《高分子物理》课程论文 2013.4班级材控111学号10112186 姓名李阳开课学院机械与动力工程学院任课教师韩晶杰
成绩__________
论文题目：水凝胶在生物医学领域的应用
论文要求：
1、字数至少5000字
2、关键词为：水凝胶
3、至少参考5篇文献
教师评语：
《高分子物理》课程论文 2013.4
开课学院机械与动力工程任课教师韩晶杰
打分（给分）依据
1、全文是否符合综述文章的结构要求？题目、摘要、关键词、正文、
结论、参考文献是否齐全？
2、文章的主要内容是否按照关键词的内容展开？是否有跑题或主题杂
乱的问题？
3、文章的主要内容是否是对近年来科研工作的总结？内容是否过于浅
显、科普？
4、参考文献是否按照格式要求进行安排？
5、文章的字体、行间距等格式是否按照要求？是否前后统一？
6、文章内容是否有明显的错误？
7、是否存在明显的抄袭现象？
水凝胶在生物医学领域的应用
内容摘要：水凝胶是一种具有亲水基的聚合物，由于其对低分子有较好的的透过性，具有良好的生物相容性等特点，广泛应用于生物医学领域。本文论述了水凝胶在烧伤敷料，组织工程支架材料，接触眼镜等方面的应用。
关键词：水凝胶敷料组织工程生物相容性注射水凝胶
水凝胶在生物医学领域的应用 (5)
1.水凝胶的分类 (5)
1.1天然水凝胶 (5)
1.2合成水凝胶 (5)
2.水凝胶用作烧伤敷料 (6)
2.1理想敷料的要求 (6)
2.2传统敷料与生物敷料 (6)
2.3水凝胶敷料 (6)
2.2.1水凝胶敷料的特点 (7)
3.水凝胶在组织工程中的应用 (7)
3.1组织工程 (7)
3.2水凝胶在组织工程中的应用实例 (8)
3.2.1组织用海藻酸盐水凝胶 (8)
3.2.2透明酸制水凝胶 (8)
3.2.3壳聚糖水凝胶 (9)
4.水凝胶用于制造角膜接触透镜 (9)
4.1聚乙烯吡咯烷酮(pvp)类水凝胶 (10)
4.2壳聚糖类水凝胶 (10)
4.3有机氟类高透氧性水凝胶 (10)
4.4 仿生材料水凝胶 (10)
5. 结束语 (11)
6.参考文献 (11)
水凝胶在生物医学领域的应用
水凝胶是一类具有亲水基团，能被水溶胀但不溶于水的具有三维网络结构的聚合物。它在水中能够吸收大量的水分显著溶胀，并在显著溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。它能够感知外界刺激的微小变化，如温度、pH值、离子强度、电场、磁场等，并能够通过体积的溶胀或收缩等方式对刺激发生敏感性的响应。
水凝胶对低分子物质具有较好的透过性，有优良的生物相容性，具有药物缓释性能。因此，水凝胶在生物医药、组织工程等方而得到了广泛应用，如可作为组织填充剂、药物缓释剂，酶的包理、蛋白质电泳、接触眼镜、人工血浆、人造皮肤、组织工程支架材料等。
1.水凝胶的分类
水凝胶种类繁多，根据来源可分为天然水凝胶和合成水凝胶。天然凝胶由生物体如琼脂、魔芋、蛋白质等制备，合成凝胶由人工合成交联高分子，同时或再令其吸水而成凝胶。
1.1天然水凝胶
形成水凝胶的天然高分子材料主要有胶原、明胶、透明质酸盐、纤维蛋白、藻酸盐和壳聚糖等。天然水凝胶大多无毒，而且对机体的刺激性很小，性能优良。但是它们的主要缺点是力学性能太差，一般只能和其他材料配合使用，或者通过化学改性来提高力学性能。
1.2合成水凝胶
目前用于合成水凝胶的高分子材料主要有丙烯酰胺、丙烯酸、聚乙烯醇、甲基丙烯酸羟乙酯、聚氧乙烯、聚丙烯酸等。合成水凝胶没有免疫原性，易于制备，且价格较天然水凝胶便宜。但是，合成水凝胶主要由自由基引发剂和交联剂进行交联
的，而应用自由基引发剂及交联剂尚有缺点，即单体残留、交联剂或引发剂残留等都会引起炎症或细胞毒性。
2.水凝胶用作烧伤敷料
2.1理想敷料的要求
理想敷料应具备以下功能：防止水分和体液的过度散失；抵御细菌的入侵，防止感染；与创面帖合良好，但不应与创面粘合以免更换敷料带来二次损伤；透湿透气并使创面处于湿润但又没有积液的环境；生物相容性好，并最好具有能促进伤口愈合的功能。
2.2传统敷料与生物敷料
传统敷料主要是指医用脱脂棉纱布，虽然它有许多优点，但是由于其吸液量不够大，需要厚厚的包扎并经常更换，敷料在吸液后易干燥并与伤口发生粘连而造成二次创伤等缺点逐渐被其它敷料所代替。
生物敷料主要有尸体皮，冻干的猪皮，羊膜等。这些敷料虽然比传统的医用脱脂棉纱布有很大的改进，也接近理想敷料的要求，但是由于其不易获得而且保存时间短等缺点使其应用受到了很大的限制。
因此研制开发组成稳定，价格低廉，抗原性弱的合成覆盖物和生物合成的敷料已经十分必要。
2.3水凝胶敷料
目前常见的水凝胶敷料有胶原，甲壳素敷料，海藻酸钠敷料，合成高分子水凝胶敷料。
与传统的医用纱布相比，水凝胶敷料不与伤口粘连，不破坏新生上皮和肉芽组织，更换容易，病人舒适，已成为烧伤、创伤、烫伤、褥疮等皮肤损伤病人的理想选择。
目前在市场上可以购买得到水凝胶敷料有：ConvaTec公司的DuoDerm；Coloplast公司的Comfeel；Hol—lister公司的Restore；Smith＆Nephew United公司的Intra—Site及Replicare。但是昂贵的价格使很多患者望而却步。
2.2.1水凝胶敷料的特点
（1）透水、透气而能控制水分蒸发，明显减轻创面的渗出，能防止体液和水分的损失且不会造成敷料与创面之间的积液，减轻疼痛。（2）与创面的生物相容性好，保湿型强。（3）能够均匀紧密的粘贴在创面上，具有良好的顺应性，组织细菌入侵。（4）在使用时呈溶胀状态，柔软且具有橡胶弹力，减轻外来因素对创面损伤细胞及组织的刺激和机械损伤。（5）消除创面的干、紧、痛、痒等感觉。（6）医用水凝胶创伤敷料覆盖创面后，有持续的冷效应，早期能阻止烧伤创面深度进一步加深。（7）具有高透明性，便于临床观察创面情况。（8）保持、促进上皮组织正常生长，促进创面愈合，不留或减轻疤痕。
3.水凝胶在组织工程中的应用
3.1组织工程
组织工程学，也有人称其为“再生医学”，是指利用生物活性物质，通过体外培养或构建的方法，再造或者修复器官及组织的技术。
组织工程常用的策略是从患者的小块活体组织中分离出特异细胞，在精确控制培养条件下使细胞在三维多孔支架内生长、扩增形成结构物，再将细胞／支架结构物植入到体内所需部位，引导新组织在支架内形成，而支架随着组织的形成而逐渐降解消失，损伤的器官或组织得以重建。
生物材料支架起着细胞生长和干细胞分化成特异细胞的力学支撑作用，也发挥着细胞活性因子控制放载体的功能。生物材料在大多数组织工程策略中起着重要作用。理想的生物材料支架即合成细胞外基质应能使细胞组织构成三维结构，提供刺激，引导期望组织形成及生长。针对不同组织的特性和功能，所设计的支架材料及其性能也应有所不同。
