pH敏感性智能水凝胶的设计及其应用

水凝胶是一种交联的三维网状亲水性聚合物材料,具有与生物组织相似的特点并且能够吸收大量的水分。作为智能水凝胶的一种,pH敏感性水凝胶因其结构中含有大量碱性或酸性基团从而具有一定的pH敏感性。凭借这些特性,近年来pH敏感性水凝胶在生物、医学、物理、环境、纺织等众多研究领域备受关注。本文围绕p H敏感性水凝胶的响应机制、分类以及应用三个方面进行综述。在响应机制上,本文从响应过程、影响因素和溶胀扩散模型三方面进行综述;在分类上,根据水凝胶敏感性的不同分为溶胀-收缩类和溶胶-凝胶类两类,并进一步根据pH作用范围的不同将溶胀-收缩类细分为阴离子类、阳离子类以及两性离子类,溶胀-收缩类细分为硼酸酯类、酰腙类以及亚胺类;在应用研究上,本文总结了其在医学、环境、生物、智能检测、功能材料等热门领域的研究情况。最后,对pH敏感性水凝胶的未来的发展方向进行了展望。     

水凝胶功能改性研究与应用进展

水凝胶是一种三维网状亲水性高分子软材料,具有良好的固体力学和液体热力学性能,其自身柔软、可塑性强、生物相容性好,具有可降解性和刺激性响应特征。但传统方法制备的水凝胶有诸多缺陷,如有毒性、生物活性低、机械性能差等,使得其应用受限。本文综述了近10年来功能水凝胶制备与改性的主要研究进展及其应用现状,以多吸收位点和高机械强度等性能为主,重点阐述了国内外功能性水凝胶的最新制备方法,包括物理改性中的低分子复合材料交联与构建多重网络和化学改性中的接枝共聚等。详细介绍了该类功能材料在医药、生物、农业和食品等方面的应用现状与发展前景,特别关注了高效短时对外界环境微小变化具有响性的智能印迹水凝胶及其在检测领域的应用,为水凝胶的进一步开发和推广应用提供参考。     

肽自组装水凝胶的制备及在生物医学中的应用

短肽自组装水凝胶作为一种新型的生物材料,具有生物相容性高、免疫原性低、含水量高、降解产物可被机体重吸收利用、结构与天然细胞外基质类似等优点,使其在材料科学、生物医药及临床医学等领域具有广阔的应用前景。在这篇综述中,我们主要介绍了常用的几种制备稳定的肽自组装水凝胶方法,包括酶催化的水凝胶化、化学/物理交联的水凝胶化以及光催化的水凝胶化。进一步,我们介绍一些关于肽自组装水凝胶在药物递送和抗肿瘤治疗、抗菌和伤口愈合以及3D生物打印和组织工程中的应用。我们希望通过本文的论述能引起更多的人对肽自组装水凝胶的关注,以推进其在生物医学领域应用的发展。     

水凝胶流变学研究概况

水凝胶具有良好的生物相容性和生物可降解性,其结构呈三维网状结构,与细胞外基质相似,在药物释放和组织工程等领域具有广阔的应用前景,被广泛地用于生物制药、生物材料和医学等领域。流变学可以描述材料的流动特性和力学性能,水凝胶的粘弹响应对材料内部结构的变化也非常敏感,因此流变行为被视为研究水凝胶的一种重要方法。本文综述了流变学方法在水凝胶研究中的应用,介绍了水凝胶流变学的研究方法,讨论了影响水凝胶流变学特征的因素,并展望了水凝胶流变学的发展前景。     

高分子水凝胶在医学领域的研究进展

高分子水凝胶是具有三维网络结构的一种新型材料,吸水溶胀后质地柔软,与生物体组织相似,生物相容性和生物可降解性良好,具有一定的力学性能,因此在医学领域具有重要的应用。本文对高分子水凝胶在医学领域的研究热点进行了归纳总结,并重点阐述了高分子水凝胶在药物输送、组织工程支架、伤口敷料和生物传感器等医学领域应用的最新研究进展,并对其未来发展趋势进行了展望。     

