水凝胶的合成及应用ppt课件

生物交联法
01
定义：通过生物反应过程，使水凝胶的分子间形成交联结构
02
常用方法：聚合酶链反应、核酸酶降解法、生物催化剂法等
03
优点：制备过程简单、成本低廉、可实现大规模生产
04
缺点：交联程度受生物反应条件影响较大，可能导致凝胶强度不均
3
制备水凝胶的关键步骤
选择合适的交联剂
D
通过实验验证交联剂的选择是否合适
C 选择具有良好稳定性和耐水解性能的交联剂
B 根据水凝胶的应用需求，选择合适的交联方式
A 选择具有良好溶解性和生物相容性的交联剂
选择适当的起始材料
选择适合制 备水凝胶的 起始材料， 如纤维素、 明胶、海藻 酸钠等
选择合适的 起始材料浓 度，以保证 水凝胶的形 成和性能
根据需要选 择适当的交 联剂，如丙 烯酰胺、 N-乙酰氨 基葡萄糖等
选择适当的 反应条件， 如温度、时 间、pH值 等，以保证 水凝胶的形 成和性能
01
02
03
04
制备过程中的控制因素
01
材料选择：选择适当的水凝胶材 料，如聚乙烯醇、明胶等
03
温度控制：温度对制备过程中的 凝胶形成有重要影响，过高或过 低的温度都可能导致凝胶失败
02
浓度控制：根据需要调整溶液浓 度，以达到所需的凝胶强度和性 质
建筑领域：用于建筑保温、建 筑结构等方面
技术挑战与解决方案
水凝胶的稳定性问 题：通过选择合适 的材料和优化制备 工艺来提高水凝胶 的稳定性
水凝胶的生物相容 性：通过研究水凝 胶的结构和化学成 分来提高其生物相 容性
水凝胶的大规模生 产：通过优化生产 工艺和设备来提高 水凝胶的产量和质 量

模拟胃液( SGF，pH = 1.2) 模拟肠液( SIF，pH = 7.4)
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水凝胶
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 ……
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
……
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2021/8/25
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 。
2021/8/25
Thank you ！
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

2020/12/12
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硅水凝胶隐形眼睛
水凝胶隐形眼镜镜片的透 氧性与其含水量有很大的 关系，一般来说含水量高 的水凝胶产品，透氧性就 会偏高，角膜代谢的通透 性高。不过含水量高的镜 片随着佩戴长会容易吸收 泪液的水分，引起眼干的 问题
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硅是一种高透氧而不含水的原料， 把硅加入水凝胶便可做到不须提 高镜片的含水量，保持镜片的稳 定性及坚韧度，同时也可大大提 高镜片的透氧率，使得隐形眼镜 的氧通透性不受镜片含水量的限 制，根本上避免了角膜缺氧导致 的红肿，发炎等问题，有效的改 善角膜健康。
[2]杨连力，梁国正.水凝胶在医学领域的热点研究及应用[J]， 材料导报，2007,21（2）：112-115.
[3]王笃政，孙祥冰，徐宴君，张红富.智能水凝胶的研究现 状[J],化工中间体，2011,12:34-37.
[4]李进进，朱南康，陈国强.医用水凝胶的研究进展[J].国外 丝绸,2009,3:26-28.
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• 原因：水凝胶对低分子溶质具有较好 的透过性，有优良的生物相容性及较 好的重现性，具有缓控释性能，很容 易合成。
• 调节不同性能的材料与药物用量间的 比例可以得到不同释药速率的制剂。
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组织填充材料
不吸收、不脱落、不碎裂，在弥散的环境下能很 好保持水分，有较好的粘度，弹性和柔软度，适 合人体组织结构。
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普通水凝胶隐形眼镜 硅水凝胶隐形眼镜
佩戴长时间容易引起 眼干，发炎等问题， 影响角膜健康，价格 便宜。
相同条件下使普通隐 形眼镜透氧率提高5倍 以上，从根本上避免 了角膜缺氧导致的红 肿，发炎等问题，有 效的改善角膜健康。