常用的支架材料如聚(丙交酯一共一乙交酯)或聚(乳酸一共．乙醇酸)(PLG)已被美国食品与药物管理局(FDA)批准用于体内，但因其疏水性过强，在较苛刻条件下才能加工，不利于生长因子的负载和活细胞的转载，因此使用高度水合的聚合物材料(含水质量分数>30％)水凝胶作为支架材料，便成为组织工程的另一种选择。
3.2水凝胶在组织工程中的应用实例
3.2.1组织用海藻酸盐水凝胶
由于海藻酸钠的生物相容性，低毒性和相对低廉的价格而被广泛地研究应用于药物释放体系和组织工程领域。
海藻酸是一类从褐藻中提取出的天然线性多糖，由1-4 键合的M单元和G单元残基组成，M 单元的生物相容性较G 单元优良，而G 单元的刚性大于M 单元因此在水溶液中海藻酸盐的弹性以MG，MM，GG的顺序依次减小。
富含G 单元的海藻酸盐水凝胶由于减少了弹性长度而形成更加开放的网络从而具有更高的硬度。同时，增加G 含量也提高了力学刚性和压缩模量，这些都是适用于软骨组织工程的优良特性。
Glicklis 等制备出具有相互贯通多孔海绵结构的海藻酸盐水凝胶，将它作为肝细胞组织工程的三维支架材料，可增强肝细胞的聚集性，从而为提高肝细胞的活性以及合成纤连蛋白能力提供了良好的环境。用Ca2+ 交联的海藻酸盐水凝胶也可作为鼠骨髓细胞增殖的基质，起到三维可降解支架的作用。
Paige 等研究缓慢聚合的海藻酸钙水凝胶作为可注射软骨细胞的载体。他们把刚从牛前肢取得的关节软骨细胞与海藻酸盐水溶液混合，然后注射到无胸腺小鼠体内。6周后，在注射部位附近取下新形成的组织，进行组织学的分析，结果表明有透明软骨的形成。将海藻酸盐水凝胶应用于组织工程领域时最大的问题之一就是它不具有细胞识别位点，海藻酸盐水凝胶进入体内后，其强亲水特性不利于蛋白质的吸附，因此不能与细胞进行特异结合，而对水凝胶的适当修饰则可以解决这类问题，所以组织工程将是海藻酸盐水凝胶今后的发展方向。
3.2.2透明酸制水凝胶
透明质酸具有黏弹性和低剪切力，可用作药物、蛋白和肽的转载系统，在组织工程中用于骨缺损的修复、伤口的愈合和软骨组织扩增。
Duranti使用可注射非动物源透明质酸水凝胶Restylane TM进行软骨组织扩增。透明质酸衍生物可改善其在动物体内的持久性，并且具有良好的生物相容性。组织学分析表明，交联的透明质酸水凝胶皮下注射后能够在组织中长久地维持其形状和性能。
Barbucci 等用50 % 羧基交联的透明质酸水凝胶治疗骨性关节炎。把50 % 透明质酸水凝胶注射入兔子的关节缺损处，结果发现关节组织的表面形成一层透明软骨填充在缺损处，说明该水凝胶对软骨组织的缺损有修复能力。
透明质酸需要纯化以除去杂质和内毒素，而且其力学性能较差，这些都限制了透明质酸的使用。
3.2.3壳聚糖水凝胶
壳聚糖是具有生物相容性、可生物降解的阳离子多糖，结构为（1 ，4）-2 - 氨基-2 - 脱氧-β-D- 葡聚糖，通过甲壳质部分脱乙酰基可得到不同脱乙酰度的壳聚糖。脱乙酰度、相对分子质量是壳聚糖的两个主要性能指标。壳聚糖广泛应用于伤口包扎、细胞微包囊材料等。
由大量实验表明，由壳聚糖／磷酸钙复合物制备的可注射可吸收支架是组织再生的良好备选材料。
壳聚糖的结构类似于细胞外基质糖胺聚糖GAGs ，可生物降解，生物相容性好，可以和很多阴离子聚电解质以多种方式复合，形成多种生理环境响应凝胶，但和其他水凝胶一样力学性能较低，这在很大程度上限制了它的应用。
4.水凝胶用于制造角膜接触透镜
角膜接触透镜俗称隐形眼镜，是一种兼具矫正视力、治疗和美容等用途的眼科医疗用具；由于佩戴它既不影响人体外观形象，随身携带轻巧方便。而且，矫正视力的效果比普通眼镜更为显著，所以它受到很多消费者的喜爱。在医学界，接触透镜作为辅助器具被广泛应用；例如接触镜吸药后，可作为给药工具使药物在眼部长时间释放，达到治疗的目的。
4.1聚乙烯吡咯烷酮(pvp)类水凝胶
PVP水凝胶具有良好的生物相容性等优异性能而被广泛用于接触透镜材料，NVP与其他亲水性或者非亲水性单体共聚所得到的水凝胶，具有较好的透光性和生物相容性，含水量比较高，透氧性也比较好，适合制造角膜接触镜。目前日本、美国等国家已在市场上推广NVP共聚水凝胶接触透镜材料。但是，含PVP的水凝胶角膜接触镜材料，强度均不高，必须与HEMA、MMA等单体共聚以提高机械强度。
4.2壳聚糖类水凝胶
壳聚糖是甲壳素脱乙酰化后的产物，材料具有成膜性、生物活性以及吸湿、保湿性，可以用于制造软接触镜。采用壳聚糖制造的软接触镜，具有较好的染色性、透氧性和促进伤口愈合的特性，可以作为美容镜以及用于眼科手术辅助治疗。
4.3有机氟类高透氧性水凝胶
用成孔材料聚(亚烷基)二醇、氟化醇、氟表面活性剂和丙烯酰胺类单体共聚，制备含有全氟聚醚(PFPE)单元的多孔大单体。该大单体与异丙醇等聚合得到高含水的水凝胶材料，其透氧性高，可用作软接触透镜材料。此外PFPE与NVP和MMA以适当比例混合，制得的高透氧性水凝胶柔韧性高。
随后开发出将有机硅和有机氟相结合的氟硅氧烷水凝胶，乙烯基氟硅氧烷和亲水性单体DMA或NVP等聚合制各接触透镜材料。该材料引进亲水性单体改善了硅氧烷侧链的疏水性，氟化基团改善抗沉积性，而且可通过调节单体配比改善接触透镜的软硬度。其优点诸如：镜片的透氧性、光学性能、使用寿命及生理相溶性高于传统软性镜片；镜片不容易被污染，保养方法简单；长期使用不会有炎症反应，健康安全等。
4.4 仿生材料水凝胶
向含有机硅水凝胶中添加磷酸胆碱衍生物(Pc)的仿生材料，这种材料含有两性离子基团，材料离子渗透性优异；不同系列的含水量最高达58％，最佳透氧性Dk 值达80。采用这种材料制造的角膜接触镜，具有较好的保湿性，能够抗泪液中的
蛋白质沉淀，不需要使用蛋白酶片消毒；良好的透氧性和透离子陛，可延长佩戴时间。
由于普通水凝胶接触透镜材料满足人眼需要的氧气透过率，是通过增加凝胶的含水量实现的，隐形眼镜含水量太高会起一系列并发症。目前对隐形眼镜材料研究的热点在于用大分子有机硅、有机氟对水凝胶进行改性，研究普遍使用大分子聚二甲基硅氧烷与亲水性单体共聚，而本课题选用含有C=C双键的硅氧烷单体对水凝胶进行改性，丰富了水凝胶软接触透镜材料的研究方法。
5.结束语
水凝胶在生物医药方面已经取得了广泛的应用，但是还有很多问题没有解决，影响着水凝胶材料的进一步发展。水凝胶的许多优异性能，相信在这些问题解决之后会很快更广泛的应用在生物医药领域之中，给很多疾病的治疗带来福音。
6.参考文献
[1] 罗芳.生物医用水凝胶材料的研究进展[J].广东化工,2011,38(8):104-105.DOI:10.3969/j.issn.1007-1865.2011.08.054.
