温敏水凝胶研究进展

王高慧 冯典 康耘滋

西安医学院医学技术学院

智能水凝胶是近年来兴起的一种用途宽广，制作简便的材料。该种材料可用于装载、运输药物，并有着良好的生物粘附性和亲水性。与早期的水凝胶相比，新型智能水凝胶对外界环境刺激更加敏感。例如温度、压力、光等特殊因素，均可使新型智能水凝胶发生改变。根据刺激物不同，智能水凝胶分有温度敏感水凝胶、酸碱温敏水凝胶、压敏水凝胶、光敏水凝胶等等[1]。

1．温度敏感水凝胶的机理

温敏性水凝胶的主要特点是体积在某一特定温度而发生改变。除此之外，它还有制作简单、应用广泛的优点。在某一温度附近变化时，水凝胶体积发生剧烈收缩或膨胀，此时的温度我们通常称为相转变温度。温敏水凝胶分子内含有疏水分子和亲水分子，在该温度发生改变时，不仅分子间的相互作用力改变，分子内相互作用力也改变，因此改变了水凝胶的网状结构，进而发生体积的改变。部分温敏材料在高于相转变温度时，会发生溶解，在低于相转变温度时，会剧烈收缩，出现浑浊。有部分温敏材料与之相反，在低于相转变温度时，会发生溶解，在高于相转变温度时，会剧烈收缩，出现浑浊。根据变化机理发生状态不同，将第一种称为热胀温敏水凝胶，第二种成为热缩温敏水凝胶[2]。

2．温敏水凝胶的材料

常见的温敏水凝胶有聚N-异丙基丙烯酰胺、壳聚糖聚合物、聚氧乙烯和环氧丙烷的嵌段共聚物等等。根据水凝胶来源，可分为天然水凝胶、合成水凝胶和混合水凝胶。天然聚合物水凝胶有着良好的生物相容性，例如壳聚糖。合成水凝胶具有比天然水凝胶更好的机械性，例如聚N-异丙基丙烯酰胺。混合水凝胶则是将两种材料混合制出的水凝胶。不同水凝胶材料制备出的水凝胶各有各不同的特点[3]。

2.1 聚N-异丙基丙烯酰胺

聚N-异丙基丙烯酰胺分子主要由疏水性异丙基与亲水性酰胺基构成。酰胺基为亲水基，可与水分子形成氢键，使水凝胶具备良好的水溶性。异丙基为疏水基，当处于相转变温度时，亲水基形成的氢键减少，此时，聚N-异丙基丙烯酰胺水溶性降低，出现凝固化。在医学方面，它的相变温度为32℃，在人体体表温度附近，这是它最重要的特点，大大提高了该种水凝胶的利用率。而且治疗银屑病的温敏水凝胶敷料绝大部分使用该种材料[2]。但是其机械强度低，不易制成膜状水凝胶，我们通常会将其与机械强度较高的具有网状结构物质相结合，达到稳定效果[4]。

2.2 壳聚糖聚合物

壳聚糖是由甲壳质经脱乙酰反应后得到的一种线性聚合物。它大量存在于海洋生物、节肢动物和昆虫骨骼中[2]。有研究证明壳聚糖纳米颗粒无毒来源广，有良好的生物相容性、降解性、抗氧化性、抗菌性，可用于医疗、服装、美容、建筑等多方面。有动物实验发现，该种水凝胶可改善心功能[3]。在酸性溶液中，壳聚糖容易变成壳聚糖阳离子，通过静电作用，可以包埋带负电荷的药物。与其他水凝胶相比壳聚糖更具有安全性，但稳定性和机械强度方面需要进一步改善。

3．温敏水凝胶的释药性

在释放药物方面，从药物释放时间、生物相容性、毒性等各各方面来看，智能水凝胶比传统药物释放材料各方面属性都得到提升。温敏水凝胶在这方面更是受到人们更多关注。不同的载药温敏水凝胶，都是根据不同病情时的生理状态制备的。例如炎症时的发热、pH减小、释放各种酶，都会导致体内微环境发生改变，从而使温敏水凝胶释药性达不到预期效果。因此，绝大数温敏水凝胶都是在已知此时生理状态情况下，制备出来的[5]。当温敏水凝胶的温度达到相变温度时，水凝胶的水溶性改变，体积会发生剧烈变化。温敏水凝胶微观为相互交联的网状结构，处在水凝胶网内的药物受到挤压后，将药物释放出来。药物来到靶点附近，与靶点相结合，达到治疗疾病的效果。

4．总结

温敏水凝胶分子同时含有疏水性和亲水性基团，在相变温度处，体积可发生剧烈变化，将药物释放出来。通过水凝胶的靶向作用，降低药物的使用剂量，减少药物对其他健康部位的损害。除医疗以外，温敏水凝胶在其他多个领域运用广泛，前景宽广，但是温敏水凝胶的稳定性和机械强度有待提升，且机体内随时发生变化的微环境，也给温敏水凝胶带来了不小问题。因此，准确判断微环境状态，将是我们需要关注的难题。