水凝膠的應用和研究進展

1、水凝膠的應用和研究進展水凝膠的應用和研究進展 水凝膠水凝膠 水凝膠是一類具有親水基團，能被水溶脹但不溶于水的具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物。它在水中能夠吸收大量的水分顯著溶脹，并在顯著溶脹之后能夠繼續(xù)保持其原有結(jié)構(gòu)而不被溶解。 智能水凝膠能夠感知外界刺激的微小變化，如溫度、pH值、離子強度、電場、磁場等，并能夠?qū)Υ碳ぐl(fā)生敏感性的響應，常通過體積的溶脹或收縮來實現(xiàn)。 水凝膠的特點水凝膠的特點水溶脹性，交聯(lián)聚合物親水性，吸水可達自身重量的數(shù)千倍三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在水中不溶解能夠感知外界微小刺激（智能性水凝膠）水凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)示意圖和掃描電鏡圖片水凝膠的三維網(wǎng)絡(luò)示意圖和掃描電鏡圖片水凝膠的分類水凝膠的分類1.

2、按照鍵合方式 物理凝膠和化學凝膠2.按照水凝膠的形狀和大小 宏觀凝膠（柱狀、多孔海綿狀、纖維狀、膜狀、球狀等） 微觀凝膠（微球）3.根據(jù)合成材料的不同 合成高分子水凝膠和天然高分子水凝膠 從聚合物出發(fā)制備水凝膠有物理交聯(lián)和化學交聯(lián)兩種。物理交聯(lián)通過物理作用力如靜電作用、離子相互作用、氫鍵、鏈的纏繞等形成。化學交聯(lián)是在聚合物水溶液中添加交聯(lián)劑,使聚合物交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)聚合物水凝膠。 從聚合物出發(fā)合成水凝膠的最好方法是輻射交聯(lián)法,所謂輻射交聯(lián)是指輻照聚合物使主鏈線性分子之間通過化學鍵相連接。許多水溶性聚合物可通過輻射法制備水凝膠,如PVA、polyNI2PAAm、聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)、聚丙烯酰胺(

3、PAAm)、聚氧乙烯(PEO)等。聚合物交聯(lián)聚合物交聯(lián)水凝膠的溶脹性水凝膠的溶脹性 吸水溶脹是水凝膠的一個重要特征。在溶脹過程中,一方面水溶劑力圖滲入高聚物內(nèi)使其體積膨脹,另一方面由于交聯(lián)聚合物體積膨脹,導致網(wǎng)絡(luò)分子鏈向三維空間伸展,分子網(wǎng)絡(luò)受到應力產(chǎn)生彈性收縮能而使分子網(wǎng)絡(luò)收縮。當這兩種相反的傾向相互抗衡時,達到了溶脹平衡。%100ddsWWWSR水凝膠的力學性能水凝膠的力學性能水凝膠不僅要求具有良好的溶脹性能,而且應具有理想的力學強度,以滿足實際的需要。水凝膠力學性能參數(shù)：拉伸強度（膜狀水凝膠），壓縮強度（柱狀水凝膠） 在同一水凝膠中，往往水凝膠的溶脹度和力學性能恰恰相反。水凝膠的交聯(lián)度越

4、高，結(jié)構(gòu)越規(guī)準，因而力學性能往往更好，而交聯(lián)度高則部利于水凝膠的溶脹。 實際應用中，既要追求水凝膠的溶脹性能，又要保證應用需要一定的機械強度，要根據(jù)不同需要設(shè)定不同標準。水凝膠的應用水凝膠的應用在醫(yī)藥傷口敷料中的應用 水凝膠在醫(yī)學領(lǐng)域中的首要應用即為傷口敷料，水凝膠材料直接用于與人體組織接觸，可防止體外微生物的感染，有效的防止體液的損失，并且能夠傳輸氧分到傷口，一般說來能促進傷口的愈合。醫(yī)用傷口敷料的合成中，通常采用抗菌性天然高分子作為單體，通過交聯(lián)劑合成抗菌性水凝膠，并將消炎藥物等包埋在水凝膠中，透過凝膠緩慢地釋到受傷部位，加速傷口的愈合。醫(yī)用水凝膠敷料可用于皮膚創(chuàng)傷、皮膚潰瘍、燒傷，燙傷等