[2] 蒋琰,陈满,陈明等.光聚合水凝胶及其在组织工程中的应用[J].高分子通报,2007,(10):26-33.DOI:10.3969/j.issn.1003-3726.2007.10.005.
[3] 陈涛,姚康德.可注射水凝胶在组织工程中应用进展[J].化工进展,2004,23(8):827-831.
[4] 杨振,杨连利.水凝胶的研究进展及发展新动向[J].化工中间体,2007,(1):5-10.DOI:10.3969/j.issn.1672-8114.2007.01.002.
[5] 罗建斌,方国芳,谢兴益等.水凝胶烧伤敷料研究进展[J].生物医学工程学杂志,2004,21(1):156-159.
[6] 刘文广,姚康德,戚务勤等.水凝胶研究的最新进展[J].高分子材料科学与工程,2002,18(5):54-57.
[7] 罗晓燕,尹玉姬,娄翔等.水凝胶在组织工程中的应用进展[J].天津工业大学学报,2004,23(4):88-93.DOI:10.3969/j.issn.1671-024X.2004.04.024.
[8] 周煜竣.新型水凝胶用作医用敷料的研究[D].中山大学,2006.
[9] 金阿平,时述党,鲁继增等.医用水凝胶创伤敷料在面部烧伤创面的应用[J].中华损伤与修复杂志(电子版),2010,5(2):227-230.DOI:10.3969/cma.j.issn.1673-9450.2010.02.013.
[10] 李进进,朱南康,陈国强等.医用水凝胶的研究进展[J].国外丝绸,2009,24(3):26-28.DOI:10.3969/j.issn.1674-8433.2009.03.010.
[11] 韩慧芳.有机硅改性PVP水凝胶软接触透镜材料的合成与性能研究[D].广东工业大学,2004.DOI:10.7666/d.y597163.
[12] 何淑兰,尹玉姬,张敏等.组织工程用海藻酸盐水凝胶的研究进展[J].化工进展,2004,23(11):1174-1178.
[13] 朱文,段世锋,丁建东等.组织工程用水凝胶材料[J].功能高分子学报,2004,17(4):689-697.DOI:10.3969/j.issn.1008-9357.2004.04.032.
敏感性高分子及水凝胶 摘要：本文介绍了几类敏感性高分子及其水凝胶。主要包括pH敏感水凝胶、温度敏感水凝胶、温度及pH双重响应水凝胶、光响应水凝胶、磁场响应水凝胶等的性质及其研究进展。简要介绍了敏感性高分子及其水凝胶的性质、制备方法、应用及其发展前景。 1引言 近年来，随着信息，生命，环境，航空航天等领域科学技术的飞速发展，人们对材料性能的要求越来越高。因此，一批性能特异的新功能材料相继问世，敏感性材料就是其中的一类。对环境具有可感知，可响应，并具有功能发现能力的高分子和水凝胶被称之为环境敏感性高分子（environment sensitive polymers）和环境敏感性水凝胶（environment sensitive hydro gels）[1]。与传统的高分子和水凝胶不同，这类高分子和水凝胶的某些物理或化学性质可因环境条件的变化而发生突变。因此，这类高分子也被称为“刺激响应性高分子（stimuli-responsive polymers）”、“灵巧性高分子(smart polymers)”或“智能性高分子（intelligent polymers）”,相应的水凝胶被称为“刺激响应性水凝胶（stimuli-responsive hydro gels）”、“灵巧性水凝胶（smart hydro gels）”和“智能性水凝胶（intelligent hydro gels）”[2]。 与高分子不同，凝胶是一类可保持一定几何外形，同时具有固体和液体某些性质的胶体分散体系。它是软物质（soft materials）存在的一种重要形式，是介于固体和液体之间的一种物质形态。凝胶体系由胶凝剂（gelators）所形成的三维网络结构和固定于其中的大量溶剂组成。敏感性水凝胶[3]是一种亲水性高分子交联网络,它能够感知外界环境的微小变化(例如温度、pH、离子强度、光、电场和磁场等),并通过自身体积的膨胀和收缩来响应外界的刺激.敏感性水凝胶的上述特点使其在药物控制释放、物质分离提纯、活性酶包埋和生物材料培养等方面有广泛应用前景。 2敏感性高分子及其水凝胶的种类和性质 1989年，高木俊宜[4]最先提出了智能材料（intelligent materials）概念。随后，美国的Newnham教授提出了与之类似的灵巧材料（smart materials）概
水凝胶性质实验与表征 红外光谱(IR) 将完全干燥样品与漠化钾充分碾磨，压片后用红外光谱仪测定其红外光谱图。 相转变温度(LCST)的测定 采用调制DSC分析法(M-DSC)，将达到吸收平衡的水凝胶从纯水中取出，称取10-15mg 的重量，用滤纸拭去表面的水后放入样品池中，密封样品池。N2保护下从室温升至150°C，升温速率5°C/min。所得DSC可焓变与温度关系曲线的峰值温度定义为该样品的LCST。分别测定不同样品的相转变温度。（或采用恒温水浴观察不同温度的温敏现象。） 凝胶溶胀率(SR) 干燥凝胶的质量为W d，凝胶达到溶胀平衡时的状态为W s，凝胶在一定温度下达到溶胀平衡状态时凝胶中水的质量(W s-W d)与干燥凝胶的质量W d之比，定义为水凝胶的饱和溶胀率或平衡溶胀率(Swelling Ratio，SR)：SR=(W s-W d)/W d 用测重法测定水凝胶在10°C-50°C之间的平衡溶胀率(SR)。水凝胶在每个温度下保持12h以上，测定时用润湿的滤纸(润湿不易损伤凝胶)迅速拭去水凝胶表面水分，立即称重，一记录该温度点下水凝胶的质量。滤纸拭水前需浸入泡有凝胶的烧杯，取出滤纸立即用手挤压至不出水后即可用于擦拭凝胶。 分别测定不同样品的凝胶溶胀率。 溶胀/退胀性能 水凝胶的溶胀和去溶胀动力学定义为水凝胶重量随时间的变化。 (l)溶胀动力学 将完全烘干的凝胶在一定温度下，用蒸馏水浸泡使其溶胀。每隔一段时间称重一次，某时刻称得的重量为W t，直到水凝胶的质量几乎不随时间变化为止(W T)。 凝胶含水率定义为：WR=(W t-W d)/(W T-W d) (2)退胀动力学 一定温度下完全溶胀的凝胶重为W T，然后置于50°C恒温水浴锅中使其退胀。每隔一定时间将水凝胶取出称重W t，某一时间的凝胶水保留率为凝胶的吸水量与t时刻平衡时吸水量之比：WR’=(W t-W d)/(W T-W d) 分别测定不同样品的溶胀/退胀性能 凝胶透射比的测定 将合成后的凝胶浸泡至溶胀平衡, 切成长×宽×高为20mm×10mm×5mm的小块, 置于长×宽×高为40mm×10mm×5mm的比色皿中, 再将蒸馏水注入比色皿。用721B型可见分光光度计, 在500nm处测定凝胶的透射比（6）。 [ 6]KatonoH, SanuiK, Ogata N, et a.l Drug release off behavior and deswelling kinetics o f thermoresponsive IPNs composed of poly(acrylamide-co-butyl methacrylate ) and poly(acrylicacid) [ J]. Polym er Journa l, 1991, 23 ( 10): 1179 1189. 凝胶强度和有效交联密度的测定 将溶胀平衡的凝胶切成长×宽×高为10mm×10mm×5mm的小块, 在自制的凝胶强度测定器上测定凝胶强度[7]。将凝胶薄片放在测定器平台上,加上已知质量的盖板, 依次加载一定质量的砝码使其被压缩, 测定凝胶压缩前高度L0以及凝胶被压缩后的高度L。根据下式可以计算凝胶的剪切模量[7]：τ=F/A0= G (α-α-2)。τ：g/cm2 式中: τ为压缩应力；F为压力负载；A0 为溶胀凝胶压缩前面积；α为压缩应变(L/L0)。 用τ对-(α-α-2)作图, 得到1条直线, 直线的斜率为剪切模量G。 根据下式可以计算凝胶有效交联点密度ρ[8]：ρ= GS1/3e / (RT )。
