水凝胶的研究进展

水凝胶的研究进展报告人：指导人：什么是水凝胶？日常生活中常见到的水凝胶农用保水剂抗旱保水剂西北干旱地区使用保水剂对土地保湿隐形眼镜人造肌肉口服控释药物剂型尿片卫生巾丰胸充填物面膜水凝胶降热贴水凝胶，整形材料一、水凝胶的定义水凝胶是具有三维网络结构的交联聚合物,它能够在水中溶胀至平衡并保持大量水分,而又不溶解于水。水凝胶是一种重要的功能高分子材料水凝胶（Hydrogel）是一类具有亲水基团，能被水溶胀但不溶于水的具有三维网络结构的聚合物。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团和亲水残基，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，能吸收大量的水分类传统水凝胶这类水凝胶对环境的变化，如PH或温度变化不敏感环境敏感水凝胶这类水凝胶对温度或PH等环境因素的变化所给予的刺激有非常明确或显著的应答，能够感知外界环境变化而发生“体积相变”的凝胶称为智能凝胶。已知的外部刺激有PH、温度、电场、离子强度、磁场、生物分子、溶剂、应力、压力等。水凝胶的分类水凝胶的分类按照结合方式分类：1.物理水凝胶，通过物理作用力结合起来，如静电作用、氢键、链的缠绕等，是非永久性的。2.化学水凝胶，通过化学键交联形成的三维网络聚合物，是永久性的。根据合成材料分类：1.天然高分子水凝胶2.合成高分子水凝胶3.天然和合成高分子杂化水凝胶水凝胶的性质不同结构、不同化合物的水凝胶具有不同的物理化学性质如触变性、溶胀性、环境敏感性和粘附性等（一）溶胀性水凝胶在水中可显著溶胀。溶胀性（swelling)是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀分为两个阶段：第一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小）（二）环境敏感性环境敏感水凝胶---------又称智能水凝胶，根据环境变化的类型不同，环境敏感水凝胶又分为如下几种类型：温敏水凝胶，PH敏水凝胶，盐敏水凝胶，光敏水凝胶，电场感应水凝胶，形状记忆水凝胶，非离子型水凝胶溶胀性只取决于聚合物的化学成分，而与外界环境无关。温（热）敏水凝胶--------热敏的水凝胶作为原位的药物传递装置特别有用，因为这种原位凝胶在室温时为溶液态，而注入体内后原位固化，即所谓原位热敏凝胶pH敏感水凝胶-------pH敏感水凝胶是指聚合物的溶胀与收缩随环境pH的变化而发生变化。这些水凝胶的溶胀性可随外界pH的变化发生极大的、甚至不连续的改变。电解质敏感水凝胶--------这类水凝胶对溶胀度的影响主要是阴离子部分，离子化水凝胶的溶胀行为与收缩行为与离子运动密切相关。阴离子型水凝胶平衡溶胀随pH增大而增大；阳离子型水凝胶随pH增大而降低。(三)粘附性粘附（adhesion)或称黏着或称粘接。一般指的是同种或两种不同的物体表面相粘接的现象。生物粘附(bioadhesion)指的是在两个生物体表面之间形成任何结合，或一个生物体的表面与另外一个天然或合成材料的表面粘结的总称。在药剂学中生物粘附一般是用来描述聚合物（包括合成的以及天然的）与软组织（如胃肠道的膜、口腔、皮肤）之间的黏附作用。水凝胶的应用创伤敷料药物载体角膜接触眼镜形状记忆材料组织工程支架材料保水抗旱硅水凝胶隐形眼镜水凝胶隐形眼镜镜片的透氧性与其含水量有很大的关系，一般来说含水量高的水凝胶产品，透氧性就会偏高，角膜代谢的通透性高。不过含水量高的镜片随着佩戴长会容易吸收泪液的水分，引起眼干的问题眼疗贴主要用于眼部手术、眼部水肿、眼挫伤病人的眼外部冷敷理疗以及全麻手术病人和深昏迷病人，预防、控制暴露性角膜炎炎的发生，使医护工作者的眼护理操作更便利、更安全退热适用于各种原因引起的发热辅助的治疗及应及物理降温，缓缓发热引起的头痛、头晕等不适症状，使人体产生舒适感。