5、 不斷降溫，立即止痛吸附滲液，阻隔細菌濕性環(huán)境，促進生長生物相容，換藥不粘不易成痂，減少疤痕 醫(yī)用創(chuàng)傷敷料的優(yōu)點：藥物釋放載體 由于水凝膠對低分子溶質(zhì)具有較好的透過性，有良好的生物相容性和較好的重現(xiàn)性，可以作為將較低的藥物長時間維持在患者體內(nèi)的藥物傳輸系統(tǒng)，當水凝膠被移植或注射到生物體后，水凝膠能夠維持或向體液控制釋放包埋在水凝膠中的藥物，從而發(fā)揮療效。退熱貼退熱貼適用于各種原因引起的發(fā)熱發(fā)熱輔助治療及物理降溫，緩發(fā)發(fā)熱引起的頭痛、頭暈等不適癥狀，使人體產(chǎn)生舒適感。對于兒童和成人發(fā)熱，可用于緊急退熱，避免發(fā)熱過度傷及腦部。水土保濕劑水土保濕劑 一種人工合成的具有超強吸水的保濕性能的高分子聚合物

6、，主要成分為聚丙烯酸鹽和聚丙烯酰胺共聚體。能吸收比自身重量高數(shù)千倍的脫離子水，數(shù)十到數(shù)百倍的含鹽水分，并且能緩慢的釋放出來。可以反復使用，具有優(yōu)良的保水抗旱性能。控制土壤水分蒸發(fā)，促進植物根系生長發(fā)育，同時改善土壤結(jié)構(gòu)，增加土壤活性。歐、美、日本、以色列等國家，早已開始大面積應用，解決農(nóng)業(yè)缺水問題，確定了其抗旱保水良好效果，顯示出在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的巨大作用?；瘖y品化妝品水凝膠面膜也叫凝水膜。顧名思義，其具有強大的凝集水分的功能，它以水為分散介質(zhì)，當把凝膠貼到皮膚上時，受到體溫的影響，凝膠內(nèi)部的物理結(jié)構(gòu)從固態(tài)變成液態(tài)，并滲透到皮膚里。因此，在以水凝膠為基地材質(zhì)的面膜內(nèi)注入膠原蛋白、透明質(zhì)酸、熊果苷、

7、煙酰胺等有效成分，可制成多種功能的面膜。相較于傳統(tǒng)材質(zhì)面膜，水溶性水凝膠的果凍狀精華成分不易蒸發(fā)、干燥，其退熱舒緩的效果對急性皮膚損傷（如過敏、長痘、擦傷）有良好效果。水凝膠的研究進展水凝膠的研究進展 水凝膠所具有的優(yōu)異性能已經(jīng)并還在引起人們的廣泛興趣，使其研究與開發(fā)、生產(chǎn)與銷售得到長期發(fā)展。然而，隨著水凝膠應用領(lǐng)域的擴展而對其性能提出了更高要求，研制和開發(fā)性能更為優(yōu)良的高分子水凝膠材料已成為目前的研究熱點，其中環(huán)境敏感性高分子水凝膠材料、超強吸水高分子水凝膠材料的吸液速率、耐鹽性和凝膠強度的提高則得到人們的廣泛關(guān)注。pHpH敏感性水凝膠敏感性水凝膠 這類水凝膠的溶脹或去溶脹是隨pH值的變化而

8、發(fā)生變化的。一般來說，具有pH響應性的水凝膠都是通過交聯(lián)而形成大分子網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)中含有酸性或堿性基團，隨著介質(zhì)pH值、離子強度改變，這些基團發(fā)生電離導致網(wǎng)絡(luò)內(nèi)大分子鏈段間氫鍵的解離，引起不連續(xù)的溶脹體積變化 。 pH敏感性高分子水凝膠材料在細胞分離、固定化酶、控制釋放藥物及靶向藥物等領(lǐng)域的應用研究日益活躍，并顯示出較好的應用前景。 pH敏感性水凝膠可以被包封到膠囊或硅樹脂基質(zhì)中來調(diào)節(jié)藥物的釋放，在硅樹脂基質(zhì)體系中，模型藥物(包括水楊酰胺、煙酰胺、可樂定等)的釋放模式均與水凝膠的膨脹有關(guān)：在pH=12時，網(wǎng)絡(luò)的膨脹率低，藥物的釋放有限；當pH=6.8時，網(wǎng)絡(luò)離子化，膨脹率高，藥物釋放。 另外，pH

