负载型聚丙烯酰胺类水凝胶的应用

朱爱玉

摘 要：负载型聚丙烯酰胺类水凝胶兼具网络结构可控、强度好、温度响应性的特点及其所负载功能物质的性能，在药物输送与可控释放、细胞包覆与组织工程及伤口护理、催化、响应与检测分离、增加机械强度等方面具有广阔的应用前景。

关键词：负载型；聚丙烯酰胺类；水凝胶；应用

1 概述

负载了金属粒子等无机粒子、药物或酶等的水凝胶称为负载型水凝胶，负载型聚丙烯酰胺类水凝胶是其中的一个重要分支。聚丙烯酰胺类水凝胶，具有网络结构可控、强度好、温度响应性等特点，因而成为最常用的合成高聚物载体，负载型聚丙烯酰胺类水凝胶还兼具其所负载功能物质的性能，因而在药物输送与可控释放、细胞包覆与组织工程及伤口护理、催化、响应与检测分离、增加机械强度等方面具有广阔的应用前景。

2 应用

2.1 药物输送与可控释放

聚丙烯酰胺类水凝胶，尤其聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）类水凝胶，具有温度响应性，在药物输送与可控释放方面具有不可替代的优势。福州大学程翠等[1]以天然多糖羧甲基壳聚糖和N-异丙基丙烯酰胺制得网络结构水凝胶，再通过浸渍使Pt（Ⅱ）负载至水凝胶三维网络结构中，得到负载铂类药物的水凝胶体系，通过测试证明该水凝胶体系生物相容性好，药物释放长效且可控，外科手术时植入肿瘤部位，可达到提高局部给药量而不增加毒副作用的目的。美国的艾博特呼吸有限责任公司、比利时列日大学、意大利希格马托制药工业公司、中国药科大学均对此有所报道[2-5]。

2.2 细胞包覆、组织工程及伤口护理

国内企业在细胞包覆、组织工程及伤口护理这方面有相对较多的研究。长春吉原生物科技有限公司[6]先通过涂布法或注模法将聚丙烯酰胺亲水性高分子聚合物水溶液制成聚丙烯酰胺水凝胶材料半成品，再通过高能射线辐射进一步制得聚丙烯酰胺水凝胶材料，最后浸渍，使水凝胶材料负载银离子，制得一银离子水凝胶敷料；测试表明，其生物相容性好，能够为创面提供湿润的愈合环境促进创面愈合，还可缓慢释放银离子，长时间有效的抑制并预防创面常见细菌的生长，可应用于各种急、慢性创面及伤口的护理。杭州国纳科技有限公司、山东赛克赛斯药业科技有限公司、乌卢鲁公司等均对此有所报道[7-9]。

2.3 催化

负载型聚丙烯酰胺类水凝胶在催化领域的应用是当前的研究热点，国内高校在这方面都有较多的研究。天津工业大学陈莉等[10]利用杯芳烃衍生物和N-异丙基丙烯酰胺共聚制备超分子智能凝胶P[NIPA-co-Calix]，将其负载钯催化剂后，用P[NIPA-co-Calix]水凝胶负载钯催化剂催化Heck反应；实验表明，P[NIPA-co-Calix]水凝胶中进行的有机反应有三个优点：智能水凝胶可逆的收缩/溶胀使反应物和Pd2+离子均能在凝胶中高度富集，高效催化有机反应；有机反应不需要另外加入溶剂或助溶剂；易回收和再利用。新疆大学徐世美、南京大学李正魁、齐鲁工业大学翟云鸽、中国科学院兰州化学物理研究所郑易安等也都在这方面有所研究[11-12]。

2.4 响应与检测分离

结合聚丙烯酰胺类水凝胶自身及其所负载功能物质两者的优点，使得负载型聚丙烯酰胺类水凝胶在响应与分离检测方面具有独特的优势。苏州康磁医疗科技有限公司[13]先将巯基醇类化合物通过自组装方式在金片表面形成薄膜，再利用酸酐和羟基的反应，在金片表面引入可聚合的双键，最后以丙烯酰胺基苯硼酸为单体，葡萄糖为模板，在金表面合成水凝胶，洗去葡萄糖后，制得基于金表面硼酸类葡萄糖敏感型印迹水凝胶，其可应用于葡萄糖的识别、固载、传感、富集、分离或检测。格洛伯塞尔解决方案公司、微温森公司、东华大学朱美芳等、厦门大学杨朝勇等、西安交通大学陈咏梅等也都在这方面有所研究[14-16]。

2.5 增加机械强度

负载二氧化硅、二氧化钛、凹凸棒土、埃洛石等无机粒子可提高聚丙烯酰胺类水凝胶的强度和比孔面积，提高水凝胶的吸附能力和强度。姚大虎等[17]将氧化石墨烯与丙烯酰胺类单体在水溶液中共聚，制得氧化石墨烯纳米复合有机水凝胶，氧化石墨烯具有和锂藻土类似的片层结构，同时其表面具有丰富的羟基和羧基官能团，与丙烯酸酰胺有很好的结合力，可提高水凝胶的强度和力学性能，同时可克服锂藻土体系不能使用离子型单体的缺点。国内外对此均有报道[18-19]。

参考文献

[1]一种负载铂类药物的水凝胶体系及其制备方法[P].CN104586821

A，20150506.

[2]Superporous Hydrogels for Heavy-Duty Application[P].US2008089940 A1，20080417.

[3]Active Substance Delivery Systerm Comprising a Hydrogel Atrix and Microcarriers[P].WO2006053836 A1，20060526.

[4]一种无机荧光量子点-罗明丹复合块状温敏水凝胶[P].CN1022957

26 A，20111228.

[5]Anionic Hydrogel Matrices with Ph dependent Modified Release as Drug Carriers[P].WO2005094792 A1，20051013.

[6]一种银离子水凝胶敷料的制备方法[P].CN103623453 A，

20140312.

[7]一种抗菌水凝胶敷料的制备方法[P].CN101664563 A，20100310.

[8]水凝胶护眼贴敷料及其制备方法[P].CN103893157 A，20140702.

[9]Hydrogel Wound Dressing and Biomaterials Formed in Situ and Their Uses[P]. US2009196936 A1，20090806.

[10]超分子智能水凝膠负载钯催化剂的制备及在Heck反应中的应

用[P].CN102489331A，20120613.

[11]一种吸附重金属的聚合物水凝胶及其制备方法和应用[P].CN102

453187 A，20120516.

[12]一种粒状水凝胶[P].CN103724633 A，20140416.

[13]一种基于金表面硼酸类葡萄糖敏感型印迹水凝胶及其制备方法[P].CN104148038A，20141119.

[14]Automated Cell Culture System and Process[P].US2013189723 A1，20130725.

[15]一种针对靶标的即时定量分析方法[P].CN103913542 A，

20140709.

[16]Hydrogels That Undergo Volumetric Expansion in Response to Changes in Their Environment and Their Methods of Manufacture and Use[P]. US2013274362 A1，20131017.

[17]一种氧化石墨烯纳米复合有机水凝胶及其制备方法[P]. CN1026

75508 A，20120919.

[18]Powdered Accelerator[P]. WO2012072466 A，20120607.

[19]高强度、温度敏感的聚合物-氧化石墨烯复合水凝胶和导电石墨烯复合水凝胶及其制备方法[P].CN103073665 A，20130501.