光控水凝胶的构筑及在生物医药领域的应用

水凝胶由于具有优越的保水性、良好的生物相容性和可降解性,被认为是最接近人体组织的生物医用材料。通过构建环境敏感水凝胶可以高度拟合生物组织的微环境,实现其在组织工程与再生医学领域的应用。由于光具有非物理接触和时空分辨等优势,利用光调控技术可实现水凝胶微环境的精确构筑与调控。本文重点介绍了近年来光控水凝胶的构筑,以及在生物医学和材料领域的应用进展。     

生物黏合水凝胶研究进展

近年来,水凝胶在组织工程支架、伤口敷料和药物递送系统等生物医学领域得到广泛应用。其中,生物黏合水凝胶因具有良好的黏合强度和优异的生物相容性,并且可以替代传统的手术缝合用于止血及伤口处理而备受关注。本文在已有工作的基础上系统地概述了生物黏合水凝胶的制备方法,并详细地讨论了各种水凝胶的黏合机理。此外,总结了生物黏合水凝胶在生物医学中的应用,并展望了性能优异的生物黏合水凝胶的开发思路。     

水凝胶在人工眼角膜上的研究进展

理想的人工角膜植入材料要求物理化学性质稳定、生物相容性好、透光性高以及透气性好等,同时还应具有一定的折射能力,使得植入后能够达到矫正视力的目的。水凝胶因良好的生物相容性,及其对水溶性代谢产物如葡萄糖、营养物质、氧气等高的透过性,在眼科材料领域得到了非常广泛的应用。本文主要介绍了水凝胶材料在人工角膜上的研究进展,包括天然高分子水凝胶、合成高分子水凝胶、IPN互穿网络水凝胶以及高折射率有机-无机复合水凝胶。     

可注射的壳聚糖水凝胶的制备及应用进展

可注射的水凝胶由于其独特的性质在生物医学领域中备受关注。壳聚糖是自然界中唯一的一种阳离子多糖,具有含量丰富、价格低廉、生物相容性和生物可降解性良好等优点,经常被用来制备可注射的水凝胶。近年来,随着研究的进一步深入,通过采用各种化学或物理改性和修饰方法、引入各种生物功能分子或采用各种交联方法,具有优异性能的可注射的壳聚糖水凝胶不断涌现,其应用范围不断扩展,在实际应用中发挥了越来越重要的作用。本文主要介绍了常见的化学交联的和物理交联的可注射的壳聚糖水凝胶的制备方法,综述了其在药物载体、基因载体、细胞支架和伤口修复等生物医学领域中的应用进展,对其存在的问题及发展趋势进行了分析和展望,为可注射的壳聚糖水凝胶的进一步发展提供指导和借鉴。     

高分子增强水凝胶的制备策略及机理

高分子水凝胶是一类在医学、制药、软骨组织工程、人工肌肉、仿生制动器和吸附剂等领域具有广泛应用前景的高分子材料,但是由于高分子水凝胶的机械强度较低,很大程度上限制了其应用。近年来,高分子增强水凝胶受到许多国内外科学家的广泛关注。研究证明,增强后的高分子水凝胶具有抗溶胀性、较强的韧性、超高机械强度的特点,具有显著的应用价值。本文介绍了高分子水凝胶的概念、高分子水凝胶增强的机理,并详细归纳了高分子增强水凝胶的制备策略,主要包括浸泡在电解质溶液中制备水凝胶、纳米复合水凝胶、多网络水凝胶,总结了最新的研究进展。最后,基于目前高分子水凝胶存在的一些问题(如部分水凝胶生物相容性差、水凝胶在人体内无法降解、导电性差等),对未来高分子增强水凝胶发展以及可用于扩大天然材料应用领域、生物领域、环境修复领域做出了展望。     

水凝胶仿生柔性电子学

水凝胶力学性质与生物组织相似,生物相容性好,在生物电子学领域具有独特的优势.受生物组织——如皮肤、神经、肌肉等启发,发展了具有仿生结构和功能的水凝胶材料.以这种水凝胶材料制作而成的柔性电子器件具有感知温度、压力、应变、电场等外界刺激的功能,可模拟生物组织的传感能力,在仿生电子皮肤,人工肌肉,人工神经等领域具有重要的应用...     

