智能水凝胶在生物医学中的研究和应用

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1、渭南师范曇浣本科毕业论文题目：智能水凝胶在生物医学中的研究和应用专业:材料化学系班:化学化工系06.1班毕业年份：2010年6月名：朱卡德学号:060944052指导教师：刘展晴职称：讲师渭南师范学院教务处制智能水凝胶在生物医学中的研究和应用朱卡德（渭南师范学院化学化工系06级材料化学1班）摘要：概述了智能水凝胶的概念和分类，在生物医学中的研究进展，简单介绍了智能水凝胶在各种物理性质条件下的研究，如pH、温度、磁性等，重点介绍了在生物医学屮的药物传输控制系统、组织工程、活性酶的固定、医用敷料、血红蛋白氧气载体、角膜接触镜材料

2、、生物传感器、人工软骨、水凝胶微透镜等方面的应用，并对未来发展作以展望。关键词：智能水凝胶；生物医学；分类；应用水凝胶是能显著地溶胀于水但不溶解于水的一类亲水性高分子网络，由于水和水凝胶网络的亲和性，水可能以键合水、束缚水和自由水等形式存在于高分子网络之中而失去流动性，因此水凝胶能够保持一定的形状山。由于其大量吸收水分的特性类似于人类的机体组织，水凝胶在组织工程领域和药物缓释领域有广泛的应用前景。根据水凝胶对外界刺激的应答情况，水凝胶可分为两大类：（1）传统水凝胶，这类水凝胶对环境的变化不特别敏感；（2）智能型水凝胶是一类对

3、外界刺激能产生敏感响应的水凝胶。类智能型凝胶，能对温度、pH值、光、磁、离子等外界刺激信号做出响应，目前对智能型凝胶以pH/温度敏感水凝胶的研究尤为活跃⑵，因为pH和温度是容易得到乂便于操作的两种刺激信号，而且pH和温度是人体环中两个很重要的生理参数。现对智能水凝胶在生物医学中的研究和应用概况作一综述。1智能水凝胶在生物医学的分类1•1pH敏感水凝胶水凝胶的pH响应性是指其溶胀或消溶胀是随pH值的变化而变化。因此，它能保护药物在人体体消化道不同部位如胃、小肠、大肠或结肠处定位给药。依据人体胃肠液的pH不同的牛理特点，故可考虑

4、采用对pH敏感水凝胶载体材料来定位释药，利用它的这种性质可方便地调节和控制凝胶内药物的扩散和释放速率。近年来，pH敏感性高分子作为药物载体的应用愈来愈受到人们的关注。徐晖等⑶制备了聚（甲基丙烯酸-泊洛沙姆）共聚物水凝胶。其水凝胶分子中含有酸性或碱性基团，当环境的pH值发牛变化时，水凝胶的溶胀或收缩可实现一定控制释药。pH敏感药物控释系统特别适合口服药物的控制释放，即根据人体消化道各环节pH值的不同，利用水凝胶在不同pH值溶胀度、渗透性能的不同,可控制药物在特定部位的释放。1•2温敏水凝胶温敏水凝胶的响应性依赖于温度的变化。它

5、具有临界相转变温度LCST,能感应温度的交化而改变自身的相状态或溶胀和收缩。一般是将药物包埋在水凝胶或由其制成的微胶囊中，包埋药物的释放速度可经由凝胶体积的调控来实现。水溶性药物在室温下很容易被吸收进入溶胀的PNIPAAm⑷凝胶内，当携带药物的凝胶制剂进入人体后，由于人体温度高于其体积相变温度，导致凝胶收缩挤出药物和溶剂。而疏水药物则在凝胶体积相变温度以上时被吸收而固定化，当降低温度时，PNIPAAm的构彖伸展，与疏水药物的缔合变弱，药物经由扩散释出。通过调整载体大分子或大分子水凝胶的体积相变温度，述可以实现体内定向给药，即

6、在靶器官周围局部加热使药物载体发生相变,释出药物。虽然温敏凝胶的研究已有很大的进展，但冃前对温敏凝胶的应用实例并不多。王明珍等®采用化学交联的方法将有机交联的PNIPAAm网络与HCHO交联的壳聚糖网络结合起来，制成了新型的PINPA/壳聚糖全互穿凝胶。这种凝胶和以往的仅仅是将PINPA镶嵌在网络中的NIPAAm/壳聚糖半互穿凝胶，在相转变、水溶液中的膨胀行为以及膨胀动力学等方面大不相同，并有望在分离工业和软材料等方而发挥重要作用。1.3磁性水凝胶磁性水凝胶可以作为药物控制释放的载体，其控制释药系统由分散于聚合物网络中的药物

7、和磁性粒子组成丄hl等研究了化学交联的明胶底3。4磁场响应性凝胶对维生素Ba的控制释放行为。在没有外加磁场时，凝胶体系中的磁性粒子之间没有相互作用，凝胶的孔径和孔隙率都较大（即凝胶体系处于“开”的状态）,维生素Bx的释放速率较快；施加外磁场后，磁性粒子由于彼此之间的相互作用而发生聚集，导致聚合物网链运动，凝胶网络的孔径和孔隙率减小（即凝胶体系处于“关”的状态），药物的扩散受到阻滞，于是维生素By的释放速率放缓。当磁场敏感性水凝胶处于均匀的外加磁场中时，体系中不存在明显的磁场-粒子间相互作用，磁性粒子之间的相互作用占主导地位，

8、施加的外场导致了磁偶极子的产生，这种强烈的相互作用会引起凝胶弹性模量的变化。利用复合凝胶材料在不同强度的均匀磁场中所表现出的变化，可以设计制造磁场驱动的人工肌肉。如利用不同FsCU含量的复合凝胶具有不同的磁场阈值的特点，可制备岀了一种能够模仿人手指弯曲的PVA/Fe3O4磁性水凝胶。1.4