多功能高强度水凝胶的构建及其生物医学应用.pdf

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1、中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn多功能高强度水凝胶的构建及其生物医学#应用**徐冰，刘文广5（天津大学材料科学与工程学院，天津，300354）摘要：水凝胶作为一种软湿材料，由于与软组织的相似性，在生物医学领域有着重要的应用价值，但是传统水凝胶较差的力学性能严重限制了其应用。本文首先概述了近年来高强度水凝胶的设计思路，鉴于多数高强度水凝胶缺乏生物活性，难以满足真正的应用需求，本文继10而对高强度凝胶在生物医学上的应用实例进行了总结，指出了应用过程中面临的挑战。关键词：水凝胶；高强度

2、；生物医学中图分类号：0648.17FabricationofMultifunctionalHighStrengthHydrogels15forBiomedicalApplicationsXuBing,LiuWenguang(SchoolofMaterialsScienceandEngineering,TianjinUniversity,Tianjin300354,P.R.China)Abstract:Asatypeofsoftandwetmaterials,hydrogelsresemblesofttiss

3、uesinhydrophilicityandmechanics,thustheyholdgreatpotentialforavarietyofbiomedicalapplications.However,the20intrinsicpoormechanicalpropertyofconventionalhydrogelslimitstheirapplicationsseverely.Inthisarticle,wefirstsummarizedthedesignconceptsofhighstrengthhy

4、drogelsdevelopedinrecentyears.Inviewofthefactthatmosthighstrengthhydrogelslackbiologicalactivityandcannotsatisfythepracticalapplicationrequirements,theapplicationexamplesofhighstrengthhydrogelsinbiomedicineweresummarized.Furthermore,thechallengesindesigning

5、highstrengthhydrogelsforapplications25werebrieflydiscussed.Keywords:Hydrogel;HighStrength;Biomedicine0引言30水凝胶可定义为能够在水中溶胀并保持大量水分而不被溶解的三维网状结构的交联聚[1,2]合物，它不但有强度可以保持形状而又柔软，并且允许小分子物质通过，由于这些与组织的相似特性，水凝胶被广泛应用于肌肉、肌腱、软骨、角膜的修复体，医用生物敷料，药[3-6]物释放载体等生物医用领域。但是由于凝胶体系中大量水介

6、质的分散作用以及网络的不[7,8]均一性，使得凝胶力学性能比较差，这一缺陷极大的限制了凝胶的应用。国内外很多科35研工作者提出了很多创新体系来增强凝胶的强度，这些体系在很大程度上提高了凝胶的拉伸和压缩性能，撕裂能、杨氏模量，伸长率等性能。在提高凝胶强度的基础上，大量功能性基团被引入到凝胶网络中，这些功能性基团对外界环境（如温度、pH、电、磁、光、压力、生物分子等）的刺激敏感，并产生相应的体积或者形状的改变，从而赋予凝胶各种不同的功[9]能。但是作为一种生物医用材料，仅仅具备高强度和多功能是远不能满足实际需求的

7、，生40物活性是评价生物医用材料更为重要的一个指标。目前，真正满足实际需求的多功能高强度水凝胶大多停留在理论阶段，还有大量的局限性需要克服，如何赋予凝胶生物活性也是一大基金项目：高等学校博士学科点专项科研基金的资助（20130032110006）作者简介：徐冰（1990-），女，博士研究生，生物医用高分子材料通信联系人：刘文广（1968-），男，教授/博导，生物医用高分子材料.E-mail:wgliu@tju.edu.cn-1-中国科技论文在线http://www.paper.edu.cn难题，需要开展更多的

8、研究来解决高强度凝胶使用方面的问题，同时发展更为实用的方法来促进高强度凝胶应用于生物医学及临床领域。1高强度水凝胶的概述45数年来，针对水凝胶力学性能差这一问题，研究者们提出了多种方法来提高凝胶强度，[10][11][12][13]例如滑环水凝胶、纳米复合水凝胶、大分子微球增强水凝胶、四臂聚乙二醇水凝胶、[14]双网络水凝胶等。但是传统上述增强凝胶的方法难以满足人体组织的承重需求，近年来又发展了多种