溫敏水凝膠研究進展

王高慧 馮典 康耘滋

西安醫學院醫學技術學院

智能水凝膠是近年來興起的一種用途寬廣，制作簡便的材料。該種材料可用于裝載、運輸藥物，并有著良好的生物粘附性和親水性。與早期的水凝膠相比，新型智能水凝膠對外界環境刺激更加敏感。例如溫度、壓力、光等特殊因素，均可使新型智能水凝膠發生改變。根據刺激物不同，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理

溫敏性水凝膠的主要特點是體積在某一特定溫度而發生改變。除此之外，它還有制作簡單、應用廣泛的優點。在某一溫度附近變化時，水凝膠體積發生劇烈收縮或膨脹，此時的溫度我們通常稱為相轉變溫度。溫敏水凝膠分子內含有疏水分子和親水分子，在該溫度發生改變時，不僅分子間的相互作用力改變，分子內相互作用力也改變，因此改變了水凝膠的網狀結構，進而發生體積的改變。部分溫敏材料在高于相轉變溫度時，會發生溶解，在低于相轉變溫度時，會劇烈收縮，出現渾濁。有部分溫敏材料與之相反，在低于相轉變溫度時，會發生溶解，在高于相轉變溫度時，會劇烈收縮，出現渾濁。根據變化機理發生狀態不同，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、聚氧乙烯和環氧丙烷的嵌段共聚物等等。根據水凝膠來源，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[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，當處于相轉變溫度時，親水基形成的氫鍵減少，此時，聚N-異丙基丙烯酰胺水溶性降低，出現凝固化。在醫學方面，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，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]。但是其機械強度低，不易制成膜狀水凝膠，我們通常會將其與機械強度較高的具有網狀結構物質相結合，達到穩定效果[4]。

2.2 殼聚糖聚合物

殼聚糖是由甲殼質經脫乙酰反應后得到的一種線性聚合物。它大量存在于海洋生物、節肢動物和昆蟲骨骼中[2]。有研究證明殼聚糖納米顆粒無毒來源廣，有良好的生物相容性、降解性、抗氧化性、抗菌性，可用于醫療、服裝、美容、建筑等多方面。有動物實驗發現，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離子，通過靜電作用，可以包埋帶負電荷的藥物。與其他水凝膠相比殼聚糖更具有安全性，但穩定性和機械強度方面需要進一步改善。

3．溫敏水凝膠的釋藥性

在釋放藥物方面，從藥物釋放時間、生物相容性、毒性等各各方面來看，智能水凝膠比傳統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注。不同的載藥溫敏水凝膠，都是根據不同病情時的生理狀態制備的。例如炎癥時的發熱、pH減小、釋放各種酶，都會導致體內微環境發生改變，從而使溫敏水凝膠釋藥性達不到預期效果。因此，絕大數溫敏水凝膠都是在已知此時生理狀態情況下，制備出來的[5]。當溫敏水凝膠的溫度達到相變溫度時，水凝膠的水溶性改變，體積會發生劇烈變化。溫敏水凝膠微觀為相互交聯的網狀結構，處在水凝膠網內的藥物受到擠壓后，將藥物釋放出來。藥物來到靶點附近，與靶點相結合，達到治療疾病的效果。

4．總結

溫敏水凝膠分子同時含有疏水性和親水性基團，在相變溫度處，體積可發生劇烈變化，將藥物釋放出來。通過水凝膠的靶向作用，降低藥物的使用劑量，減少藥物對其他健康部位的損害。除醫療以外，溫敏水凝膠在其他多個領域運用廣泛，前景寬廣，但是溫敏水凝膠的穩定性和機械強度有待提升，且機體內隨時發生變化的微環境，也給溫敏水凝膠帶來了不小問題。因此，準確判斷微環境狀態，將是我們需要關注的難題。