对于儿童和成人突然发热，可紧急退热，预防高温惊厥，避免发热过度伤及脑部。聚丙烯酰胺（PAMA）从１９９７年１０月到２０００年４月，采用聚丙烯酰胺这种新型软组织填充材料矫正面颊、颞部、下肢、等，共２２７９例。效果良好，并发症少、使用方便，安全有效。医用聚丙烯酰胺水凝胶‘医用聚丙烯酰胺水凝胶’，商品名称为“奥美定”，俗称“人造脂肪”，主要用于体表各种软组织凹陷性缺损的填充、增大组织容量。在整形医学应用广泛。水土保湿剂一种人工合成的具有超强吸水和保水释放能力的高分子聚合物，主要成分为聚丙烯酸盐（钾盐）和聚丙烯酰胺共聚体。能迅速吸收比自身重量数百倍的脱离子水，数十倍至百倍的含盐水分，控制土壤水分蒸发，以满足植物的生长需要、促进植物根系生长发育，同时改善土壤结构、增加土壤活性、减少土壤板结等。组织填充材料不吸收、不脱落、不碎裂，在弥散的环境下能很好保持水分，有较好的粘度，弹性和柔软度，适合人体组织结构。水凝胶在化状品中的应用美颈水凝胶新生代的冻胶保湿修护面膜肤维持滋润，淡化细纹与恢复肌肤的弹性.帮助皮肤角化细胞的剥落，促进表皮基底细胞层的活力，增加细胞的代谢作用。可以预防皱纹的产生，赋予肌肤活力与生气，恢复柔嫩光滑的诱人肌肤。二、水凝胶的特点水溶胀性，交联聚合物亲水性，可吸水达自身重量的数千倍三维网状结构，在水中不溶解能够感知外界微小刺激（智能水凝胶）水凝胶的特点：1.它在水中能够吸收大量的水分显著溶胀，并在显著胀之后，能够继续保持其原有结构而不被溶解；2.良好的生物相容性、优良的物理机械性能和长期植入的稳定性；3.良好的水蒸气透过率和合适的气体(如O2和CO2)通过率,而且,水凝胶不会和伤口粘连,敷贴及取出极为方便；4.能够感知外界刺激的微小变化，如温度、pH值、离子强度、电场、磁场等，并能够对刺激发生敏感性的响应，常通过体积的溶胀或收缩来实现。水凝胶在药用高分子材料进展⑴水凝胶对低分子的溶质具有良好的透过性，有优良的生物相容性及较好的重现性，具有缓控释性能，很容易合成，近年来已广泛用于各类缓控释给药系统。⑵水凝胶具有良好的物理化学性质和生物相容性,使其在药剂学中的应用备受重视,与疏水聚合物相比,水凝胶与被载入其中的药物或生物活性分子的相互作用影响极其微小,可使被载入的物质长时间报持活性.水凝胶在药用高分子材料进展⑶水凝胶在药物中的应用，特别是对于蛋白质和多肽类药物的传递上具有重要的地位。已经有应用水凝胶的设计以达到缓释靶向和屏蔽生物药物有害影响的目的；利用水凝外，水凝胶可以制成具有粘附性的制剂，促进药物的靶向给药，特别是无损伤的给药或黏膜给药，目前比较寄以期望的天然的聚合物（如壳聚糖）和合成单体（如丙烯酸）都具有这方面的优势。水凝胶在药用高分子材料进展⑷水凝胶在生物体内具有屏蔽作用，由于它的亲水性能够增加体内的传递制剂的循环时间，通过宿主的免疫反应以及减小吞噬细胞的活性，例如PEG化的水凝胶纳米粒，具有排除酶对药物的降解的作用。手术植入的，释放药物后的残留物取出。成功的应用降解的聚合物具有重要的前景。水凝胶在药用高分子材料进展⑸硅水凝胶:是一种有机高分子材料，有亲水性，具有双位相材料构架，即拥有氟硅和水凝胶两种通道。常被用来制作高档隐形眼镜。⑹磷酸铝凝胶:为抗酸性药,能中和缓冲胃酸，使胃内pH值升高，从而缓解胃酸过多的症状。与氢氧化铝相比，它中和胃酸的能力较弱而缓慢，但不引起体内磷酸盐的丢失，不影响磷、钙平衡。凝胶剂的磷酸铝能形成胶体保护性薄膜隔离并保护损伤组织。水凝胶在药用高分子材料进展⑺阿达帕林凝胶:可抑制人类多形核白细胞的化学趋化反应，并可通过抑制花生四烯酸经脂氧化反应转化为炎症媒介物来抑制多形白细胞的代谢，从而缓解由细胞反应介导的炎性反应。适用于寻常痤疮的皮肤治疗。⑻冰带是国内首创新产品，采用国际蓄能高分子材料蓝冰研制而成的高科技绿色环保产品。蓝冰在常温状态下呈蓝色柔软透明状胶体，热容量是水的2-3倍，具有蓄冷降温及蓄热保暖的双重功效，使用方便，安全。