9、敏感性水凝膠還被用于制備生物傳感器和滲透開關(guān)。但是pH敏感性水凝膠所固有的局限性在于其不具有生物降解性，使用后需從體內(nèi)取出，在口服給藥中，其非生物降解性并不成問題，但在植入給藥系統(tǒng)或植入型生物傳感器中較為嚴重。因此，需要開發(fā)可生物降解性的pH敏感性聚合肽類、蛋白質(zhì)和聚糖類水凝膠。 溫度敏感性水凝膠的響應性依賴于溫度的變化，能感應溫度的變化而改變自身的狀態(tài)或溶脹而收縮，在臨界相轉(zhuǎn)變溫度發(fā)生體積突。根據(jù)水凝膠溶脹比受溫度的影響情況，可將其分為高溫收縮型水凝膠和低溫收縮型水凝膠。高溫收縮型水凝膠在在LCST附近隨溫度升高而迅速下降，反之升高。而低溫收縮型水凝膠恰好相反。 溫敏性水凝膠溫敏性水凝膠 聚

10、N-異丙基丙烯酰胺(PNIPAAm)水凝膠具有溫敏性特征，在低溫下溶脹，在高溫下收縮，其特點是存在一個溫度轉(zhuǎn)變區(qū)域低臨界相變溫度或低臨界溶解溫度(LCST)，當水凝膠在低于這一溫度時凝膠溶脹，超過該溫度則體積迅速收縮。 在NIPAAm中加入其他單體,如甲基丙烯酸丁酯(BMA)形成共聚物，可以調(diào)整其最低臨界溶解溫度，進而改善材料的一些性能。通過調(diào)整甲基丙烯酸烷基酯的長度，可以調(diào)整表面的收縮。 許多研究表明，有些水凝膠的溶脹比隨溫度的升高而增加，反之則降低，表現(xiàn)為熱脹性。這種特性對于水凝膠的應用，尤其在藥物的控制釋放領(lǐng)域的應用有重要意義。 但是溫度敏感性水凝膠NIPAAm及其衍生物的臨床應用也有其

11、本身的局限性。如合成水凝膠的單體和交聯(lián)物不具有生物相容性，即可能具有毒性、致癌性、致畸性；而且NIPAAm及其衍生物不能生物降解。因此，在用于臨床前，還需要進行大量的毒理學實驗，并進一步開發(fā)新型生物相容性、生物可降解性水凝膠。光敏感性水凝膠光敏感性水凝膠 光敏感性水凝膠分為紫外光敏感性水凝膠和可見光敏感性水凝膠兩種，其中可見光廉價、安全、易于操縱。紫外光敏感性水凝膠可以通過含有二(4-二甲氨基)苯基甲烷氰化物的聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)制得。三苯基甲烷無色氰化物在紫外線的照射下電離，在恒定的溫度下，凝膠產(chǎn)生不連續(xù)性膨脹；撤去紫外光，凝膠收縮。含有光敏發(fā)色團PNIAAm水凝膠具有可見光敏感性。在光照下，發(fā)色團吸光而使局部溫度上升，從而引起熱敏性水凝膠PNIAAm體積收縮的相轉(zhuǎn)變，溫度的升高與光的強度和發(fā)色團的濃度有關(guān)。 電場敏感性水凝膠電場敏感性水凝膠 目前利用電場敏感性水凝膠控制藥物釋放的研究尚處于起步階段。電場敏感性水凝膠的優(yōu)點在于藥物釋放速度可以通過調(diào)整電場強度來控制，簡單方便；缺點在于