水凝胶简介

水凝胶简介2020/1/26目录水凝胶的制备（化学、物理）医学方面的应用简介水凝胶简介与分类特殊介绍：pH敏感性水凝胶2020/1/26水凝胶果冻面膜软性隐形眼镜水凝胶降温贴各类医用敷料2020/1/26水凝胶水凝胶，是一种能在水中溶胀，吸收并保持大量水分，又不会溶解于水的亲水性网状高分子溶胀体。水凝胶聚合物在主链或侧链上有亲水基团(-OH、-COOH等)，在溶胀后，相当一部分水与这些亲水基团形成氢键，故水凝胶可以保持大量水分。水凝胶表面与周围水溶液之间的表面张力低，可以减少对体液中蛋白质的吸附，故可以作为医疗器材，具有极好的生物相容性。另外，水凝胶具有良好的水蒸气透过率和合适的气体通过率。图片来源于WalterRichteringandBrianR.Saunders,Gelarchitecturesandtheircomplexity,SoftMatters,2014,10,3695-37022020/1/26天然水凝胶合成水凝胶来源水凝胶分类交联方式化学水凝胶物理水凝胶2020/1/26天然水凝胶水凝胶分类胶原（Collagen）明胶（Gelatine）透明质胶（HyaluronicAcid）壳聚糖（Chitosan）…………2020/1/26胶原明胶透明质胶壳聚糖水凝胶分类……合成水凝胶聚丙烯酸及其衍生物聚乙烯醇聚氧乙烯聚丙烯酰胺2020/1/26物理交联化学交联水凝胶的制备化学引发自由基聚合光引发自由基聚合高能辐射法超声波法原子转移自由基聚合点击化学自由基引发接枝共聚自组装加热法冷冻解冻法主客体识别作用2020/1/26化学交联在光、热、高能辐射、机械力、超声波等媒介和交联剂等作用下，分子链通过化学键交联形成网络结构，只发生溶胀不发生溶解，结构稳定性较好。制备方法一般包括高分子合成中加入交联剂或通过线性或支化的高分子链中的官能团来反应。交联剂是能在线型分子间起架桥作用从而使多个线型分子相互键合交联成网络结构，促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。单体交联聚合：单体交联聚合是制备高分子水凝胶材料的传统方法，即在交联剂存在的情况下，单体经自由基均聚或共聚而制得高分子水凝胶材料。在交联聚合的反应过程中，可以通过加入或改变引发剂链转移剂等来控制聚合动力学，以及所得高分子水凝胶材料的性质。聚合物聚合：水凝胶不仅仅只可以由单体来制备，也可以由已有的聚合物聚合。例：水溶性高分子聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酰胺（PAM）、聚丙烯酸（PAA）、聚N－甲基吡咯烷酮、聚胺等通过适度交联，就可制得高分子水凝胶材料，但要求交联剂必须是能与水溶性高分子功能基反应的多官能团化合物或多价金属离子。载体接枝共聚：水凝胶的机械强度一般较差，为了改善水凝胶的机械强度，可以把水凝胶接枝到具有一定强度的载体上。2020/1/26自由基共聚反应交联在医用高分子水凝胶方面的应用化学交联的聚-2-羟乙基甲基丙烯酸酯是一种常见并被广泛研究的医用合成水凝胶。在可聚合交联剂（乙二醇二甲基丙烯酸酯)存在下2-羟乙基甲基丙烯酸酯单体（HEMA）共聚交联制得。进一步研究表明，该凝胶的网络结构和膨胀特性可以通过交联剂用量进行调节。此外，2-羟乙基甲基丙烯酸酯可与响应性单体通过共聚制得环境敏感材料。例：HEMA+丙烯酸（pH敏感）HEMA+N-异丙基丙烯酸（温度敏感）……生物医学：用于神经组织再生的水凝胶药物释放pH敏感水凝胶用于固定α-糜蛋白酶的温敏水凝胶用于蛋白药物控释的凝胶载体……含甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物共聚交联制得了能用于蛋白药物控释的凝胶载体2020/1/26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、-NH2一类的功能基团。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席夫碱（－RC=N－）加成、缩合一类的化学反应，彼此间形成化学交联键。