水凝胶在医学方面的应用进展2.作为组织充填材料4.人工软骨5.医用敷料3.人工玻璃体1.医药控制释放材料6.药物崩解剂7.角膜接触镜材料8.医用美容材料9.分析和医学诊断方面水凝胶在医学领域中的应用进展1.医药控制释放材料2.作为组织充填材料作为充填材料医用聚丙烯酰胺水凝胶已广泛用于人体各部位。材料特点：它是一类具有亲水基团能被水溶胀但不溶于水的聚合物，水凝胶中的水可使溶于其中的低分子量物质从其间渗透扩散，具有膜的特性，类似于含大量水分的人体组织，具有较好的生物相溶性。此外，聚丙烯酰胺水凝胶为大分子物质，不吸收、不脱落、不碎裂，在弥散的环境下能很好保持水分，有较好的粘度，弹性和柔软度，适合人体组织结构。应用实例①天然高强度水凝胶②丰胸充填物目前，一些成年女性为了提升个人女性魅力而选择手术丰胸。手术丰胸，是对胸部填充硅胶等制品达到丰胸目的。③史宏伟等报道了用医用聚丙烯酰胺水凝胶注射法治疗眼睑凹陷畸形的研究，临床治疗眼球摘除术后眼睑凹陷23例，疗效良好。3.人工玻璃体人眼正常的玻璃体为凝胶状，主要成分是水，凝胶的基质为胶原和透明质酸。玻璃体浑浊和视网膜脱落都可以引起视力下降甚至失明。人工玻璃体聚乙烯吡咯烷酮（PVP）水凝胶是第一个用作病变的玻璃体替代物的合成高聚物。作为一种优异的病变玻璃体替代物，PVP水凝胶具有良好的生物相溶性和生物物理光学特性，其网状支架对眼球内的新陈代谢成分具有良好的通透性。另外，PVP水凝胶具有粘弹性，表现出良好的内填充作用，可以封闭裂孔，展平视网膜。人造软骨4.人工软骨人工软骨材料--聚乙烯醇水凝胶的研制，用反复冷冻及真空脱水处理方法获得的PVA水凝胶材料，其弹性模量和人关节软骨相近，有希望成为理想的人工软骨材料。PVA水凝胶的高含水性及其特殊的表面结构与天然软骨组织非常相似，具有良好的的生物相容性和摩擦学特性，同时该水凝胶具有类似于天然软骨的多微孔组织，内含大量的水，是一种可渗透材料。关节内注射透明质酸钠凝胶治疗中早期骨性关节炎5.医用敷料敷料的主要类型有两种：干型如纱布；湿型如水凝胶。PVP水凝胶是一种类似于生命组织的高分子材料，有良好的生物相溶性，不影响生命体的代谢过程，并且代谢产物可通过水凝胶排出，还可根据需要将不同药物包埋在水凝胶内，药物可缓慢持续释放到病变区，从而达到治愈伤口或皮肤病的目的。医用水凝胶敷料可用于皮肤创伤、皮肤溃疡（褥疮、结核、霉菌、真菌感染等）、烧伤、烫伤及其它皮肤病。理想的烧伤涂敷材料，应有一定的柔软性和机械强度，具有较强的液体吸收能力，能够透过空气，但屏蔽细菌，水凝胶容易吸收药物，并能释放药物，不刺激伤口。辐射交联或者化学交联的PVP能够满足上述要求。国内已有学者成功研制了PVP烧伤涂敷材料。医用水凝胶创伤敷料的优点：1、不断降温、立即止痛2、吸附渗液、阻隔细菌3、湿性环境、加速愈合4、生物相容、换药不粘5、不易成痂、减少疤痕6.药物崩解剂以免医药片剂或者胶囊在生产和运输过程中碎裂，因此要求有一定的强度。服用后，又要求能够迅速崩解，被人体吸收。而在医药片剂或者胶囊中加入适量干的PVP凝胶，则在服用后，凝胶吸收体液中的水分而膨胀，在药剂内造成很大的压力，从而使药剂迅速崩解，并且有生产和运输过程中不会碎裂。7.角膜接触镜材料角膜接触镜俗称隐形眼镜，是一种兼具视力矫正、美容、眼睛防护和医疗作用的产品。最初的角膜接触镜是采用α-甲基丙烯酸甲酯聚合物材料（PMMA）制造，这是一种硬性角膜接触镜，不含水分、不透气，不能长时间配戴，并且舒适度差。PVP水凝胶角膜接触镜是以PVP共聚物水凝胶作为材料制造的一种软质角膜接触镜。优点是舒适度高，含水量高，氧气通过性能好，可以长时间配戴。8.医用美容材料温泉全效保湿水凝胶小黄瓜眼部细致水凝胶高强度智能凝胶的研究进展水凝胶用途虽多，但水凝胶中高聚物含量通常低于10wt%，90wt%以上是水，无法承受较大的应力；此外，由于交联点间的网链受到交联