水凝胶（Hydrogel）,以水为分散介质的凝胶。具有交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成能遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。 一，水凝胶的分类： 1，来源： 1),天然水凝胶 2），合成水凝胶 2，性质： 1），电中性水凝胶 2），离子型水凝胶 3，对外界刺激的反应情况： 1），传统的水凝胶 2），环境敏感水凝胶 传统的水凝胶：这类水凝胶对环境的变化，如PH或温度的变化不敏感。 环境敏感水凝胶：这类水凝胶对温度或PH等环境因素的变化所给予的刺激有非常明确或显著地应答。 目前研究得最多的是温敏型和pH敏水凝胶。所谓温敏是指在水或水溶液中这种凝胶的溶胀与收缩强烈的依赖于温度，凝胶体积在某一温区有突变，该温度称为临界溶液温度（lower critical solution temperature, LCST）。pH敏感水凝胶是指聚合物溶胀与收缩随着环境的pH、离子强度的变化而变化。 二，水凝胶的性质： 不同结构，不同化合物的水凝胶具有不同的物理化学性质如融变性、溶胀性、环境敏感性和粘附性。 一），溶胀性（swelling）是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀分为两个阶段： 第一阶段：是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小） 第二阶段：是液体分子的继续渗透，这时凝胶体积大大增加。 二），环境敏感性环境敏感水凝胶又称智能水凝胶（smart hydrogels）,根据环境变化的类型不同，环境敏感水凝胶又分为如下几种类型： 1，温（热）敏水凝胶 2，pH敏感水凝胶 3，电解质敏感水凝胶 三），粘附性（adhesiveness）粘附或称粘着或粘结等。一般指的是同种或两种不同的物质表面相粘结的现象。 生物粘附（bioadhension）指的是生物体表面之间形成任何结合，或一个生物体的表面与另外一个天然或合成材料的表面粘结的总称。在药剂学中生物粘附一般是用来描述聚合物（包括合成的以及天然的）与软组织（如胃肠道的膜、口腔、皮肤）之间的粘附作用。 三，药物经水凝胶的通透性 水凝胶具有液体和固体两方面的性质，溶胀的水凝胶可以作为扩散介质。在低浓度凝胶中水
一种温敏智能水凝胶 高分子水凝胶指能够在水中溶胀并保持大量水分的不溶性交联聚合物，它具有网络结构。一些水凝胶受到外界环境的刺激，如温度、溶液的组成、pH值、电场等变化时，其结构和性能(一般是体积)会随之发生突变，呈现体积相变(体积的突然收缩或膨胀)行为，从而具有智能功能。其中对温度敏感的水凝胶叫做温敏水凝胶。 一、一种典型的温敏水凝胶—PNIPA水凝胶 温敏水凝胶的种类很多，其中聚N–异丙基丙烯酰胺(PNIPA)类水凝胶最受关注。PNIPA水凝胶可由N–异丙基丙烯酰胺(NIPA)单体在交联剂、引发剂等存在下聚合生成(如图1所示)。NIPA的侧链中既含有亲水性的酰氨基又含有疏水性的异丙基，NIPA聚合生成网络结构的水凝胶。 图1 PNIPA水凝胶的合成 低温时，PNIPA水凝胶三维网络结构中存在许多孔隙，水可以占据孔隙，发生吸水溶胀。此时水分子与PNIPA的酰胺基团形成氢键，在聚合物四周形成高度有序的水分子层，聚合物处于伸展状态(如图2左侧所示)。当温度升高至某个温度(叫做最低临界溶解温度LCST，通常在30～35℃范围)时，氢键遭到破坏，包裹在聚合物周围的水分子减少，疏水基团之间的疏水缔合作用增强，水从孔隙中排出，凝胶突然收缩，发生退溶胀(如图2所示)。以上变化过程可逆，收缩的凝胶会随着温度的降低而再次溶胀，恢复原状。 图2 PNIPA水凝胶的体积相变示意图 LCST是水凝胶的重要参数，可以通过在聚合过程中加入疏水或亲水的共聚单体、溶剂、简单盐类、表面活性剂等来改变。通常，PNIPA聚合物的疏水部分越多，水凝胶的LCST越高，亲水部分越多则相反。例如，以NIPA与疏水性更强的N，N–二甲基丙烯酰胺为原料，制得的PNIPA水凝胶的LCST随着后者含量的增大而升高。 由于PNIPA水凝胶的LCST接近人体温度，它的温敏智能性和记忆效应引起了人们很大的兴趣，在生物医学领域，例如物质分离、药物释放、酶和细胞的固定化等方面有着很好的应用前景。 二、PNIPA温敏水凝胶用于酶固化研究
高分子水凝胶综述 摘要 在这篇综述中，笔者以高分子水凝胶为探究的领域，围绕其产生、发展、应用等诸方面，浅层次地加以论述。论文大体的探讨方式是这样：首先以高分子水凝胶的出现为基点，考察其定义的由来以及与吸水树脂之间的关系；然后以高分子水凝胶潜在应用价值的属性为导向线，对其进行分类，讨论相应的制备方法和水凝胶性能各类表征方法；接着突出强调环境敏感性水凝胶的制备及响应原理；而水凝胶实际应用及缺陷则作为最后系统概括。 关键词：高分子水凝胶应用性能制备 产生、定义与比较 高分子水凝胶的合成可以追溯到20世纪50年代后期，Wichterle和Lim合成了第一个医用甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）水凝胶[1]。对于高分子水凝胶的定义，各个文献报道的都很接近，即由带有化学或物理交联的亲水性高分子链形成的三维固体网络[2]，在水环境下高分子水凝胶能够发生吸水溶胀，甚至有的吸水能超过其自重好多倍（图1） 图1凝胶吸水溶胀前与溶胀后的比较（左侧为吸水溶胀后，右侧为吸水溶胀前）
同时，笔者发现，高分子水凝胶与吸水树脂之间的关联需要被加以认知。吸水树脂本身就是一种新型功能高分子材料，具有亲水基团，能吸收大量水分而又能保持水分不外流。当水分子通过扩散作用及毛细作用进入到树脂中时，形成的树脂即称为高分子水凝胶。也就是说，吸水树脂是高分子水凝胶的前身，且当树脂经吸水后才成为水凝胶。 此外，对于高分子水凝胶的吸水并且保水的机理也需要加以阐述。从化学结构上来分析，凝胶是分子中含有亲水性基团和疏水性基团的交联型高分子。在凝胶的交联网格里，必然存在很多疏水性基团朝外，亲水性基团朝里的结构，在这样的结构下，亲水性基团与水分子以氢键等方式进行结合，疏水性基团在外头形成的屏障可以有效地间隔不同的内亲水网格，起到容纳水分子容器的作用（图 2）。 O OH R O O H R O O H R O O H R O OH R O OH R O OH R O H H 图2 凝胶保持水分子示意图 图2中，右下侧的疏水性基团是朝内的，这表明凝胶亲水性网格结构内部也是含有非亲水性基团的；而水分子与亲水链上的氧之间形成了氢键。 此外，还能说明一个问题：理论上能够和亲水性基团之间发生水合而吸附在高分子聚合物周围的水分子，其厚度最多不过2~3层，第一层水分子是由亲水性基团与水分子形成的配位键或氢键的水合水，第二层或第三层则是水分子和水合水形成的氢键结合层，作用力随层数的增加而不断减弱。而凝胶之所以能够吸收更多的水分，原因就在于其交联网格结构。这样的结构是包裹式的，以立体三维式取代了平面式，而且链上亲水性基团的复杂交错，给容纳水分提供了优良的环境。
