水凝膠的制備方法及在醫(yī)藥領域的應用

張雪琴

【摘? 要】隨著社會科技的發(fā)展，水凝膠的制備方法及應用不斷豐富，而水凝膠是一種三維網(wǎng)絡結構，具有良好的吸水性、生物相容性及對外界刺激等具有良好的響應性被廣泛研究，具有廣闊的應用和發(fā)展前景。本文主要介紹了近年來水凝膠的制備方法以及水凝膠在醫(yī)藥領域的應用，并對其未來的發(fā)展進行了展望。

【關鍵詞】水凝膠;制備方法;應用

【中圖分類號】TQ460.4???? 【文獻標識碼】A

引言：

水凝膠（Hydrogel）是以水為分散介質(zhì)的凝膠。具有網(wǎng)狀交聯(lián)結構的水溶性高分子中引入一部分疏水基團和親水殘基，親水殘基與水分子結合，將水分子連接在網(wǎng)狀內(nèi)部，而疏水殘基遇水膨脹的交聯(lián)聚合物。是一種高分子網(wǎng)絡體系，性質(zhì)柔軟，能保持一定的形狀，能吸收大量的水。

凡是水溶性或親水性的高分子，通過一定的化學方法交聯(lián)或物理方法交聯(lián)，都可以形成水凝膠。水凝膠的表面蛋白質(zhì)及細胞粘附很小，含有大量的水，而且大多數(shù)制作水凝膠的材料無毒。因此三維結構的水凝膠具有良好的生物相容性、生物可降解性、可逆性、良好穩(wěn)定的緩控釋作用和毒性小等特點，基于這些良好的特性，水凝膠在生物傳感、細菌感染、組織工程、藥物緩釋系統(tǒng)等各個生物醫(yī)藥領域中受到廣泛的研究應用。

1水凝膠的制備方法

1.1化學交聯(lián)

化學交聯(lián)是指在媒介（如光、熱、高能輻射、機械力、超聲波等）和交聯(lián)劑等作用下，將高聚物鏈通過化學鍵結合起來形成網(wǎng)狀結構的過程。制備水凝膠的起始原料可以是單體、聚合物或單體和聚合物的混合物，因此目前有單體交聯(lián)聚合（自由基聚合、微乳液聚合）、聚合物聚合和載體接枝共聚等方法[1]。采用這種方法形成的水凝膠是永久性的，又稱真凝膠。化學交聯(lián)法是制備水凝膠最為常用的方法，生成的水凝膠性質(zhì)受交聯(lián)單體、交聯(lián)劑及反應條件影響。

1.2物理交聯(lián)

物理交聯(lián)是利用離子間相互作用、晶體交聯(lián)作用、氫鍵交聯(lián)作用和疏水締合作用等方式形成水凝膠。與化學交聯(lián)法相比，不同點在于該水凝膠是永久性的，可加熱使其變成溶液，以及不需要使用交聯(lián)劑，因此生產(chǎn)出來的水凝膠具有低毒（甚至無毒）、易生物降解的優(yōu)點，可廣泛應用于醫(yī)學領域[2]。在這樣優(yōu)越的條件下，近年來利用物理交聯(lián)法展開了許多研究，比如韋威朋[3]合成了短肽自組裝的原位可注射性水凝膠，發(fā)現(xiàn)了物理交聯(lián)法許多的優(yōu)越性及可能性。

2水凝膠在醫(yī)藥領域的應用

水凝膠因其具有吸水性、保水性、生物可降解性、生物相容性、對外界刺激敏感性以及可控性、可逆性等性質(zhì)，而被廣泛用于醫(yī)藥領域。

2.1生物傳感方面

生物傳感器是表面固定了生物分子或細胞的電化學傳感器，一般由兩個基本元件組成，一個用于生物分子識別，另一個用于信號讀出。聚合物基水凝膠材料可用于生物傳感器的制備，可得到催化效率更高、特異性更好的產(chǎn)品。苗向陽[4]等利用水凝膠與酶的優(yōu)良特性，開發(fā)合成了酶促水凝膠生物傳感器，該傳感器具有合成條件溫和、操作簡單、成膠時間快速可控的特點，可應用于現(xiàn)場診斷，可幫助按需制造診斷系統(tǒng)，對生產(chǎn)更優(yōu)良的生物傳感器具有重要意義。

