卡拉膠水凝膠在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用進(jìn)展*

劉盼盼,張書俐,高 莉,王海賓,郭建峰,黃晶晶，劉琳琳

(中北大學(xué) 化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院， 太原 030051)

0 引 言

水凝膠是一種親水性聚合物的三維網(wǎng)絡(luò)，能在水中膨脹而不溶解。由于聚合物中含有大量的親水性基團(tuán)，水凝膠能吸收并鎖住大量的水分，而吸水后，水凝膠網(wǎng)絡(luò)也能保持原有形狀不被破壞[1]。水凝膠因其制備簡(jiǎn)單、機(jī)械性能可調(diào)性強(qiáng)、生物相容性好以及彈性和柔軟性與人體大多數(shù)組織和細(xì)胞外基質(zhì)極為相似等特點(diǎn)，在組織工程[2-3]、藥物傳遞[4-5]、生物傳感[6]等領(lǐng)域發(fā)展迅速。根據(jù)制備水凝膠的來源，水凝膠可分為天然水凝膠和合成水凝膠。由于社會(huì)對(duì)可持續(xù)產(chǎn)品的需求，來自天然材料的水凝膠，特別是可再生資源的水凝膠，受到人們的關(guān)注。在可再生資源中，多糖因其固有的親水性和生物降解性而成為最有前景的水凝膠前體。

卡拉膠是從紅藻中提取的硫酸化多糖，它是由D-半乳糖和3,6-脫水半乳糖交替單元經(jīng)α-1,3和β-1,4-糖苷鍵連接而成[7]?？ɡz根據(jù)其硫酸鹽含量、提取來源和溶解度分為6種基本形式，即：k-卡拉膠、t-卡拉膠、λ-卡拉膠、μ-卡拉膠、ν-卡拉膠和θ-卡拉膠[8-9]。而k-卡拉膠、t-卡拉膠和λ-卡拉膠由于具有膠凝和粘彈特性而具有重要的商業(yè)價(jià)值[10-11](如表1)。t-卡拉膠和k-卡拉膠具有形成水凝膠的能力，通過相鄰硫酸基的交聯(lián)形成三維雙螺旋網(wǎng)絡(luò)，而λ-卡拉膠的硫酸基不發(fā)生交聯(lián)，因此不形成凝膠[12-13]?？ɡz上羥基/硫酸鹽基團(tuán)的存在使其易于發(fā)生物理或化學(xué)交聯(lián)，賦予卡拉膠更好的理化性質(zhì)、新的特殊功能和特性[14]。卡拉膠水凝膠已廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)和組織工程領(lǐng)域，如藥物遞送、創(chuàng)面敷料、組織工程支架材料等。本文就卡拉膠水凝膠的幾種類型及其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

表1 卡拉膠的主要類型Table 1 Main types of carrageenan

1 卡拉膠水凝膠的幾種類型

傳統(tǒng)上，k-卡拉膠和t-卡拉膠分別在K+和Ca2+存在下通過離子交聯(lián)形成脆性水凝膠(如圖1)。為了改善卡拉膠的性能，其中的一個(gè)措施是改變交聯(lián)方式，物理交聯(lián)是通過非化學(xué)鍵如氫鍵范德華力或者相互纏結(jié)交聯(lián)的，化學(xué)交聯(lián)是鏈與鏈之間之間通過化學(xué)鍵連接的。將卡拉膠與聚乙烯醇、明膠、纖維素、絲素蛋白等高分子材料復(fù)合，通過一定的交聯(lián)方式(物理交聯(lián)、基于交聯(lián)劑的化學(xué)交聯(lián))可以得到性能優(yōu)良的水凝膠[15-16]。而在此基礎(chǔ)上，研究者們研究了不同類型的卡拉膠水凝膠，包括光交聯(lián)水凝膠、互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)水凝膠、水凝膠支架、納米凝膠和3D生物打印生物墨水等等。