高分子水凝胶 凝胶是指溶胀的三维网状结构高分子。即聚合物分子间相互连结，形成空间网状结构，而在网状结构的孔隙中又填充了液体介质。 药用的凝胶大部分是水凝胶（hydrogel），它们通过制剂的形式进入体内后吸收体液自发形成。水凝胶是指一种在水中能显著溶胀、保持大量水分的亲水性凝胶，为三维网络结构，多数水凝胶网络中可容纳高分子本身重量的数倍至数百倍的水，它不同于疏水性的高分子网络如聚乳酸和聚乙醇酸（只有有限的吸水能力，吸水量不到10%）。水凝胶中的水有两种存在状态。靠近网络的水与网络有很强的作用力，这种水在极低温度下又有冻结的和不冻结之分，而离网络比较远的水与普通水性质相似称为自由水。 影响水凝胶形成的主要因素有浓度、温度和电解质。每种高分子溶液都有一个形成凝胶的最小浓度，小于这个浓度则不能形成凝胶，大于这个浓度可加速凝胶。对温度来说，温度低，有利于凝胶，分子形状愈不对称，可胶凝的浓度越小，但也有些高分子材料加热后胶凝，低温变成溶液。电解质对胶凝的影响有促进作用也有阻止作用，其中阴离子起主要作用。 水凝胶从来源分类，可分为天然水凝胶和合成水凝胶；从性质来分类，可分为电中性水凝胶和离子型水凝胶，离子型水凝胶又可分为阴离子型、阳离子型和两性电解质型水凝胶。 根据水凝胶对外界刺激应答情况不同，水凝胶又可分为两类：①传统的水凝胶，这类水凝胶对环境的变化，如PH或温度变化不敏感；②环境敏感水凝胶，这类水凝胶对温度或PH 等环境因素的变化所给予的刺激有非常明确和显著的应答。 不同结构、不同化合物的水凝胶具有不同的物理化学性质如溶胀性、触变性、环境敏感性和黏附性等： （一）溶胀性：水凝胶在水中可显著溶胀。溶胀性是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀可分为两个阶段：第一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小）；第二阶段是液体分子的继续渗透，这时凝胶体积大大增加。溶胀的大小可用溶胀度（swelling capacity）来衡量。 （二）环境敏感性：又称智能水凝胶，根据环境变化的类型不同，环境敏感水凝胶又分为如下几种类型：温敏水凝胶、PH敏水凝胶、盐敏水凝胶、光敏水凝胶、电场响应水凝胶、形状记忆水凝胶。非离子型水凝胶溶胀性只取决于聚合物的化学组成，而与外界环境无关。（三）黏附性：或称黏着或黏接等。一般指的是同种或两种不同的物体表面相黏接的现象。除非其中之一为具有黏附性的材料，或者两个表面能通过物理、化学作用而产生黏附性，否则就要用到胶黏剂。在现代新型的药物制剂中为了通过黏附作用达到长效、缓释和靶向给药的目的，往往使用聚合物水凝胶，以达到在生物体上黏附的目的。 由于水凝胶具有良好的生物相容性,对药物的释放具有缓释、控释作用及可吸水膨润等优点,引起了众多研究者的浓厚兴趣,在中药领域也逐渐得以研究应用.如把一些传统的中药散
水凝胶简介 水凝胶就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与生物降解性。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与化学交联水凝胶。物理凝胶就是指通过静电力、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。化学交联水凝胶就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与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]与物理凝胶相比,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与合成水凝胶。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)。与合成水凝胶相比,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与合成高分子交联制备杂化水凝胶。比如,Lei Wang等将壳聚糖与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与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与释放,智能水凝胶应运而生,所谓智能水凝胶,就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,羧酸根之间的静电排斥使得水凝胶扩张,体积变大,药物得以释放。[4]Yi Chen等合成2-(二甲氨基)甲基丙烯酸乙酯与羧甲基壳聚糖水凝胶,实验发现,在酸性条件下,可以更好地实现药物的持续缓慢的释放。 [5]
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，
水凝胶溶胀度 Company Document number：WTUT-WT88Y-W8BBGB-BWYTT-19998
水凝胶的溶胀性与抗张强度 高分子凝胶是由具有网状结构的聚合物和溶剂组成的。水凝胶在水中可显着溶胀。溶胀性是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀可分为两个阶段：第一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小）第二阶段是液体分子的继续渗透，；这时凝胶体积大大增加。溶胀的大小可用溶胀度（swelling capacity）来衡量。交联高聚物的溶胀过程实际上是两种相反趋势的平衡过程,溶剂试图渗透到网络内部,使体积溶胀导致三维分子网络的伸展,交联点之间的分子链的伸展降低了它的构象熵值,分子网络的弹性收缩力,力图使网络收缩。当两种相反的倾向互相抵消时,达到溶胀平衡。 高分子凝胶的溶胀特性与溶质和溶剂的性质、温度及网络交联结构有关。温度敏性水凝胶是指能随环境温度变化发生体积突变现象的一类水凝胶。这种凝胶具有一定比例的疏水和亲水基团，温度的变化可影响这些基团的疏水作用以及大分子链间的氢键作用，从而使凝胶结构改变，发生体积变化。 由于温度敏感性水凝胶的独特响应性，在药物可控释放、生物传感器、生物机械以及膜分离系统等方面有着极其重要的应用价值。自20世纪80年代Tanaka等报道了聚N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)水凝胶的温度敏感性后，水凝胶的温度敏感性受到了广泛的关注。 聚N-异丙基丙烯酰胺凝胶属于低温溶解型温度敏感性水凝胶，它在较小的温度范围内可表现出明显的亲水和疏水变化，从而表现出低温溶胀高温收缩的性能，其临界溶解温度下限在32℃左右。Inomata，Seker以及Kim等分别合成了N取代基不同的聚N取代丙烯酰胺类水凝胶，较深入地探讨了这类水凝胶的温度敏感性机理。 