医用高分子水凝胶的设计与合成.ppt

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1、医用高分子水凝胶的设计与合成1凝胶的结构和性质定义：gel是指溶胀的三维网状结构高分子，在高聚物间相互连接形成的网状空隙中填充了液体介质.水凝胶：液体介质为水，由水溶性或亲水性高聚物组成.吸水性强，保水性能强,一般压力难以排除.凝胶与功能水凝胶（1）凝胶的分类：A交联键性质化学凝胶：不可逆凝胶，经单体聚合或化学交联大分子通过共价键连接，不溶不熔，结构稳定物理凝胶：可逆凝胶，大分子间通过氢键或范德华力相互连接，外界条件改变，物理链破坏，凝胶重新形成链状分子溶解在溶剂中－溶液如明胶、聚乙烯醇水溶液B凝胶含液量冻胶：含液量90％以上，网络中溶剂不能自由流动，呈现弹性半

2、固体状态干胶：含液量15％，吸收液体膨胀变为冻胶.(2)凝胶形成因素浓度：成胶需要最小浓度，增加浓度加速凝胶.温度：温度低有利于凝胶化.电解质：阴离子起主要作用SO42-,Cl-加速凝胶，I-,SCN-阻滞胶凝.(3)凝胶性质触变性：凝胶与溶胶相互转化的过程外力－流体－外力停止－半固体溶胀性：凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象.第一阶段：溶剂分子钻入凝胶中形成溶剂化层.第二阶段：液体分子继续渗透，凝胶体积大大增加.脱水收缩：溶胀的凝胶于低蒸汽压液体缓慢自动从凝胶中分离出来的现象.是链段间相互作用继续进行的结果.透过性：分子从凝胶孔隙扩散通过的现象.影响因素：溶

3、剂性质：含水的孔道利于水溶性物质通过.溶剂含量：溶剂含量高凝胶溶胀度大，孔径大，利于分子通过.凝胶电荷：对粒子扩散与透过有选择性.2功能水凝胶定义：对温度或环境因素的变化刺激有明确或显著应答的凝胶分类：温敏水凝胶、pH敏水凝胶、盐敏水凝胶、光敏水凝胶、形状记忆水凝胶温敏水凝胶：在水或水溶液中凝胶的溶胀与收缩强烈依赖温度，凝胶体积在某一温区有突变－低临界溶液温度温敏原因：聚合物亲水亲油平衡值－聚合物链结构存在亲水和疏水的平衡聚N－烷基系列凝胶低温溶胀（结合水含量低，游离水含量高）高温收缩－N孤对电子与水分子形成的氢键高温断裂聚N－异丙基丙烯酰胺37℃突然收缩－全部

4、为结合水无游离水凝胶与功能水凝胶溶胀度：一定温度下，单位质量或体积的凝胶所能吸收液体的极限量pH敏水凝胶：聚合物的溶胀与收缩随弧环境的pH、离子强度变化而变化阴离子水凝胶平衡溶胀度随pH增大而增大，阳离子型则随pH增大而降低温敏及pH双重敏感凝胶将pH敏单体和温敏单体通过接枝和嵌段共聚或用互穿网络技术合成的互穿网络水凝胶N,N－二异丙基丙烯酰胺、N,N-二甲基丙烯酰胺、油酸三元共聚物水凝胶医用高分子水凝胶由于直接与生物系统相作用，除需具备一般理化性能要求外，还需满足下述一些特殊性能要求:①水凝胶本身无毒，不致癌、不致崎，不引起人体细胞的突变和不良组织反应;②具有

5、良好的生物或组织相容性，不引起中毒、溶血、凝血、发热和过敏等现象;③具有与人体天然组织相适应的力学性能;④针对不同的使用目的而具有特定的功能。为了合成所需的水凝胶，具有良好生物相容性的一些亲水性聚合物及其与内酯、己内酯的嵌段共聚物、聚乳酸及其共聚物、羟乙基甲基丙烯酸酯均聚物(PHEMA)以及键合有合成高分子支链的天然多糖接枝共聚物等现已被广泛地用于医用水凝胶基质的构建。不同的交联方法包括通过自由基共聚反应、结构互补基团间化学反应进行的化学交联法以及由带相反电荷离子间相互作用、两亲性嵌段共聚物或接枝物疏水缔合、结晶和氢键作用引致的物理交联法则被广泛地用于医用水凝胶

6、的设计与合成。化学交联的设计与合成1.自由甚共聚反应交联自由基共聚反应交联是迄今用于医用高分子水凝胶设计和制备的最常用方法。依赖于所需的合成原料化学结构与性能特点，两种主要的途径被广泛采用:一、通过一种或多种低分子量烯类单体在交联剂存在下直接进行交联共聚反应;二、先使原本不具聚合反应活性的一些水溶性聚合物转变为含可聚合反应基团的衍生物、再进行交联共聚反应。其主要特点是可根据需要将不同敏感或功能特性基团引人到聚合物水凝胶骨架中，同时可方便地调控官能团的密度及水凝胶的交联程度。2.结构互补基团间反应交联一些生物相容性聚合物分子链上通常含有诸如-OH、-COOH、-N

7、H2一类的功能基团。这些基团不仅赋予聚合物良好的水溶性，而且可与一些结构互补的化合物发生诸如Schiff碱、加成、缩合一类的化学反应、彼此间形成化学交联键。利用这些特性，具有不同结构与性能特点的医用水凝胶可被设计与合成。物理交联的设计与合成1.荷电相反离子间相互作用交联作为一种基于物理交联的设计与合成策略，一些生物相容且可生物降解的水溶性聚电解质特别是多糖类聚电解质与一些带相反电荷无机离子或聚离子之间的相互作用交联(图3)已被成功用于医用多糖基水凝胶的制备。2.两亲性嵌段或接枝共聚物缔合交联两亲性嵌段或接枝共聚物在水中能借疏水缔合作用自组装形成类似于胶束和层状相

8、等有序结构。利用这些原理