溫敏水凝膠研究進(jìn)展

王高慧 馮典 康耘滋

西安醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)技術(shù)學(xué)院

智能水凝膠是近年來(lái)興起的一種用途寬廣，制作簡(jiǎn)便的材料。該種材料可用于裝載、運(yùn)輸藥物，并有著良好的生物粘附性和親水性。與早期的水凝膠相比，新型智能水凝膠對(duì)外界環(huán)境刺激更加敏感。例如溫度、壓力、光等特殊因素，均可使新型智能水凝膠發(fā)生改變。根據(jù)刺激物不同，智能水凝膠分有溫度敏感水凝膠、酸堿溫敏水凝膠、壓敏水凝膠、光敏水凝膠等等[1]。

1．溫度敏感水凝膠的機(jī)理

溫敏性水凝膠的主要特點(diǎn)是體積在某一特定溫度而發(fā)生改變。除此之外，它還有制作簡(jiǎn)單、應(yīng)用廣泛的優(yōu)點(diǎn)。在某一溫度附近變化時(shí)，水凝膠體積發(fā)生劇烈收縮或膨脹，此時(shí)的溫度我們通常稱為相轉(zhuǎn)變溫度。溫敏水凝膠分子內(nèi)含有疏水分子和親水分子，在該溫度發(fā)生改變時(shí)，不僅分子間的相互作用力改變，分子內(nèi)相互作用力也改變，因此改變了水凝膠的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，進(jìn)而發(fā)生體積的改變。部分溫敏材料在高于相轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，會(huì)發(fā)生溶解，在低于相轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，會(huì)劇烈收縮，出現(xiàn)渾濁。有部分溫敏材料與之相反，在低于相轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，會(huì)發(fā)生溶解，在高于相轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，會(huì)劇烈收縮，出現(xiàn)渾濁。根據(jù)變化機(jī)理發(fā)生狀態(tài)不同，將第一種稱為熱脹溫敏水凝膠，第二種成為熱縮溫敏水凝膠[2]。

2．溫敏水凝膠的材料

常見的溫敏水凝膠有聚N-異丙基丙烯酰胺、殼聚糖聚合物、聚氧乙烯和環(huán)氧丙烷的嵌段共聚物等等。根據(jù)水凝膠來(lái)源，可分為天然水凝膠、合成水凝膠和混合水凝膠。天然聚合物水凝膠有著良好的生物相容性，例如殼聚糖。合成水凝膠具有比天然水凝膠更好的機(jī)械性，例如聚N-異丙基丙烯酰胺。混合水凝膠則是將兩種材料混合制出的水凝膠。不同水凝膠材料制備出的水凝膠各有各不同的特點(diǎn)[3]。

2.1 聚N-異丙基丙烯酰胺

聚N-異丙基丙烯酰胺分子主要由疏水性異丙基與親水性酰胺基構(gòu)成。酰胺基為親水基，可與水分子形成氫鍵，使水凝膠具備良好的水溶性。異丙基為疏水基，當(dāng)處于相轉(zhuǎn)變溫度時(shí)，親水基形成的氫鍵減少，此時(shí)，聚N-異丙基丙烯酰胺水溶性降低，出現(xiàn)凝固化。在醫(yī)學(xué)方面，它的相變溫度為32℃，在人體體表溫度附近，這是它最重要的特點(diǎn)，大大提高了該種水凝膠的利用率。而且治療銀屑病的溫敏水凝膠敷料絕大部分使用該種材料[2]。但是其機(jī)械強(qiáng)度低，不易制成膜狀水凝膠，我們通常會(huì)將其與機(jī)械強(qiáng)度較高的具有網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)物質(zhì)相結(jié)合，達(dá)到穩(wěn)定效果[4]。

2.2 殼聚糖聚合物

殼聚糖是由甲殼質(zhì)經(jīng)脫乙酰反應(yīng)后得到的一種線性聚合物。它大量存在于海洋生物、節(jié)肢動(dòng)物和昆蟲骨骼中[2]。有研究證明殼聚糖納米顆粒無(wú)毒來(lái)源廣，有良好的生物相容性、降解性、抗氧化性、抗菌性，可用于醫(yī)療、服裝、美容、建筑等多方面。有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，該種水凝膠可改善心功能[3]。在酸性溶液中，殼聚糖容易變成殼聚糖陽(yáng)離子，通過(guò)靜電作用，可以包埋帶負(fù)電荷的藥物。與其他水凝膠相比殼聚糖更具有安全性，但穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度方面需要進(jìn)一步改善。

3．溫敏水凝膠的釋藥性

在釋放藥物方面，從藥物釋放時(shí)間、生物相容性、毒性等各各方面來(lái)看，智能水凝膠比傳統(tǒng)藥物釋放材料各方面屬性都得到提升。溫敏水凝膠在這方面更是受到人們更多關(guān)注。不同的載藥溫敏水凝膠，都是根據(jù)不同病情時(shí)的生理狀態(tài)制備的。例如炎癥時(shí)的發(fā)熱、pH減小、釋放各種酶，都會(huì)導(dǎo)致體內(nèi)微環(huán)境發(fā)生改變，從而使溫敏水凝膠釋藥性達(dá)不到預(yù)期效果。因此，絕大數(shù)溫敏水凝膠都是在已知此時(shí)生理狀態(tài)情況下，制備出來(lái)的[5]。當(dāng)溫敏水凝膠的溫度達(dá)到相變溫度時(shí)，水凝膠的水溶性改變，體積會(huì)發(fā)生劇烈變化。溫敏水凝膠微觀為相互交聯(lián)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，處在水凝膠網(wǎng)內(nèi)的藥物受到擠壓后，將藥物釋放出來(lái)。藥物來(lái)到靶點(diǎn)附近，與靶點(diǎn)相結(jié)合，達(dá)到治療疾病的效果。

4．總結(jié)

溫敏水凝膠分子同時(shí)含有疏水性和親水性基團(tuán)，在相變溫度處，體積可發(fā)生劇烈變化，將藥物釋放出來(lái)。通過(guò)水凝膠的靶向作用，降低藥物的使用劑量，減少藥物對(duì)其他健康部位的損害。除醫(yī)療以外，溫敏水凝膠在其他多個(gè)領(lǐng)域運(yùn)用廣泛，前景寬廣，但是溫敏水凝膠的穩(wěn)定性和機(jī)械強(qiáng)度有待提升，且機(jī)體內(nèi)隨時(shí)發(fā)生變化的微環(huán)境，也給溫敏水凝膠帶來(lái)了不小問(wèn)題。因此，準(zhǔn)確判斷微環(huán)境狀態(tài)，將是我們需要關(guān)注的難題。