Takei 等研究发现，当NIPAm与亲水单体共聚时，聚合物的临界溶解温度会升高; 与疏水单体共聚时，聚合物的临界溶解温度则下降。国内对聚N取代丙烯酰胺类水凝胶的温度敏感性也进行了一些研究。张先正等以AAm与NIPAAm共聚合成了具有快速温度敏感的水凝胶，研究发现AAm 的用量对凝胶临界溶解温度有着较大的影响。王昌华等利用丙烯酸(3-磺酸钾)丙酯(SPAP)与NIPAAm共聚，制备了P(NIPAAm-co-SPAP)水凝胶，发现该凝胶的临界溶解温度在人体温度(37 ℃)附近。 另外，一些研究还发现，有些水凝胶的溶胀比随温度的升高而增加，反之则降低，表现为热胀性，这类水凝胶称为高温溶解型温度敏感性水凝胶。 Hiroki 等合成的聚 (N，N-二甲基丙烯酰胺-co-丙烯酰胺-co-甲基丙烯酸丁酯)与聚丙烯酸的互穿网络水凝胶就具有这种温度响应特性。当前合成出的温度敏感性水凝胶普遍存在强度较低的弱点。这主要是由于温度敏感性水凝胶一般含有一定比例的疏水和亲水基团，凝胶内部容易出现相分离，使得凝胶在溶胀后内部出现裂纹而容易破碎。温度敏感性水凝胶的这一弱点，在很大程度上限制了它在生物机械以及膜分离系统等领域的应用。因此，如何在保证凝胶温度敏感性的前提下，制备出强度较高的水凝胶，是一个急需解决的问题。 在凝胶的众多增强方法中，互穿网络(IPN)技术是一个很好的选择。利用互穿网络技术合成出的水凝胶，既能保持原有各组分的特性，又能通过聚合物网络间的相互缠结而起到对凝胶的增强作用。
封面 题目壳聚糖智能水凝胶 作者吴雪辰罗育阳 壳聚糖智能水凝胶 作者：吴雪辰罗育阳 摘要：壳聚糖智能水凝胶作为一种天然高分子材料，由于其来源于自然而具有的生物可降解性、无毒、来源广泛等优良的性能，近些年已经成为研究的热点。而智能水凝胶本身对温度、PH、电磁性能等外界刺激能做出迅速的反应同时也收到广泛关注。结合两者的优点合成的壳聚糖智能水凝胶更是具有了更加突出的优势。下面从定义、制备以及应用等方面简单的对壳聚糖智能水凝胶最近几年的发展进行浅析。 关键词：壳聚糖，智能水凝胶，壳聚糖智能水凝胶，药物缓释。 1．定义 甲壳素是由N-乙酰-2-氨基-D-葡萄糖以β-1,4糖苷键形式联接而成的多糖，是一种天然高分子化合物。壳聚糖是其乙酰化产物。壳聚糖与甲壳素结构的差别在于C2位的取代基不同，壳聚糖是氨基（—NH2），而甲壳素是乙酰氨基（—NHCOCH3）。Fig.1是甲壳素与壳聚糖的化学结构式。[1] 脱乙酰基 Fig.1 水凝胶或称含水凝胶为亲水性但不溶于水的聚合物, 它们在水中可溶胀至一平衡体积仍能保持其形状。[2]智能水凝胶一般是有机高分子水凝胶材料，其上的功能基团使水凝胶的吸水量对周围环境敏感如温度、pH、电、光或离子强度等，所以称作“智能”。[3]壳聚糖分子由于主链或侧链上带有大量的亲水基团和有适当的交联网络结构，所以可形成智能水凝胶。[4] 2．制备 （1）壳聚糖
壳聚糖可通过天然的甲壳素支链水解直接制得。 （2）智能水凝胶 智能水凝胶的制备方法比较复杂，可通过以下方法制得： Ⅰ.水溶性高分子的交联法[5] Ⅱ.接枝共聚法 （3）壳聚糖智能水凝胶的制备 翟延飞[6]研究认为壳聚糖主链上含有大量的亲水集团，尤其是2位上的氨基常作为交联点，能与甲醛、戊二醛等双官能团交联剂反应，使线性壳聚糖链间由碳氧双键交联成水凝胶。常用的交联剂有：戊二醛，甲醛，亚甲基二丙烯酰胺，京尼平等，这种方法是化学交联法。化学交联法制备的凝胶具有以下特点：交联均匀；通过不同的交联剂可以制备不同性质的水凝胶；制备薄膜纤维等形状；适合多糖类、蛋白质等生物天然高分子等。并且化学交联法制得的凝胶能在溶液中保持形成高层次结构和取向不变的交联结构，因而制得结构规整的凝胶。 接枝共聚法制备壳聚糖智能水凝胶（参照水凝胶的制备法：接枝共聚法） 聚丙烯酰胺(PAAm及其衍生物是一类典型的温敏性水凝胶，被广泛用于药物的控制释放、酶反应控制、生物降解材料等领域。将PAAm的这些优点与壳聚糖的pH敏感性和离子强度敏感性结合起来，通过共聚法制备一种聚合物，使该聚合物具备PAAm和CS的共性，从而得到具有使用价值的材料。 具体备方法：俞玫[7]对壳聚糖接枝聚丙烯酰胺梳型水凝胶的制备进行了研究 本制备在机械搅拌及氮气环境下进行。将l g壳聚糖粉末溶于60 mL l％醋酸溶液中，通氮气3 0 m i n，水浴升温至6 0℃，加入0.2 g过硫酸钾( KPS 引发剂，6 0℃搅拌10 min，快速加入一定比例的单体A A m ( 溶于 3 0 m L 水中并预先用氮除氧，6 0℃反应1 h 。将产品冷至室温，用l mol／L NaOH调pH至8。加500 m L无水乙醇脱水1 h，过滤，将产品在 5 0 0 mL无水乙醇中浸泡过夜，充分除去凝胶中的水分。过滤，用5 0 mL无水乙醇洗涤两次。所得凝胶在60℃下烘干。 M B A交联壳聚糖接枝聚丙烯酰胺半互穿网络水凝胶的制备本制备在机械搅拌及氮气环境下进行。将lg壳聚糖粉末溶于60 mL l％醋酸溶液中，通N氮气30 min，水浴升温至60℃，加0.2 g KPS引发剂，6 0℃搅拌10min，快速加入8 g单体A A m ( 溶于30 mL水中并预先用氮除氧和0.5 g交联剂M B A (溶于20 m L水中并预先用氮除氧，6 0 ℃反应1 h 。将产品冷至室温，用1 mol／L NaOH调pH至8。加入500 m L无水乙醇脱水1 h，过滤，将产品在500 mL无水乙醇中浸泡过夜，充分除去凝胶中的水分。过滤，用50 mL无水乙醇洗涤两次。所得凝胶在60℃下烘干。(交联度为6.25％。 3性质 壳聚糖智能水凝胶对外界刺激具有可逆响应性，能够对外界刺激如温度、PH值、离子强度、电场、磁场、光和压力等的微小变化，并可由此可将壳聚糖智能水凝胶分为对PH敏感性、温度敏感性、温度/PH双重敏感性、压力敏感性、光敏性、电场敏感性、生物分子敏感性、立即敏感性、和溶剂敏感性等等。[8]
第 46 卷 第 11 期 2017 年 11 月 Vol.46 No.11Nov .2017 化工技术与开发 Technology & Development of Chemical Industry 功能性水凝胶的活性聚合与应用研究进展 梁 良1，张亚平2，周 瑜2，任 锦2 （1.九江学院分析测试中心，江西 九江 332005；2.九江学院药学与生命科学学院，江西 九江 332005）摘 要：功能性水凝胶能够针对不同环境的变化而做出响应，在生物医药、组织工程、环境保护等领域被广泛研究。活性聚合则拥有结构设计性强、反应控制灵活、产物均一性好的优势。本文主要介绍了目前功能性水凝胶活性聚合的研究进展和应用情况。 关键词：功能性水凝胶；活性聚合；应用 中图分类号：TQ 317 文献标识码：A 文章编号：1671-9905(2017)11-0030-03 基金项目：九江学院科研基金项目（No.8500353）和启动基金项目（No.8879415） 作者简介：梁良（1986-），男，硕士，实验师，研究方向：复合药物载体材料的合成通信联系人：任锦（1986-），女，博士，讲师，研究方向：载药体系的研究收稿日期：2017-08-07 水凝胶是一种含有大量亲水基团的三维网状高分子材料，能够吸收大量的水进行溶胀。水凝胶功能化后，面对外界环境敏感点的变化，如温度、pH 值、压力、磁力、溶剂极性等，能够实现凝胶-溶胶或者溶胀的形态变换，并在这一过程中完成设定的功能化目的。基于水凝胶良好的生物相容性与环境友好性，以及超强的分子可设计性，其在药物传输[1]、组织工程[2]、水环境保护[3]和催化剂载体[4]等领域拥有巨大的开发潜力和发展前景。 