常用的化学交联法包括：氧化还原体 系、光引发聚合、酶催化聚合等。
辐射交联法
辐射交联法是利用高能辐射如紫外光、 电子束等，使PVA分子链产生自由基或 交联点，从而形成水凝胶。这种方法具 有快速、高效、环保等优点。
常用的辐射交联法包括：UV光引发聚 合、电子束辐射交联等。
其他制备方法
在生物医学领域的应用
防雾剂
PVA水凝胶可以用于制备防雾剂，防止玻璃、塑料等表面的雾气形成。
在其他领域的应用
油墨和涂料
PVA水凝胶可以用于制备油墨和 涂料，提高其粘附性和稳定性。
化妆品
PVA水凝胶可以用于制备化妆品 ，增加其粘度和稳定性。
03 PVA水凝胶的未来发展与 挑战
提高水凝胶的性能
增强机械性能
通过改进制备工艺或添加增强剂， 提高PVA水凝胶的机械强度和耐 用性，使其能够承受更复杂的环 境条件。
药物输送
发挥PVA水凝胶的载药能力和生物相容性，用于药物控制释放和靶 向输送，提高药物的疗效和降低副作用。
环保领域
利用PVA水凝胶吸附和分离有害物质，处理工业废水、重金属离子 等环境污染物，为环保事业提供技术支持。
降低生产成本
优化原料来源
寻找低成本、可再生的原料替代品，降低PVA水 凝胶的生产成本，提高经济效益。
石油化工等领域。
02 PVA水凝胶的制备方法
物理交联法
物理交联法是通过物理作用力，如氢键、离子键、配位键等，将PVA分子链连接 在一起形成水凝胶。这种方法操作简单，无需使用化学试剂，但形成的凝胶强度 较低。
常用的物理交联法包括：冷冻-解冻法、热致相分离法、溶剂置换法等。
化学交联法
化学交联法是通过化学反应将PVA分 子链连接在一起形成水凝胶。这种方 法形成的凝胶强度较高，但需要使用 化学试剂，操作较为复杂。

通常测定水凝胶的力学性能包括拉力试验( 橡胶弹性行为) 和动态力学分析( 粘弹行为) 。
在大多数同轴拉伸试验中, 样品在适当的模具中切成哑铃状, 然后放在两个夹具之间, 在不同 的载荷和速率下反向拉伸, Peppas 等[ 17] 详细讨论了典型样品的尺寸及实验方法。柱状水凝胶
的强度用压缩强度表征, 相当直径的水凝胶被切成等长度的样品, 在不同压力及速率下压缩, 则可得到凝胶的压缩强度[ 7, 18] 。
为了测定聚合物的时间依赖性, 动态粘弹行为, 需要进行动态力学试验, 样品要求作成薄
的长条状, 边成直角, 断面均匀, 运用剪切应力完成试验, 所以, 哑铃状不再是最佳的样品形状, 最佳的样品形状与材料的模量有关, L ustig[ 19] 等在聚甲基丙烯酸羟乙酯和聚( 甲基丙烯酸羟乙
酯 共 甲基丙烯酸甲酯) 水凝胶的动态力学试验中, 采用 6cm 1cm 0. 3cm 的样品尺寸。 另外需要指出的是, 有关水凝胶的力学性能测试, 目前还没有一个统一的标准。
水凝胶的力学强度几乎完全起因于凝胶的交联。增加交联剂的含量可提高交联密度, 从 而提高凝胶的强度, 但应注意在某些体系中加入大量的交联剂常常导致非均相现象发生。比 如, 在 PA Am 凝胶中加 N , N 亚甲基双丙烯酰胺( Bis) [ 22] , 当 Bis 的量超过 5% 后, 出现非均相, 尽管凝胶的强度仍被提高, 但在非均相体系内, 交联剂之间反应形成大量的环, 对凝胶强度的 提高没有贡献。另一个提高交联度的方法是 采用电离辐射法[ 7, 14] , 许多水溶性聚合物水溶 液, 比如 PVP、PVA、PHEM MA、PEO、PAAm 、PAAc 等辐照后可形成水凝胶, 且随着剂量的增 加, 凝胶的交联度增加, 凝胶强度提高。但是, 随着凝胶交联度的增加, 凝胶网络孔径变小, 溶 胀度下降, 网络分子链的活动性下降, 凝胶的弹性也下降。 2. 3. 3 合成条件的影响

1
水凝胶简介
2
水凝胶分类
3
水凝胶特性
目录
15
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智能水凝胶的特性
❖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
溶胀过程分为两个阶段， 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，此过程时 间很短速度快，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） 第二阶段是液体的渗透作 用，此过程中凝胶吸收大 量液体，体积大大增加。
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用冷
收缩 减少 减少 减少 增加 减慢 减慢 减弱 减慢 下降
.
影响冷疗法效果的因素
❖ 方式 ❖ 面积 ❖ 时间 -在一定时间内冷效应是随着时间的增加而增强 -如时间过长，则会产生继发效应抵消治疗效应，
甚至还可引起不良反应
42
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影响冷疗法效果的因素
❖ 温度
冷疗法温度与体表温度相差越大,机体反应越强 环境温度影响冷效应
1.兴奋作用 急救时用冷水喷面促进昏迷病人的苏醒
17
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智能水凝胶的特性
❖ 二、环境敏感性 又称智能水凝胶（smart hydrogels）
体积相变现象
即随溶剂组成、温度 、pH值、凝胶中离子 组成、光、电场等外 界条件的变化，凝胶 体积发生突然地、很 大变化的现象。
因此，具有应答外部 环境，而改变自身性 质或者状态的特性， 称为智能性水凝胶
18
3
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生活中水凝胶
4
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生活中水凝胶
人造肌肉
5
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1.医药控制释放材料
水
2.作为组织充填材料
凝
3.人工玻璃体
胶 在