1.1 光交聯(lián)水凝膠

光交聯(lián)通常是在卡拉膠結(jié)構(gòu)中引入甲基丙烯酸基團(tuán)，然后添加光引發(fā)劑使其具有光敏特性，最后通過紫外光或可見光照射使其固化交聯(lián)。Lhan等[17]通過將甲基丙烯酸基團(tuán)并入κ-卡拉膠主鏈(KaMA)，合成過程中，κ-卡拉膠的陰離子性質(zhì)不受影響，在化學(xué)光引發(fā)劑(Irgacure 2959)存在下進(jìn)行紫外光交聯(lián)，與其他水凝膠相比，光交聯(lián)水凝膠最突出的優(yōu)點(diǎn)是其力學(xué)性能可由多種因素調(diào)節(jié)，如KaMA濃度、光引發(fā)劑的種類、光交聯(lián)時(shí)間、光引發(fā)過程中的紫外線劑量等。Tavakoli等[18]制備的基于可見光交聯(lián)甲基丙烯酸k-卡拉膠(KaMA)的可注射可噴涂水凝膠凝膠強(qiáng)度高，失重率低，并且具有高的保水能力，在體外可維持細(xì)胞的貼壁和增殖。其在軟組織工程、無(wú)縫線粘合劑和生物印刷應(yīng)用方面具有巨大的潛力。

為了進(jìn)一步研究可見光交聯(lián)卡拉膠水凝膠的物理化學(xué)性能，Mokhtari等[19]使用氧化石墨烯對(duì)光交聯(lián)k-卡拉膠水凝膠進(jìn)行改性，改性之后的水凝膠力學(xué)性能顯著提高，水凝膠的高含水量、與天然細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)相似性、可注射性使其有望應(yīng)用于軟骨組織工程。光交聯(lián)水凝膠并非沒有挑戰(zhàn)，在考慮機(jī)械性能等物理化學(xué)性能的同時(shí)還應(yīng)滿足生物相容性，像例2和例3中采用的可見光交聯(lián)方式?jīng)]有任何與紫外光交聯(lián)水凝膠體系相關(guān)的有害副作用。

1.2 互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)

互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)(IPN)是交聯(lián)聚合物的“合金”，其中至少一種聚合物是在另一種聚合物的直接存在下合成和/或交聯(lián)的，它們之間沒有任何共價(jià)鍵，除非化學(xué)鍵被打破，否則不能分離[20]?；ゴ┚酆衔锞W(wǎng)絡(luò)中的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)剛且脆，另一個(gè)軟且韌，在受力時(shí)，剛且脆的網(wǎng)絡(luò)主要承受力，軟且韌的網(wǎng)絡(luò)主要阻止凝膠斷裂?？ɡz互穿網(wǎng)絡(luò)可以模仿椎間盤髓核區(qū)的自然力學(xué)機(jī)制，Chan等[21]以κ-卡拉膠和聚己內(nèi)酯為原料構(gòu)建了互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠用于椎間盤再生，得到的凝膠具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，而粘彈性不受影響，該凝膠能夠促進(jìn)3T3成纖維細(xì)胞的粘附、增殖和遷移。同樣，Lohani等[22]以κ-卡拉膠和羧甲基纖維素為原料制備了互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)凝膠，將其應(yīng)用于載藥控釋，凝膠在酸性介質(zhì)中可減少藥物釋放，在堿性介質(zhì)中可調(diào)節(jié)藥物釋放，有助于減少模型藥物布洛芬的胃毒副作用。

研究者們也構(gòu)建了自愈合的互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)，能夠自主恢復(fù)受損部位，Chen等[23]以魔芋葡甘聚糖(KGM)和硼砂化學(xué)交聯(lián)的水凝膠為第一網(wǎng)絡(luò)，k-卡拉膠與氯化鉀交聯(lián)的水凝膠為第二網(wǎng)絡(luò)，k-卡拉膠鏈上的-OSO3基團(tuán)也會(huì)與KGM鏈上的羥基相互作用，形成氫鍵，將兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合成一個(gè)整體。水凝膠的拉伸強(qiáng)度可以達(dá)到100.2 kPa，第二物理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)具有溫度敏感性和可恢復(fù)性，因此該水凝膠具有優(yōu)異的自愈合性能，在60 ℃熱處理30 min后，機(jī)械強(qiáng)度可恢復(fù)96.7%。Deng等[24]通過雙物理交聯(lián)開發(fā)了一種新的κ-卡拉膠/聚丙烯酰胺(KC/PAM) DN水凝膠，以具有延展性的疏水締合PAM為第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，而剛性鉀離子(K+)交聯(lián)的κ-卡拉膠為第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)，具有良好的斷裂拉伸應(yīng)力((1 320±46)kPa)和韌性(斷裂能量:(6 900±280)kJ/m3)，此外，由于其獨(dú)特的雙物理交聯(lián)結(jié)構(gòu)，KC/PAM水凝膠還表現(xiàn)出快速的自我恢復(fù)、自愈合能力以及對(duì)干細(xì)胞的良好細(xì)胞相容性。