活性聚合因不存在链转移和链终止过程，使得反应过程能够被精确控制，同时链引发速率又大于链增长速率，使产物分子量分布集中，均一性非常好，因此，使用活性聚合可以让包含各种功能基团的水凝胶被精确制造出来，产物的高一致性也提升了其运用到工业生产的可能性。 1 活性聚合 1.1 原子转移自由基聚合 原子转移自由基聚合（Atom Transfer Radical Polymerization，ATRP）又称金属催化自由基聚合，是利用了金属催化剂具备发生可逆氧化还原反应的能力，使特定基团可以在活性种与休眠种之间自由转移，氧化-还原的往复循环实现链的增长。该法的特点在于聚合产物结构的可设计性很强，不仅能 够通过选用不同的聚合单体，还可以通过改变引发剂-卤代烷中烷烃部分的结构来设计所需要的水凝胶结构。盛维娟课题组[5]用2-溴代丙酸乙酯为引发剂，氯化亚铜为催化剂，通过ATRP 法将具有温度响应特性的甲基丙烯酸-2-(2-甲氧基乙氧基)乙酯和寡聚乙二醇甲醚甲基丙烯酸酯，以及N -羟甲基丙烯酰胺按比例共聚，再分别对共聚物进行叠氮化与炔基化处理，最后将二者交联得到温敏性水凝胶。周应学等[6]用2-溴异丁酰溴改性的α-环糊精与溴丙酰溴封端的F127水凝胶自组装形成聚准轮烷，并以此作为大分子引发剂，通过ATRP 法将聚乙二醇二丙烯酸酯和2-甲基丙烯酸羟乙酯进行共聚，由于引发剂中烷烃部分含有引入的改性α-环糊精与凝胶大分子结构，使得产物水凝胶不仅具有交联网络的超分子结构，还获得了良好的热敏性与力学强度。1.2 可逆加成-断裂链转移聚合 可逆加成-断裂链转移聚合（Reversible Addition-Fragmentation Transfer Polymerization, RAFT）实际上是在传统的自由基聚合反应中，加入了高链转移常数的链转移剂，使链转移成为一个快速而且可逆的过程，从而实现活性种与休眠种的可逆平衡，期间链转移相对链增长的反应时间可以忽略不计。这种活性聚合方法的优势是继承了传统自由基聚合的所有工艺和条件，拥有实现大规模工业
《高分子物理》课程论文 2013.4班级材控111学号10112186 姓名李阳开课学院机械与动力工程学院任课教师韩晶杰 成绩__________ 论文题目：水凝胶在生物医学领域的应用 论文要求： 1、字数至少5000字 2、关键词为：水凝胶 3、至少参考5篇文献 教师评语：
《高分子物理》课程论文 2013.4 开课学院机械与动力工程任课教师韩晶杰 打分（给分）依据 1、全文是否符合综述文章的结构要求？题目、摘要、关键词、正文、 结论、参考文献是否齐全？ 2、文章的主要内容是否按照关键词的内容展开？是否有跑题或主题杂 乱的问题？ 3、文章的主要内容是否是对近年来科研工作的总结？内容是否过于浅 显、科普？ 4、参考文献是否按照格式要求进行安排？ 5、文章的字体、行间距等格式是否按照要求？是否前后统一？ 6、文章内容是否有明显的错误？ 7、是否存在明显的抄袭现象？
水凝胶在生物医学领域的应用 内容摘要：水凝胶是一种具有亲水基的聚合物，由于其对低分子有较好的的透过性，具有良好的生物相容性等特点，广泛应用于生物医学领域。本文论述了水凝胶在烧伤敷料，组织工程支架材料，接触眼镜等方面的应用。 关键词：水凝胶敷料组织工程生物相容性注射水凝胶
水凝胶在生物医学领域的应用 (5) 1.水凝胶的分类 (5) 1.1天然水凝胶 (5) 1.2合成水凝胶 (5) 2.水凝胶用作烧伤敷料 (6) 2.1理想敷料的要求 (6) 2.2传统敷料与生物敷料 (6) 2.3水凝胶敷料 (6) 2.2.1水凝胶敷料的特点 (7) 3.水凝胶在组织工程中的应用 (7) 3.1组织工程 (7) 3.2水凝胶在组织工程中的应用实例 (8) 3.2.1组织用海藻酸盐水凝胶 (8) 3.2.2透明酸制水凝胶 (8) 3.2.3壳聚糖水凝胶 (9) 4.水凝胶用于制造角膜接触透镜 (9) 4.1聚乙烯吡咯烷酮(pvp)类水凝胶 (10) 4.2壳聚糖类水凝胶 (10) 4.3有机氟类高透氧性水凝胶 (10) 4.4 仿生材料水凝胶 (10) 5. 结束语 (11) 6.参考文献 (11)
可生物降解智能水凝胶的研究进展* 孙姣霞1 ,罗彦凤2,屈 晟2 (1.重庆大学化学化工学院,重庆400044;2.重庆大学生物工程学院,重庆400044 *基金项目:重庆市自然科学基金资助项目(CSTC2006BB5010;国家自然科学基金资助项目(30470474 收到稿件日期:2007-06-08通讯作者:罗彦凤 作者简介:孙姣霞(1984-,女,湖南新化人,在读研究生,主要从事高分子材料研究。 摘 要:可生物降解智能水凝胶因其在生物医学领域 有着广泛的应用前景,因而已成为科研工作者研究的热点。详细介绍了可生物降解智能水凝胶的研究现状及其在药物释放体系中的应用,并预测了智能水凝胶可能的发展方向。 关键词:智能水凝胶;可生物降解;药物释放系统; 综述 中图分类号:O648;R313.08 文献标识码:A 文章编号:1001-9731(2007增刊-1895-04
1引言 水凝胶是指可被水溶胀的半固态交联聚合物网络。智能型水凝胶(intelligent hydrogels or smart hydrogels是一类对外界刺激能产生敏感响应的水凝胶。典型的外界刺激有温度、pH 值、溶剂、盐浓度、光、电场、化学物质等。目前研究最多的是pH 敏感型和温度敏感型水凝胶[1~3]。智能水凝胶按其降解性能可分为可降解性智能水凝胶和不可降解性智能水凝胶。聚丙烯酰胺类、聚丙烯酸类、聚乙烯醇类等水凝胶主要是依赖双键的自由基反应形成以C —C 连接为主的交联网络,这种以C —C 连接的交联网络通常都是不可降解的。而可降解水凝胶能在机体生理环境下,通过水解、酶解,从高分子、大分子物质降解成对机体无损害的小分子物质,并且这些小分子降解产物通常是体内自身就存在的,如氨基酸、乳酸等,最后,通过机体的新陈代谢完全吸收和排泄,对机体无毒副作用。这类材料可用于控制药物在体内的释放,实现药物靶向输送,使药物在体内能够保持有效的浓度,减小或消除副作用,此外还可以避免免疫排斥以及二次手术等缺陷[4~6] ,因而在生物医学领域有 广泛的应用。 水凝胶的主要应用之一是用作药物释放材料。由于其在人体内使用,因此其必须具有良好的血液相容性和组织相容性。设计和研制一种集良好生物相容性、生物可降解性和智能型于一身的水凝胶药物释放材料,是一项极具挑战性的课题,对于推动药物控释材料研究的进程具有重要的意义。本文主要综述了可生物降解性智能水凝胶材料的研究现状及其在药物释放体系中的应用,并预测了智能水凝胶可能的发展方向。 目前研究最多的可生物降解智能水凝胶有壳聚糖类和PEG-PLGA 等嵌段共聚物类。 2壳聚糖类 壳聚糖是一个带有阳电荷的天然多糖,是甲壳素脱
