫敏性水凝膠溫敏性水凝膠 聚

10、N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)水凝膠具有溫敏性特征，在低溫下溶脹，在高溫下收縮，其特點(diǎn)是存在一個(gè)溫度轉(zhuǎn)變區(qū)域低臨界相變溫度或低臨界溶解溫度(LCST)，當(dāng)水凝膠在低于這一溫度時(shí)凝膠溶脹，超過(guò)該溫度則體積迅速收縮。 在NIPAAm中加入其他單體,如甲基丙烯酸丁酯(BMA)形成共聚物，可以調(diào)整其最低臨界溶解溫度，進(jìn)而改善材料的一些性能。通過(guò)調(diào)整甲基丙烯酸烷基酯的長(zhǎng)度，可以調(diào)整表面的收縮。 許多研究表明，有些水凝膠的溶脹比隨溫度的升高而增加，反之則降低，表現(xiàn)為熱脹性。這種特性對(duì)于水凝膠的應(yīng)用，尤其在藥物的控制釋放領(lǐng)域的應(yīng)用有重要意義。 但是溫度敏感性水凝膠NIPAAm及其衍生物的臨床應(yīng)用也有其

11、本身的局限性。如合成水凝膠的單體和交聯(lián)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，在用于臨床前，還需要進(jìn)行大量的毒理學(xué)實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)一步開(kāi)發(fā)新型生物相容性、生物可降解性水凝膠。光敏感性水凝膠光敏感性水凝膠 光敏感性水凝膠分為紫外光敏感性水凝膠和可見(jiàn)光敏感性水凝膠兩種，其中可見(jiàn)光廉價(jià)、安全、易于操縱。紫外光敏感性水凝膠可以通過(guò)含有二(4-二甲氨基)苯基甲烷氰化物的聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)制得。三苯基甲烷無(wú)色氰化物在紫外線的照射下電離，在恒定的溫度下，凝膠產(chǎn)生不連續(xù)性膨脹；撤去紫外光，凝膠收縮。含有光敏發(fā)色團(tuán)PNIAAm水凝膠具有可見(jiàn)光敏感性。在光照下，發(fā)色團(tuán)吸光而使局部溫度上升，從而引起熱敏性水凝膠PNIAAm體積收縮的相轉(zhuǎn)變，溫度的升高與光的強(qiáng)度和發(fā)色團(tuán)的濃度有關(guān)。 電場(chǎng)敏感性水凝膠電場(chǎng)敏感性水凝膠 目前利用電場(chǎng)敏感性水凝膠控制藥物釋放的研究尚處于起步階段。電場(chǎng)敏感性水凝膠的優(yōu)點(diǎn)在于藥物釋放速度可以通過(guò)調(diào)整電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)控制，簡(jiǎn)單方便；缺點(diǎn)在于