1.3 水凝膠支架

凝膠支架具有優(yōu)良的表面附著力，促進(jìn)細(xì)胞黏附、增殖以及分化；還具有高度多孔結(jié)構(gòu)，能夠提供充足的空間供細(xì)胞黏附、刺激新的組織生長(zhǎng)[25]。研究者們通過各種物理和化學(xué)方法開發(fā)能夠模擬體內(nèi)天然細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)的卡拉膠凝膠支架。Jhamak等[26]將不同濃度的κ-卡拉膠與絲素蛋白(SF)混合制成復(fù)合凝膠，然后通過冷凍干燥制備支架，以模擬骨細(xì)胞外基質(zhì)成分，該支架具有相互連接的高度多孔結(jié)構(gòu)，在模擬體液(SBF)中浸泡7天后，卡拉膠結(jié)構(gòu)中的硫酸根吸附了SBF中的Ca2+離子，使表面成功沉積磷灰石層；此外，支架還可以促進(jìn)人成骨肉瘤MG63細(xì)胞的增殖和提高堿性磷酸酶ALP活性，在模擬骨細(xì)胞外基質(zhì)成分上很有潛力。Nayak等[27]利用冷凍凝膠技術(shù)將不同比例的聚乙烯醇(PVA)和t-卡拉膠混合制備得到了三維、互聯(lián)、高多孔、可生物降解支架，凝膠支架與血紅蛋白高度相容；且7∶3和8∶2聚乙烯醇-卡拉膠比例的支架材料具有良好的組織工程應(yīng)用和細(xì)胞長(zhǎng)期冷凍保存特性。Pourjavadi等[28]在k-卡拉膠水凝膠中引入了金納米粒子制備導(dǎo)電支架，該支架對(duì)細(xì)胞的生長(zhǎng)和增殖有促進(jìn)作用。

1.4 納米凝膠

“納米凝膠”是指由物理或化學(xué)交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)形成的尺寸范圍為1～1 000 nm的納米水凝膠[29-30]?？ɡz納米凝膠網(wǎng)絡(luò)能夠包封藥物、蛋白質(zhì)、DNA等，為多價(jià)生物結(jié)合提供了一個(gè)大的表面積[31]。Rahmani[32]以N, N'-亞甲基雙丙烯酰胺(MBA)為交聯(lián)劑，以殼聚糖(CS)和κ-卡拉膠骨架接枝丙烯酸甲酯/丙烯酸鈉單體，合成了以瑞伐斯汀為模型藥物的新型pH敏感納米凝膠，該納米凝膠不僅生物相容性好，而且溶脹能力好，藥物包封率高，能夠保證包封藥物的可控釋放。 Ghasem等[33]開發(fā)了生物相容性納米凝膠/水凝膠納米復(fù)合材料，將pH、熱響應(yīng)和磁響應(yīng)特性引入納米復(fù)合材料中用作左旋多巴(L-DOPA)的緩釋藥物載體，作為治療帕金森病癥狀的主要藥物。作者考察了不同pH條件下左旋多巴的體外釋放，這種軟性納米復(fù)合材料的pH依賴性釋放活性藥物的時(shí)間可以維持11天以上。該緩釋模型可推廣應(yīng)用于其他藥物。

1.5 3D生物打印的生物墨水

3D生物打印是一種多功能的逐層制造技術(shù)，通過預(yù)先定義的數(shù)字模型直接引導(dǎo)逐步添加材料(生物墨水)來制造3D對(duì)象，它可以用活細(xì)胞來制造復(fù)雜的組織結(jié)構(gòu)[34]?？ɡz具有生物相容性、生物降解性、剪切稀釋性和離子凝膠化等特性，但凝膠化特性難以控制，不適合在3D生物打印中應(yīng)用。研究者們通過在卡拉膠結(jié)構(gòu)里引入甲基丙烯酸酯、陽(yáng)離子聚合物(如明膠)以及其他物質(zhì)使其適用于3D生物打印。Li[35]利用兩種帶相反電荷的水凝膠(即明膠和κ-卡拉膠)之間的靜電相互作用，研究了一種3D打印生物墨水，水凝膠結(jié)構(gòu)在37 ℃具有良好的生物相容性和結(jié)構(gòu)完整性。Lim等[36]首先合成甲基丙烯酸k-卡拉膠，通過離子交聯(lián)和紫外(UV)交聯(lián)形成水凝膠，并將NIH-3T3(小鼠胚胎)細(xì)胞包埋其中，該水凝膠滿足生物墨水的要求，負(fù)載細(xì)胞的水凝膠顯示細(xì)胞相容性并且能夠保留細(xì)胞形態(tài)。Jiang等[37]利用混合水凝膠墨水(聚乙烯醇(PVA)和κ-卡拉膠)3D打印的水凝膠結(jié)構(gòu)具有優(yōu)異的流變性，水凝膠具有良好的細(xì)胞相容性，最重要的是，細(xì)胞不僅能很好地粘附在水凝膠表面，而且能延伸到網(wǎng)格空間?？ɡz水凝膠為組織工程、藥物傳遞、骨再生等領(lǐng)域提供了許多發(fā)展機(jī)遇。

