智能水凝胶的研究及应用

智能水凝胶的研究及应用智能水凝胶的研究及应用智能水凝胶的研究及应用毕曼郝红„ 西北大学化工学院，西安710069 智能水凝胶是能对外界环境(如温度，PH值，电，光，磁场，特定生物分子等)微小的变化或刺激有显著应答的三维网络结构的亲水性聚合物。可应用于药物传输控制系统，组织工程支架材料，氧气载体，生物传感器，显微透镜等生物医学领域。 1智能水凝胶的分类一些物理和化学刺激可以导致智能水凝胶体系不同的响应。物理刺激包括温度，电场，光，磁场等;化学刺激包括pH，生物分子等。温敏型水凝胶具有临界相转变温度(LCST)， ...

智能水凝胶的研究及应用智能水凝胶的研究及应用毕曼郝红„ 西北大学化工学院，西安710069 智能水凝胶是能对外界环境(如温度，PH值，电，光，磁场，特定生物分子等)微小的变化或刺激有显著应答的三维网络结构的亲水性聚合物。可应用于药物传输控制系统，组织工程支架材料，氧气载体，生物传感器，显微透镜等生物医学领域。 1智能水凝胶的分类一些物理和化学刺激可以导致智能水凝胶体系不同的响应。物理刺激包括温度，电场，光，磁场等;化学刺激包括pH，生物分子等。温敏型水凝胶具有临界相转变温度(LCST)，能感应温度的变化而改变自身的相状态或体积的溶胀和收缩。这类聚合物的共同特点是存在疏水集团，如甲基，乙基和丙基等。为方便应用，温敏水凝胶还可分为消极热敏型，积极热敏型和热可逆水凝胶。一些温敏水凝胶的LCST接近于人体温度，利用这一特点可使这类水凝胶用于药物传输体系和生物组织材料。pH敏感型水凝胶是指其溶胀或消以是随pH的变化而发生变化。所有pH敏感型聚合物都含有酸性侧链或碱性集团，溶胀受或释放质子来响应环境pH改变。因此这类拥有大量的离子化集团的聚合物又它们接电解质。聚阳离子型是消极型水凝胶，聚阴离子型是积极型水凝胶。利用对pH被称为聚响应的特点，这类水凝胶更多用于药物的靶向性释放。电敏感型水凝胶响应电流往往是由构成的。在电场中，聚电解质凝胶不连续的体积相转变是由聚合物网络外露的带聚电解质压力而引起的。这里存在一个临界压力，低于临界压力凝胶膨胀，高于临界压力凝电部位的这类水凝胶可用于传感器?和人造肌肉材料口】。光敏感型水凝胶是指在光刺激下胶收缩。胀变化是由于光刺激使聚合物分子链的构型发生变化(即其光敏性部分经光照射的体积溶构体。此类水凝胶也可通过引入发色基团得到。光敏水凝胶还可以分为uV敏感转变成异敏感水凝胶。可用于药物的控制释放。磁性响应型水凝胶的溶胀行为能对外加磁和可见光应。另外，磁敏感水凝胶的优势是磁场刺激是一种非接触力，所以更易设计成生场做出响置131。这类凝胶由于在外加磁场作用下有简单、快速易行的磁分离特性，在细物医学装定化酶，靶向药物等领域的应用研究中也日益活跃。生物分子响应型水凝胶是胞分离，固的生物分子产生响应，如葡萄糖，酶和DNA分子等。葡萄糖敏感水凝胶”1能指能对特定岛素释放系统。酶和DNA敏感水凝胶”1可以设计成分子识别系统，在人体内自动调控胰别特定的酶和DNA分子。专一性的识 t作者简弁，毕曼(1983-)(女(硕士生(主要从事匿I}I高分子研究。Email:bmsj$51@slna(com 联系人;郝红Email:—haohont@n(edu,cn—wu [144】中国化学会第13届反应性高分子学术研讨会 II 2智能水凝胶在生物医学领域的应用近年来，智能水凝胶在生物医学领域的应用越来越受到重视。可用作口服药物传输控制载体，目的是为了在适当的时间或靶部位上提供预定的药物剂量持续几小时甚至几年。因为智能水凝胶具有传递药物分子的孔通道，良好的生物相窑性，低毒性，可生物降解性，特别适合控制释放不溶于水的药物和易被胃肠内酶分解的肽类，尤其是对生理环境敏感的特性，使其对药物控制释放更具精确的靶向性。也可作为注射药物载体。因为在水溶液中，通过加热和冷却这些聚合物经历了由温度引发的可逆溶液一凝胶的转变，所以可注射水凝胶用于药物载体”l、移植管„”和其它医学装置，避免了手术治疗。智能水凝胶在组织工程领 ”o和氧气载体 1两类。组织工程支架材料需要具有生物相容域，主要用于组织工程支架性，生物降解性，高含水量和细胞膜粘附性等性质。由于水凝胶类似于生物组织环境，可以帮助促进细胞增殖和细胞活动，而且高度平衡溶胀性允许营养物质渗透到凝胶中，也可将细胞的排泄物从凝胶中排出。为了针对捐赠血液的缺乏，输血中存在传染疾病的传播和免抑制疫力影响的风险等问题。智能水凝胶氧气载体作为富氧血色素新型的运载系统替代人造血液直接治疗由于身体温度降低或生理pH改变而引起的组织缺氧，这是组织工程上的新进展。智能水凝胶还可用作生物传感器“ ，根据水凝胶的环境敏感性，可将它与生物传用感器物理元件相连，然后将生物分子固定在水凝胶表面或内部，便可得到生物传感器，于诊断疾病或做日常监测。透镜方面，除了用作角膜接触镜外，利用水凝胶的生物敏感性，设计出一种显微透镜。这种显微透镜的光学性质可以被不同的刺激调节，如温度，PH 和光子流量。另外，对蛋白质敏感的特性可以调节凝胶显微透镜的膨胀性用以检测特定蛋 ?白质的存在„”l。 3问题与展望回顾水凝胶的发展过程，大部分研究还只是集中在几种经典的智能水凝胶上，如温敏性水凝胶聚N一异丙基丙烯酰胺类的研究主要是它的衍生物或对其改性。然而对于生物相容性好又可降解的天然高分子，研究的甚少。与合成高分子相比，天然高分子水凝胶具有低毒性，更好的生物相容性，来源丰富，对环境敏感以及低廉的价格等优点。但是，天然高分子材料较差的机械性能，不稳定性，易降解等问题还有待进一步改善。如何能将低毒性，良好的生物相容性和生物降解性，优良的机械性能和环境敏感性完美结合起来，制各出新 ?型的、绿色的智能水凝胶是我们研究的方向。参考文献(略) 【145】

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