水凝胶的制备及其应用进展 摘要水凝胶是一类具有广泛应用的聚合物材料，它在水中能够吸收大量水分而溶胀，并在溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。由于其特殊的结构和性能，水凝胶自人们发现以来，一直被人们广为研究。本文综述了近些年国内外在水凝胶制备和在生物医药、环境保护等方面的一些研究进展，并对水凝胶的应用前景做了一些展望。 关键词水凝胶药物释放壳聚糖染料吸附 凝胶按照分散相介质的不同而分为水凝胶(hydro-gel)、醇凝胶(alcogel)和气凝胶(aerogel)等。水凝胶的分散相介质是水,它是由水溶性分子经过交联后形成的,能够在水中溶胀并且保持大量水分而不溶解的胶态物质。它在水中能够吸收大量的水分显著溶胀，并在显著溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。[1]正因为水凝胶的这种特性，水凝胶能够对外界环境，如温度、pH、电场、磁场等条件变化做出响应。近年来，对水凝胶的研究逐渐深入。水凝胶的应用也越来越广泛，不仅在载药缓释、环境保护方面有很大用途，而且在喷墨打印等方面也有越来越大的作用。 一、水凝胶的制备 （一）PVA水凝胶的制备 上世纪50年代,日本科学家曾根康夫最早注意到聚乙烯醇(PVA)水溶液的凝胶化现象。由于PVA水凝胶除了具备一般水凝胶的性能外,具有毒性低、机械性能优良(高弹性模量和高机械强度)、高吸水量和生物相容性好等优点,因而倍受青睐。PVA水凝胶在生物医学和工业方面的用途非常广泛[2]。 龚桂胜，钟玉鹏[3]等人利用冷冻-解冻法制备了不同类型高浓度聚乙烯醇（PVA）水凝胶，研究了PVA水凝胶的溶胀率、拉伸强度和流变特性。他们发现不同类型的高浓度 PVA 水凝胶的力学性能相差较大，高分子量的 PVA 水凝胶的拉伸强度较低；这与低浓度的水凝胶相反。徐冰函[4]首先制备PVA水凝胶，再以PVA 水凝胶作为载体利用反复冷冻的方法成功制备含有二甲基砜的PVA水凝胶。实验制备的MSM/PVA水凝胶具有优良的理化性能，并且可以用于人工敷料的制备。同时研究发现，二甲基矾在PVA水凝胶内缓慢释放,24h后释放量可达55%以上。体外细胞实验证明MSM/PVA水凝胶对细胞无毒副作用,对细胞增殖具有促进作用,其中以1%MSM用VA对细胞的增殖能力最强。
大学化学第16卷第5期2001年10月知识介绍 水凝胶的合成、性质及应用 翟茂林哈鸿飞 (北京大学技术物理系北京100871 摘要本文介绍了水凝胶的制备方法、性质、影响其性质的主要因素及其在日用、工农业和医 用领域的应用。 水凝胶可定义为在水中能够溶胀并保持大量水分而又不能溶解的交联聚合物。亲水的小图1 水凝胶网络示意图a 、b 表示内部4功能和3功能链联结点分子能够在水凝胶中扩散。水凝胶的网络结构如 图1所示。水凝胶具有良好的生物相容性,自20
世纪40年代以来,有关水凝胶的合成、理化性质 以及在生物化学、医学等领域中的应用研究十分活跃[1]。 水凝胶有各种分类方法,根据水凝胶网络键 合的不同,可分为物理凝胶和化学凝胶。物理凝 胶是通过物理作用力如静电作用、氢键、链的缠绕等形成的,这种凝胶是非永久性的,通过加热凝胶 可转变为溶液,所以也被称为假凝胶或热可逆凝胶。许多天然高分子在常温下呈稳定的凝胶态,
如k 型角叉菜胶、琼脂等[2];在合成聚合物中,聚 乙烯醇(PVA是一典型的例子,经过冰冻融化处理,可得到在60 以下稳定的水凝胶[3]。化学凝胶是由化学键交联形成的三维网络聚合物,是永久性的,又称为真凝胶。 根据水凝胶大小形状的不同,有宏观凝胶与微观凝胶(微球之分,根据形状的不同宏观凝胶又可分为柱状、多孔海绵状、纤维状、膜状、球状等,目前制备的微球有微米级及纳米级之分。根据水凝胶对外界刺激的响应情况可分为传统的水凝胶和环境敏感的水凝胶两大类。传统的水凝胶对环境的变化如温度或pH 等的变化不敏感,而环境敏感的水凝胶[4,5] 是指自身能感知外界环境(如温度、pH 、光、电、压力等微小的变化或刺激,并能产生相应的物理结构和化学性质变化甚至突变的一类高分子凝胶。此类凝胶的突出特点是在对环境的响应过程中其溶胀行为有显著的变化,利用这种刺激响应特性可将其用做传感器、控释开关等,这是1985年以来研究者最感兴趣的课题之一。 根据合成材料的不同,水凝胶又分为合成高分子水凝胶和天然高分子水凝胶。天然高分子由于具有更好的生物相容性、对环境的敏感性以及丰富的来源、低廉的价格,因而正在引起 越来越多学者的重视。但是天然高分子材料稳定性较差,易降解,近几年不少学者开始了天然高分子与合成高分子共混合成水凝胶的研究工作[6,7],这将是今后的一大重要课题。 此外,人们对具有以下性质的水凝胶特别感兴趣:(1能够在体内环境被分解的水凝胶,如在体内的弱碱性条件下可被融蚀的水凝胶[8],能够被酶分解的水凝胶[9];(2能以离子交换形式释放蛋白质的水凝胶[10];(3具有记忆的水凝胶[11]等。 1 水凝胶的制备 1.1 单体聚合并交联
HPMC水凝胶溶胀性能的影响因素研究 【摘要】近年来，随着科学技术水平的快速提升，水凝胶这以概念受到了社会各界的广泛关注与重视，其在药物缓释材料以及人造肌肉等等相关方面获得了较为广泛的普及使用。一般来说，实际上，在应用水凝胶的过程当中，由于其高分子是长期处于溶胀状态的，由此可见，对水凝胶的溶胀性能进行影响因素的研究具有必要性意义。因此，本文将针对HPMC水凝胶的溶胀性能进行简要分析，探讨其相应的影响因素。 【关键词】HPMC；水凝胶；溶胀性能；影响因素 一般来说，水凝胶主要指的是可以在水中明显溶胀但是却有没有溶解在水中的亲水聚合物凝胶，其可谓是凌驾于固体以及液体间的互穿网络，又或者是凌驾于液体以及固体之间的三维网络。HPMC水凝胶全称为羟丙基甲基纤维素水凝胶，在对其溶胀性能进行研究的时候通常选用的称重法，来针对具体影响因素展开研究。 1.材料制备与研究方法介绍 首先，需在天平上设备上进行一定质量HPMC样品的准确称量，然后，将其放置在微热的数量一定的去离子水中，并实施搅拌措施，动作要轻微一下，等到其温度冷却到室温程度的时候，便得到了浓度值为0.1g/ml的均相溶液。再者，需将所得溶液温度加热到大约为六十摄氏度，从渐渐混浊的溶液中获取到了一定量的凝胶块，接下来需要做的是把凝胶块材料取出来，将其切割成形状以及大小都相同的凝胶颗粒，然后，把这些凝胶颗粒放置在真空烘箱中，在三十摄氏度左右使其烘干成为干凝胶。 表HPMC样品的重均分子质量和取代基含量 根据上表，进行同样质量各种干凝胶样品的准确称量，运用传统的称重法来针对纤维素醚的实际溶胀动力学进行有效研究。通过对凝胶的溶胀温度合理改变，温度取值点为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃，最终获取在温度各不相同的情况下凝胶溶胀动力学曲线。 HPMC水凝胶的平衡溶胀度与温度的关系图 将具体的溶胀温度设定在三十摄氏度，在二甲基亚砜以及纯乙醇溶剂，还有去离子水中分别将等量的干凝胶样品进行溶胀，将不同时间的凝胶质量值记录下来，并针对其具体的溶胀度SR进行有效计算。 将具体的溶胀温度设置在三十摄氏度，在pH值（取1以及13）各不相同的溶液中将等质量的干凝胶进行溶胀，并将各个时间段下的凝胶质量情况分别记录下来，针对在不同pH值溶液中的凝胶溶胀度实施合理计算。 2.HPMC水凝胶溶胀性能的影响因素 2.1温度 对于凝胶材料来说，ESR即平衡溶胀度是其的一项重要参数，具体的溶胀温度对该参数有着比较重要的影响作用。根据实验不难发现，伴随着温度的不断升高，HPMC水凝胶的溶胀性能整体趋于下降，这主要是因为纤维素醚凝胶跟其他一般的高分子凝胶有着不同的形成机理，其形成的时候需经过水分子的氢键作用才可将其将已经溶解在水中的大分子释放出来，然后在大分子相互之间的疏水作用之下则可结合产生大分子聚集体，这些所产生的聚集体则能够形成相应的三维凝胶网络。在低温情况下，易容易发生氢键作用，导致水分子可轻松地进到所形