2 卡拉膠在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用

2.1 傷口敷料

理想的傷口敷料是無(wú)毒、抗菌、保持皮膚表面濕潤(rùn)、對(duì)傷口毒素吸收有良好的效果并且可以加速傷口愈合，并且在去除時(shí)不會(huì)對(duì)愈合的皮膚造成任何創(chuàng)傷。卡拉膠除了生物降解性、生物相容性和顯著的溶脹性，還表現(xiàn)出高延展性，能夠更好的與皮膚接觸，是理想的傷口敷料[38-39]。

Jaiswal 等[40]以木質(zhì)素為原料，合成了銀納米粒子(AgNPs)，將這些AgNPs摻入κ-卡拉膠水凝膠中來制備抑菌敷料。此外，Jaiswal 等[41]還將硫納米粒子和葡萄柚籽提取物添加到卡拉膠水凝膠膜中。這兩種水凝膠均具有高的溶脹率、良好的氣體阻隔性，而且對(duì)表皮葡萄球菌和大腸桿菌具有很強(qiáng)的抗菌活性，能在2周內(nèi)明顯愈合大鼠創(chuàng)面，創(chuàng)面面積縮小到3%以下。Karuppusamy等[42]以蝦青素、α-生育酚和k-卡拉膠為原料制備了納米復(fù)合水凝膠，制備的納米復(fù)合水凝膠通過皮膚給藥能顯著恢復(fù)小鼠體重，降低空腹血糖水平，提高糖耐量，從而提高糖尿病小鼠傷口的快速愈合能力；如圖2，可以清楚地觀察到納米復(fù)合水凝膠具有明顯的促進(jìn)傷口愈合作用。

隨著創(chuàng)面敷料研究的深入，卡拉膠水凝膠創(chuàng)面敷料趨于智能化，Karine[43]以卡拉膠、刺槐豆膠和蔓越莓提取物為原料，研制了一種用于傷口細(xì)菌感染監(jiān)測(cè)的智能創(chuàng)面敷料，如圖2，水凝膠膜在pH值為5.0、7.3和9.0的PBS溶液中浸泡后，呈現(xiàn)出明顯的顏色變化，還可以抑制革蘭氏陽(yáng)性和革蘭氏陰性細(xì)菌在水凝膠膜表面的粘附。該納米凝膠可用于細(xì)菌性傷口感染的早期檢測(cè)。

2.2 藥物遞送

藥物遞送在持續(xù)向傷口提供藥物或關(guān)鍵成分(包括抗菌素)方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。藥物遞送體系能以更好的方式將治療藥物傳遞到器官和組織的靶部位[44-45]?？ɡz良好的生物相容性、可調(diào)的粘彈性、簡(jiǎn)單的凝膠機(jī)理和熱可逆凝膠化，具有良好的釋藥能力。因此，基于卡拉膠的水凝膠是很有前途的藥物傳遞體系材料[13,46]。

圖2 (a)水凝膠在pH 5.0、7.3、9.0的PBS中浸泡30 min后顏色變化圖；(b)水凝膠膜在37 ℃與未接種和接種的瓊脂表面接觸37 ℃、60 min孵育[43]Fig 2 (a) The color changes of hydrogels after soaking for 30 minutes in pH 5, 7.3 and 9 PBS; (b)the hydrogel membrane was incubated for 37 degrees 60 min with uninoculated and agar agar surfaces[43]