2.2創(chuàng)傷敷料方面

創(chuàng)傷敷料是一種覆蓋在皮膚創(chuàng)傷上的材料，用于促進傷口的愈合。而近年來水凝膠敷料成為一大研究熱點，是一種新型現(xiàn)代多功能敷料。一般創(chuàng)傷敷料都具備避免外界的感染和加速傷口愈合的功能，而水凝膠敷料還有更多優(yōu)良的性質(zhì)，如可保持創(chuàng)面濕潤、細胞相容性好，能吸收傷口滲出液，不與組織粘連從而避免更換敷料時帶來的二次損傷。陳會男用乳化交聯(lián)法制備的載鹽酸四環(huán)素明膠微球（TH/GMs）封裝至OAlg/CMCS水凝膠里，制備了一種復合水凝膠敷料，發(fā)現(xiàn)其在創(chuàng)傷治療和抑制細菌感染上將有非常好的應用前景。袁小晶[5]等研究發(fā)現(xiàn)在海藻酸鈉（SA）和聚丙烯酰胺（PAM）水凝膠的基礎上復合人發(fā)角蛋白（KTN），制得KTN/SA/PAM水凝膠皮膚敷料具有更好的創(chuàng)口修復效果。

2.3組織工程方面

水凝膠還可作為組織工程支架，作為生物活性物質(zhì)的載體或組織細胞發(fā)育的臨床材料，并且水凝膠支架也已應用于移植細胞并使細胞分化增殖形成不同的組織。很多天然水凝膠和合成水凝膠都適用于組織工程，包括：纖維蛋自、殼聚糖、膠愿、海藻酸鹽、聚乙烯醇類等。海藻酸鈉基水凝膠作為支架材料能為細胞提供營養(yǎng)物質(zhì)、促進代謝產(chǎn)物排除、引導其分化及增殖，還可作為控釋生長因子及藥物的載體，張煒[6]等指出海藻酸鈉基水凝膠在骨組織、神經(jīng)組織和心血管組織中有大量應用研究，相信支架構建的水平會更進一步。

2.4藥物緩釋系統(tǒng)方面

水凝膠是藥物緩釋系統(tǒng)最主要的載體之一。水凝膠良好的生物降解性、生物相容性，可使傳統(tǒng)藥物隨著超分子凝膠的降解在作用部位較長時間持續(xù)釋放，藥物通過凝膠載體配合多種治療手段可以明顯減少用藥次數(shù)、減輕毒副作用和提高藥物生物利用度。李征征[7]等以乙二醇殼聚糖為原料，乙酸酐為?；瘎?，通過N-乙?；磻?，制得了新型溫敏性高分子乙?；叶細ぞ厶?，進一步得到的乙酰化乙二醇殼聚糖水凝膠對抗癌藥物吉西他濱具有緩釋作用。隨著發(fā)展，兩親性嵌段共聚物水凝膠、自愈合水凝膠和波聚合水凝膠等多種水凝膠作為藥物緩釋載體進行了研究，發(fā)現(xiàn)了水凝膠在藥物緩釋作用上的優(yōu)良性。

展望：

水凝膠的制備方法隨著科技的進步不斷豐富多樣，通過研究改進水凝膠的不足之處，水凝膠的應用范圍越來越廣泛，不止醫(yī)藥領域還包括工農(nóng)等領域。水凝膠所具有的優(yōu)異性能已經(jīng)引起人們的廣泛關注，對其智能性、生物相容性、生物降解性、納米復合性和超孔性等的探究也日漸成為熱點，在生物醫(yī)學領域，盡管水凝膠涉及的范圍越來越廣，但目前大多數(shù)仍處于研究階，成為產(chǎn)品且被廣泛運用的很少，因此，這就成為了我們的一大研究方向，相信未來會有更多的研究成果出現(xiàn)。

參考文獻：

[1]顧雪梅，安燕，殷雅婷，等.水凝膠的制備及應用研究[J].廣州化工，2012（10）：11-13，35.

[2]淦述春.物理交聯(lián)雙網(wǎng)絡水凝膠的制備及性能研究[D].暨南大學，2020.

[3]韋威朋.自組裝短肽-大黃素原位凝膠體內(nèi)外抗腫瘤作用研究[D].遵義醫(yī)科大學，2020.

[4陳會男.抗菌醫(yī)用水凝膠敷料的制備及性能研究[D].南京理工大學，2017.

[5]張煒，宋穎，彭偉，張云泉.海藻酸鈉基水凝膠在軟硬組織工程中的應用進展[J].化學與生物工程，2020，37（12）：9-12.

[6]李征征，徐子揚，高留意，曾威，趙琳琳.溫敏性乙二醇殼聚糖水凝膠的制備及藥物緩釋性能[J].高等學?；瘜W學報，2016，37（12）：2299-2305.

[7]崔桓，馮松福，陸曉和.將水凝膠作為藥物緩釋載體的研究進展[J].當代醫(yī)藥論叢，2020，18（04）：18-20.