水凝胶的制备方法及在医药领域的应用

张雪琴

【摘  要】随着社会科技的发展，水凝胶的制备方法及应用不断丰富，而水凝胶是一种三维网络结构，具有良好的吸水性、生物相容性及对外界刺激等具有良好的响应性被广泛研究，具有广阔的应用和发展前景。本文主要介绍了近年来水凝胶的制备方法以及水凝胶在医药领域的应用，并对其未来的发展进行了展望。

【关键词】水凝胶;制备方法;应用

【中图分类号】TQ460.4     【文献标识码】A

引言：

水凝胶（Hydrogel）是以水为分散介质的凝胶。具有网状交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基團和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。

凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学方法交联或物理方法交联，都可以形成水凝胶。水凝胶的表面蛋白质及细胞粘附很小，含有大量的水，而且大多数制作水凝胶的材料无毒。因此三维结构的水凝胶具有良好的生物相容性、生物可降解性、可逆性、良好稳定的缓控释作用和毒性小等特点，基于这些良好的特性，水凝胶在生物传感、细菌感染、组织工程、药物缓释系统等各个生物医药领域中受到广泛的研究应用。

1水凝胶的制备方法

1.1化学交联

化学交联是指在媒介（如光、热、高能辐射、机械力、超声波等）和交联剂等作用下，将高聚物链通过化学键结合起来形成网状结构的过程。制备水凝胶的起始原料可以是单体、聚合物或单体和聚合物的混合物，因此目前有单体交联聚合（自由基聚合、微乳液聚合）、聚合物聚合和载体接枝共聚等方法[1]。采用这种方法形成的水凝胶是永久性的，又称真凝胶。化学交联法是制备水凝胶最为常用的方法，生成的水凝胶性质受交联单体、交联剂及反应条件影响。

1.2物理交联

物理交联是利用离子间相互作用、晶体交联作用、氢键交联作用和疏水缔合作用等方式形成水凝胶。与化学交联法相比，不同点在于该水凝胶是永久性的，可加热使其变成溶液，以及不需要使用交联剂，因此生产出来的水凝胶具有低毒（甚至无毒）、易生物降解的优点，可广泛应用于医学领域[2]。在这样优越的条件下，近年来利用物理交联法展开了许多研究，比如韦威朋[3]合成了短肽自组装的原位可注射性水凝胶，发现了物理交联法许多的优越性及可能性。

2水凝胶在医药领域的应用

水凝胶因其具有吸水性、保水性、生物可降解性、生物相容性、对外界刺激敏感性以及可控性、可逆性等性质，而被广泛用于医药领域。

2.1生物传感方面

生物传感器是表面固定了生物分子或细胞的电化学传感器，一般由两个基本元件组成，一个用于生物分子识别，另一个用于信号读出。聚合物基水凝胶材料可用于生物传感器的制备，可得到催化效率更高、特异性更好的产品。苗向阳[4]等利用水凝胶与酶的优良特性，开发合成了酶促水凝胶生物传感器，该传感器具有合成条件温和、操作简单、成胶时间快速可控的特点，可应用于现场诊断，可帮助按需制造诊断系统，对生产更优良的生物传感器具有重要意义。

2.2创伤敷料方面

创伤敷料是一种覆盖在皮肤创伤上的材料，用于促进伤口的愈合。而近年来水凝胶敷料成为一大研究热点，是一种新型现代多功能敷料。一般创伤敷料都具备避免外界的感染和加速伤口愈合的功能，而水凝胶敷料还有更多优良的性质，如可保持创面湿润、细胞相容性好，能吸收伤口渗出液，不与组织粘连从而避免更换敷料时带来的二次损伤。陈会男用乳化交联法制备的载盐酸四环素明胶微球（TH/GMs）封装至OAlg/CMCS水凝胶里，制备了一种复合水凝胶敷料，发现其在创伤治疗和抑制细菌感染上将有非常好的应用前景。袁小晶[5]等研究发现在海藻酸钠（SA）和聚丙烯酰胺（PAM）水凝胶的基础上复合人发角蛋白（KTN），制得KTN/SA/PAM水凝胶皮肤敷料具有更好的创口修复效果。

2.3组织工程方面

水凝胶还可作为组织工程支架，作为生物活性物质的载体或组织细胞发育的临床材料，并且水凝胶支架也已应用于移植细胞并使细胞分化增殖形成不同的组织。很多天然水凝胶和合成水凝胶都适用于组织工程，包括：纤维蛋自、壳聚糖、胶愿、海藻酸盐、聚乙烯醇类等。海藻酸钠基水凝胶作为支架材料能为细胞提供营养物质、促进代谢产物排除、引导其分化及增殖，还可作为控释生长因子及药物的载体，张炜[6]等指出海藻酸钠基水凝胶在骨组织、神经组织和心血管组织中有大量应用研究，相信支架构建的水平会更进一步。

2.4药物缓释系统方面

水凝胶是药物缓释系统最主要的载体之一。水凝胶良好的生物降解性、生物相容性，可使传统药物随着超分子凝胶的降解在作用部位较长时间持续释放，药物通过凝胶载体配合多种治疗手段可以明显减少用药次数、减轻毒副作用和提高药物生物利用度。李征征[7]等以乙二醇壳聚糖为原料，乙酸酐为酰化剂，通过N-乙酰化反应，制得了新型温敏性高分子乙酰化乙二醇壳聚糖，进一步得到的乙酰化乙二醇壳聚糖水凝胶对抗癌药物吉西他滨具有缓释作用。随着发展，两亲性嵌段共聚物水凝胶、自愈合水凝胶和波聚合水凝胶等多种水凝胶作为药物缓释载体进行了研究，发现了水凝胶在药物缓释作用上的优良性。

展望：

水凝胶的制备方法随着科技的进步不断丰富多样，通过研究改进水凝胶的不足之处，水凝胶的应用范围越来越广泛，不止医药领域还包括工农等领域。水凝胶所具有的优异性能已经引起人们的广泛关注，对其智能性、生物相容性、生物降解性、纳米复合性和超孔性等的探究也日渐成为热点，在生物医学领域，尽管水凝胶涉及的范围越来越广，但目前大多数仍处于研究阶，成为产品且被广泛运用的很少，因此，这就成为了我们的一大研究方向，相信未来会有更多的研究成果出现。

参考文献：

[1]顾雪梅，安燕，殷雅婷，等.水凝胶的制备及应用研究[J].广州化工，2012（10）：11-13，35.

[2]淦述春.物理交联双网络水凝胶的制备及性能研究[D].暨南大学，2020.

[3]韦威朋.自组装短肽-大黄素原位凝胶体内外抗肿瘤作用研究[D].遵义医科大学，2020.

[4陈会男.抗菌医用水凝胶敷料的制备及性能研究[D].南京理工大学，2017.

[5]张炜，宋颖，彭伟，张云泉.海藻酸钠基水凝胶在软硬组织工程中的应用进展[J].化学与生物工程，2020，37（12）：9-12.

[6]李征征，徐子扬，高留意，曾威，赵琳琳.温敏性乙二醇壳聚糖水凝胶的制备及药物缓释性能[J].高等学校化学学报，2016，37（12）：2299-2305.

[7]崔桓，冯松福，陆晓和.将水凝胶作为药物缓释载体的研究进展[J].当代医药论丛，2020，18（04）：18-20.