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物理交联法
9
所需设备仪器（大概）： •电子天平 •恒温水（油）浴箱（带磁力搅拌） •恒温磁力搅拌器 •相关模具 •冷冻存储箱or冰箱 •相关容器等
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化学交联法
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化学试剂交联：是采用化学交联剂使得PVA 分子间发 生化学交联而形成凝胶, 常用的交联剂有醛类、硼酸、 环氧氯丙烷以及可以与PVA 通过配位络合形成凝胶的 重金属盐等等。
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PVA水凝胶的制备方法
3
物理交联法
反复冷冻法 冻结—部分脱水法
化学交联法
化学试剂交联 辐射交联
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物理交联法
4
反复冷冻法：按配比称取PVA, 量取去离子水, 把PVA 在
搅拌条件下, 置85~ 90 ℃（可根据不同情况进行调节）恒温 油浴中溶解完全,（也可在60 ℃ 静置保温30min，以除去溶液 中的气泡），放入- 20 ℃ （可根据不同情况进行调节） 的冰 箱里, 冷冻24 h （可根据不同情况进行调节）, 在室温下解冻 1 h （可根据不同情况进行调节）, 称为一次冷冻、融溶循环。 用这种方法分别制备不同浓度、相同循环次数和相同浓度、 不同循环次数的PVA 水凝胶。
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所需设备仪器（大概）： 电子天平 辐射源（如60COγ射线辐射源、电子加速器） 相关容器等
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PVA水凝胶的应用
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药物缓释载体及微胶囊 在伤口敷料方面的应用 人工器官组织 智能材料
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化学试剂交联
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影响因素： PVA聚合度、醇解度等分子结构参数 反应温度、反应时间等合成工艺参数 交联剂用量、疏水单体用量等化学组成
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化学试剂交联

材料特点：它是一类具有亲水基团能被水
溶胀但不溶于水的聚合物，水凝胶中的水
可使溶于其中的低分子量物质从其间渗透
扩散，具有膜的特性，类似于含大量水分
的人体组织，具有较好的生物相溶性。此
外，聚丙烯酰胺水凝胶为大分子物质，不
吸收、不脱落、不碎裂，在弥散的环境下
能很好保持水分，有较好的粘度，弹性和
柔软度，适合人体组织结构。
温（热）敏水凝胶
--------热敏的水凝胶作为原位的药物传递
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PPT课件
pH敏感水凝胶 ------- pH敏感水凝胶是指聚合物的溶胀与 收缩随环境pH的变化而发生变化。 这些水 凝胶的溶胀性可随外界pH的变化发生极大 的、甚至不连续的 改变。
电解质敏感水凝胶 --------这类水凝胶对溶胀度的影响主要是 阴离子部分，离子化水凝胶的溶胀行为与 收缩行为与离子运动密切相关。阴离子型 水凝胶平衡溶胀随pH增大而增大；阳离子 24
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PPT课件
关节内注射透明质酸钠凝胶治疗中早期骨性关节炎
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PPT课件
5.医用敷料
敷料的主要类型有两种：干型如纱布；湿 型如水凝胶。PVP水凝胶是一种类似于生命 组织的高分子材料，有良好的生物相溶性， 不影响生命体的代谢过程，并且代谢产物 可通过水凝胶排出，还可根据需要将不同 药物包埋在水凝胶内，药物可缓慢持续释 放到病变区，从而达到治愈伤口或皮肤病 的目的。医用水凝胶敷料可用于皮肤创伤、 皮肤溃疡（褥疮、结核、霉菌、真菌感染 等）、烧伤、烫伤及其它皮肤病。
3.良好的水蒸气透过率和合适的气体(如O 2 和C O 2)通过率,而且, 水凝胶不会和伤口粘连, 敷贴及取 出极为方便； 4.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 够对刺激发生敏感性的响应，常通过体积的溶胀 或收缩来实现。