刺激響應(yīng)性水凝膠是一種很有吸引力的藥物傳遞應(yīng)用的候選材料。Swain等[47]以卡拉膠和瓜爾膠為原料構(gòu)建了互穿聚合物網(wǎng)絡(luò)，以甲硝唑?yàn)槟Ｐ退幬?，在pH為7、12內(nèi)釋藥率為72%，隨著pH的增加其釋放量減小。Fahmy等[48]以k-卡拉膠與海藻酸鈉(SA)混合并與鉀離子交聯(lián)，以氯霉素為模型藥物，在pH值為4.1時(shí)，在體外釋放約3h后達(dá)到穩(wěn)定值。Rasool等[49]開發(fā)的基于卡拉膠、海藻酸鈉、不同分子量的聚乙二醇與(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷交聯(lián)的水凝膠能夠控制利多卡因的釋放而且具有良好的細(xì)胞相容性，可作為一種成功的控釋給藥系統(tǒng)。NGUYEN等[50]將魚鱗膠原蛋白和k-卡拉膠的pH敏感水凝膠珠作為一種新的別嘌呤醇載藥系統(tǒng)，以提高別嘌呤醇的生物利用度，用于治療痛風(fēng)和人體高尿酸水平；實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了卡拉膠/膠原蛋白/別嘌呤醇水凝膠在不同模擬體液中的溶解比純別嘌呤醇增加1.6 ～ 6.7倍。

綜上所述，卡拉膠水凝膠在釋放藥物時(shí)受pH影響較大，物理交聯(lián)型的水凝膠在不同pH環(huán)境下會(huì)發(fā)生脫水收縮或者吸水膨脹，從而控制藥物釋放；化學(xué)交聯(lián)型水凝膠，通過分子鏈上的酸敏感化學(xué)鍵合，在酸性條件下化學(xué)鍵斷裂，破壞化學(xué)交聯(lián)的結(jié)構(gòu)，從而釋放藥物。

2.3 組織工程

三維細(xì)胞培養(yǎng)對(duì)組織修復(fù)、替換或再生起著重要的作用[51-52]。細(xì)胞外基質(zhì)(ECM)是產(chǎn)生不同類型細(xì)胞的重要成分，是特殊組織的基礎(chǔ)[53]。生物材料要應(yīng)用于3D細(xì)胞培養(yǎng)，必須模仿細(xì)胞外基質(zhì)的特性，卡拉膠是一種與天然糖胺聚糖結(jié)構(gòu)相似的天然多糖，是組織細(xì)胞外基質(zhì)的重要成分之一。

Sathain等[54]制備了多孔生物活性海藻酸鈉/卡拉膠/硅酸鈣骨組織工程支架。37 ℃模擬體液浸泡后，可以觀察到支架表面羥基磷灰石晶體的形成，而且以雙氯芬酸為模型藥物的支架體外釋藥行為適合于術(shù)后急性炎癥的治療，該支架是骨替代的候選材料。Zhang等[55]以聚乙烯醇(PVA)和卡拉膠為原料，制備了具有軸向孔結(jié)構(gòu)的水凝膠仿生支架，它比傳統(tǒng)方法制備的無(wú)定向支架具有具有軸向排列的孔隙結(jié)構(gòu)，這種定向支架的微環(huán)境可以模擬天然軟骨細(xì)胞外基質(zhì)的生化和物理信號(hào)，指導(dǎo)胚胎瘤細(xì)胞(ATCD5)在體外的空間組織增殖分化，顯示其在軟骨修復(fù)策略中的潛力。Tytgat等[56]結(jié)合3D打印技術(shù)開發(fā)了由甲基丙烯酰胺改性明膠和甲基丙烯酸κ-卡拉膠組成的支架，將脂肪組織源性干細(xì)胞接種到支架上，14天后細(xì)胞存活率高達(dá)90%，脂肪組織源性干細(xì)胞能夠在水凝膠共混支架上分化成脂肪細(xì)胞系。角膜組織工程需要高的機(jī)械強(qiáng)度和水化強(qiáng)度，Rinawati等[57]研制了以卡拉膠為基質(zhì)的復(fù)合膠原-卡拉膠水凝膠，其平衡含水率為87.07%，粘度為10.7346 Pa·s，使其更接近角膜組織特征。

2.4 生物智能傳感

生物傳感通常是在生物傳感器(分析設(shè)備)的幫助下檢測(cè)生物分子。這些生物傳感器將汗液、唾液或其他重要體液等生物成分與一個(gè)物理化學(xué)探測(cè)器結(jié)合起來[58-59]。由于傳感器具有便攜性、診斷時(shí)間極短、樣品制備需求減少，受到了越來越多的關(guān)注。近年來，卡拉膠水凝膠作為智能可穿戴傳感設(shè)備在健康監(jiān)測(cè)方面取得了突破性進(jìn)展[60]。

