水凝膠的制備方法及在醫藥領域的應用

張雪琴

【摘? 要】隨著社會科技的發展，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藥領域的應用，并對其未來的發展進行了展望。

【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）是以水為分散介質的凝膠。具有網狀交聯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，將水分子連接在網狀內部，而疏水殘基遇水膨脹的交聯聚合物。是一種高分子網絡體系，性質柔軟，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或物理方法交聯，都可以形成水凝膠。水凝膠的表面蛋白質及細胞粘附很小，含有大量的水，而且大多數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、藥物緩釋系統等各個生物醫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

化學交聯是指在媒介（如光、熱、高能輻射、機械力、超聲波等）和交聯劑等作用下，將高聚物鏈通過化學鍵結合起來形成網狀結構的過程。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。化學交聯法是制備水凝膠最為常用的方法，生成的水凝膠性質受交聯單體、交聯劑及反應條件影響。

1.2物理交聯

物理交聯是利用離子間相互作用、晶體交聯作用、氫鍵交聯作用和疏水締合作用等方式形成水凝膠。與化學交聯法相比，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劑，因此生產出來的水凝膠具有低毒（甚至無毒）、易生物降解的優點，可廣泛應用于醫學領域[2]。在這樣優越的條件下，近年來利用物理交聯法展開了許多研究，比如韋威朋[3]合成了短肽自組裝的原位可注射性水凝膠，發現了物理交聯法許多的優越性及可能性。

2水凝膠在醫藥領域的應用

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，而被廣泛用于醫藥領域。

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、特異性更好的產品。苗向陽[4]等利用水凝膠與酶的優良特性，開發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，可應用于現場診斷，可幫助按需制造診斷系統，對生產更優良的生物傳感器具有重要意義。

2.2創傷敷料方面

創傷敷料是一種覆蓋在皮膚創傷上的材料，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，是一種新型現代多功能敷料。一般創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良的性質，如可保持創面濕潤、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。陳會男用乳化交聯法制備的載鹽酸四環素明膠微球（TH/GMs）封裝至OAlg/CMCS水凝膠里，制備了一種復合水凝膠敷料，發現其在創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]等研究發現在海藻酸鈉（SA）和聚丙烯酰胺（PAM）水凝膠的基礎上復合人發角蛋白（KTN），制得KTN/SA/PAM水凝膠皮膚敷料具有更好的創口修復效果。

2.3組織工程方面

水凝膠還可作為組織工程支架，作為生物活性物質的載體或組織細胞發育的臨床材料，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物質、促進代謝產物排除、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藥物緩釋系統方面

水凝膠是藥物緩釋系統最主要的載體之一。水凝膠良好的生物降解性、生物相容性，可使傳統藥物隨著超分子凝膠的降解在作用部位較長時間持續釋放，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、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，乙酸酐為酰化劑，通過N-乙酰化反應，制得了新型溫敏性高分子乙酰化乙二醇殼聚糖，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，發現了水凝膠在藥物緩釋作用上的優良性。

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，不止醫藥領域還包括工農等領域。水凝膠所具有的優異性能已經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，在生物醫學領域，盡管水凝膠涉及的范圍越來越廣，但目前大多數仍處于研究階，成為產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。

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.物理交聯雙網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外抗腫瘤作用研究[D].遵義醫科大學，2020.

[4陳會男.抗菌醫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].高等學校化學學報，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].當代醫藥論叢，2020，18（04）：18-20.