例：二维多孔有序凝胶骨架生物降解的载药凝胶微球具有多孔结构的凝胶薄膜抗细菌蛋白药物释放的凝胶载体具有理想力学性能的藻酸盐凝胶缩合反应2020/1/26物理交联聚合物分子通过非共价相互作用，如氢键、疏水作用、静电作用等在水溶液中聚集形成。一般具有良好的可降解性和触变性。荷电相反离子间相互作用交联两亲性嵌段或接枝共聚物缔合交联2020/1/26pH敏感性水凝胶pH敏感性水凝胶因含有大量可电离基团（羧基、磺酸基或氨基），能根据环境pH值变化夺取或释放质子，从而表现出pH敏感性，这一特殊的性能使pH敏感性水凝胶在药物控制释放、生物传感器、组织工程等领域具有潜在的应用价值。《pH敏感性水凝胶P(MAPOSS-co-AA)的制备及药物缓释性能》(1．吉林大学材料科学与工程学院教育部汽车材料重点实验室，吉林长春130025;2．吉林大学化学学院，吉林长春130022)1.聚丙烯酸(PAA)是一种典型的pH敏感性水凝胶，当溶液的pH值发生变化时，凝胶中羧基的解离程度不同，从而引起凝胶网络间静电排斥作用和渗透压的不同，结果导致凝胶的体积发生不同程度的溶胀或收缩。利用pH敏感水凝胶这一特殊的性能，可以把药物分子包埋在水凝胶网络中，使水凝胶载体能够根据人体环境pH值的变化实现药物的自动可控定点释放。2.pH敏感性水凝胶P(MAPOSS-co-AA)单体：丙烯酸(AA)+七苯基甲基丙烯酰氧基笼型倍半硅氧烷(MAPOSS)催化剂：偶氮二异丁腈交联剂：N，N-亚甲基丙烯酰胺自由基溶液聚合法2020/1/26pH敏感性水凝胶图3为P(MAPOSS-co-AA)和PAA水凝胶在不同pH缓冲溶液中的溶胀动力学曲线。这是由于此类水凝胶具有可电离的－COOH，且其电离程度与溶液中的pH有很大关系。2020/1/26pH敏感性水凝胶①pH值的增大，－COOH的电离程度增加，－COO－在侧基中的比例增加，分子间－COO－基团之间的静电排斥作用使得高分子链段更加舒展，且－COO－具有强亲水性，从而有利于溶液中水分子的进入，即表现出水凝胶的溶胀比呈随环境pH值的增加而递增的趋势。②MAPOSS的加入，明显降低了水凝胶的吸水能力，这是由于MAPOSS的加入限制了水凝胶分子链段的运动，并且随着MAPOSS的加入，使得水凝胶分子链段的运动受阻，链活动能力受限，使杂化水凝胶的收缩能力变差，对环境变化的响应能力受到限制，从而一定程度上阻碍了水分子的进入，表现为溶胀比较低。可以通过向丙烯酸水凝胶中添加适量的MAPOSS来达到控制水凝胶吸水能力的目的。2020/1/26pH敏感性水凝胶模拟胃液(SGF，pH=1.2)模拟肠液(SIF，pH=7.4)P(MAPOSS-co-AA)网络孔径要明显小于PAA水凝胶的网络孔径。该共聚水凝胶具有良好的pH敏感性，且少量MAPOSS的加入能降低水凝胶在不同pH值条件下的溶胀比。同时，MAPOSS的加入明显降低了载药水凝胶中的药物在SGF中的释放速率，因而可以通过加入一定量的MAPOSS来降低载药水凝胶中药物的释放，避免药物对胃的刺激作用，同时使药物尽可能多地在肠道释放，实现药物的定点可控释放，避免药物产生的毒副作用。2020/1/26水凝胶光响应水凝胶电场响应水凝胶盐响应水凝胶压敏水凝胶热敏水凝胶……形状记忆材料人工肌肉人工爬虫细胞培养人工关节调光材料人工细胞化学机械器件……2020/1/26Thankyou！参考文献：[1]WalterRichteringandBrianR.Saunders,Gelarchitecturesandtheircomplexity,SoftMatters,2014,10,3695-3702[2]HydrogelsforTissueEngineering,ChemicalReviews,2001,101(7):1869-79[3]陈国强朱南康李进进,医用水凝胶的研究进展，国外丝绸，2009,3,26-28[4]刘环宇叶静仪梁佩莹,水凝胶的制备,化工时刊,2014,28,11-14[5]江春梅牟建新刘利明王婷婷张春玲，pH敏感性水凝胶P(MAPOSS-co-AA)的制备及药物缓释性能，高分子材料科学与工程，2014，第30卷第3期[6]王袄张黎明，医用高分子水凝胶的设计与合成，功能高分子学报，2004，Vol.17,No.42020/1/26