FAN等[61]將卡拉膠引入聚丙烯酰胺中，制備了雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠(PAAm)，第一個(gè)網(wǎng)絡(luò)是疏水連接的PAAm，第二個(gè)網(wǎng)絡(luò)是離子交聯(lián)的卡拉膠，這兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)是物理交聯(lián)的；該水凝膠具有近800 kPa的拉伸強(qiáng)度和近4000 kJ/m3的韌性，具有良好的自恢復(fù)能力和導(dǎo)電性，此外，堅(jiān)固的雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠也顯示出優(yōu)異的自愈合能力，水凝膠應(yīng)變傳感器具有良好的柔韌性、快速響應(yīng)性和穩(wěn)定性，如圖3，水凝膠應(yīng)變傳感器不僅可以檢測(cè)人體的大范圍運(yùn)動(dòng)，而且可以檢測(cè)微小的生理信號(hào)。Yang等[62]報(bào)道了在一個(gè)創(chuàng)新的含K+的聚離子液體(PIL)和κ-卡拉膠之間通過多重交聯(lián)制備多功能水凝膠。所得水凝膠具有優(yōu)異的機(jī)械性能、物理化學(xué)性質(zhì)及粘附能力,其在可穿戴式應(yīng)變傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)人體健康方面顯示出巨大的應(yīng)用潛力。

圖3 PAAm/CAR10水凝膠應(yīng)變傳感器檢測(cè)各種人體運(yùn)動(dòng):(a)對(duì)不同語(yǔ)音信號(hào)的抵抗變化:“哈哈哈”和“你好”;(b)手指在不同角度(0°、30°、60°、90°彎曲時(shí)相對(duì)阻力的變化;(c)阻力隨手腕反復(fù)彎曲而變化;(d)手腕在不同速度下反復(fù)彎曲時(shí)阻力變化;相對(duì)阻力隨人體關(guān)節(jié)運(yùn)動(dòng)的變化:(e)肘和(f)膝[61]Fig 3 PAAm/CAR10 hydrogel strain sensor detects various human movements [61]

3 結(jié) 語(yǔ)

卡拉膠因其優(yōu)異的生物相容性、生物降解性、抗氧化、抗病毒和抗腫瘤等特性而成為一種具有廣泛功能的有前途的生物聚合物。在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中，卡拉膠能夠在交聯(lián)劑的幫助下與其他聚合物形成相互連接的網(wǎng)絡(luò)。這種三維網(wǎng)絡(luò)為復(fù)合材料提供了力學(xué)穩(wěn)定性，同時(shí)保持了足夠的孔隙度，而孔隙度對(duì)基本營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)、細(xì)胞的增殖等都至關(guān)重要。在這篇綜述中，著重介紹了近年來卡拉膠基水凝膠在傷口敷料、藥物輸送、組織工程和生物傳感方面的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用。

盡管卡拉膠復(fù)合材料的研究正在向多個(gè)領(lǐng)域發(fā)展，但仍有一些不足需要考慮和解決以滿足實(shí)用標(biāo)準(zhǔn)：(1)目前關(guān)于卡拉膠基生物材料在組織工程、藥物遞送方面的研究多集中在體外方面，體內(nèi)和體外-體內(nèi)相關(guān)性研究較少，卡拉膠生物材料的長(zhǎng)期毒性、生物相容性、免疫原性等應(yīng)在臨床轉(zhuǎn)化前在動(dòng)物模型(如小鼠、大鼠)中得到證實(shí)；(2)卡拉膠的膠凝特性和粘度特性促進(jìn)其在藥物遞送方面的應(yīng)用，但口服卡拉膠仍面臨免疫反應(yīng)、有害胃腸道反應(yīng)及其他潛在副作用，需要更多的研究來闡明卡拉膠在作為藥物遞送系統(tǒng)時(shí)的消化情況；(3)為保證卡拉膠基生物材料的生物安全性，材料的制備方法很重要，在滿足降解性能、生物活性、機(jī)械性能等的同時(shí)應(yīng)探究新的交聯(lián)方式以模擬自然組織的環(huán)境；(4)開發(fā)對(duì)pH、溫度等敏感的功能化卡拉膠材料具有較好的應(yīng)用前景。