基于动态化学的自愈性水凝胶及其在生物医用材料中的应用研究展望

自愈性材料具有自我修复损伤的特点, 能够增加使用材料的安全性, 延长材料寿命, 是一种具有损伤管理性能的智能新材料. 基于动态化学的自愈性水凝胶是近来备受关注的一种自愈性材料, 由具有动态特性的交联网络构建形成. 交联作用为动态化学键, 即非共价键, 如弱相互作用的氢键、分子间作用力(范德华力)、配位作用、亲疏水作用等, 或可逆共价键, 如温和条件下可逆的亚胺键、双硫键、酰腙键等. 这种材料具有本征性的自愈性, 一方面可应对外界破坏造成的损伤, 进行自我修复. 另一方面动态化学键对多种环境刺激具有响应性, 能自我调节以适应环境变化, 为将自愈性水凝胶开发为自适性多功能智能新材料奠定了基础. 水凝胶具有优越的生物相容性以及和生物组织的相似性, 在生物医用材料中如药物控制释放、组织工程修复、生物仿生等领域发挥着越来越大的作用, 而开发具有自愈性的多功能智能水凝胶, 将进一步拓展其应用. 综述了近来基于动态化学的自愈性水凝胶的制备及其在生物医用材料领域中的应用研究.     

UV光引发表面接枝两性离子水凝胶层的制备及抗细菌黏附性能

采用聚合和交联的SiO₂有机/无机杂化溶胶作为基材, 通过与两性离子单体层之间的过渡层, 在紫外光作用下引发杂化溶胶和两性离子单体溶液中的双键反应, 使生成的杂化层在基材和表面的两性离子聚合物之间形成辅助性黏接作用, 从而在基材表面构筑两性离子水凝胶层. 通过傅里叶红外光谱(FTIR)、 原子力显微镜(AFM)和接触角测试等方法对所制备的两性离子水凝胶层和杂化层的表面进行了表征. 以空白玻璃片为对照样品, 以金黄色葡萄球菌和大肠杆菌为试验菌, 研究了用两性离子凝胶层修饰的玻璃表面的抗细菌黏附性能. 结果表明, 在SiO₂杂化过渡层中引入线型-Si-(CH₂)₂-O-链段可有效提高杂化过渡层对基材的附着力, 并改善其柔韧性. 与对照样品相比, 用两性离子凝胶层修饰的玻璃表面具有优异的抗菌黏附性能.     

仿贻贝水凝胶在组织愈合中的应用研究

手术线缝合和订皮钉固定是外科手术中修复组织损伤的常规方法,但是对于相对脆弱的软组织,使用组织粘合剂是代替常规组织修复的重要方法之一.尽管合成的组织粘合剂已经得到广泛应用,但是仍然存在一些缺点,例如湿润环境中粘合性差和潜在毒性等.纤维蛋白胶具有良好的止血性能,但是存在拉伸性和粘附性差、价格昂贵等缺点.仿生粘合剂作为组织粘附剂、止血剂或密封剂在临床手术中应用广泛.然而,在组织创伤的修复应用中,发展耐水粘附、具有生物相容性,多功能一体化的医用粘合剂是近年来研究的热点和难点.自从Messersmith课题组报道了受贻贝启发的多功能聚多巴胺涂层以来,含有酚羟基的材料由于其抗氧化、抗菌消炎等功效,被广泛地应用于医学、食品、化妆品和水处理等领域.仿贻贝水凝胶具有优异的组织粘附性、止血抑菌性、生物安全性和可塑性,是理想的医用粘合剂材料.概述了多酚-合成高分子水凝胶、多酚-生物大分子水凝胶、多酚-无机纳米材料复合水凝胶以及聚多巴胺纳米颗粒复合水凝胶在组织粘附、止血抑菌等方面的研究进展和在组织愈合中的应用探索.总结了多酚水凝胶作为医用组织粘附剂、止血剂、密封剂仍需解决的关键问题,并对此领域的发展趋势进行了展望,有助于推动仿贻贝水凝胶作为新兴生物粘合剂在医学领域中的应用.     

具有规整结构和高强度的水凝胶研究进展

人造水凝胶普遍存在结构不规整的问题,即交联点无序性分布和链节长短不一。这就导致人造水凝胶存在机械性能差、响应速度慢、溶胀之后回复性不好等缺点,大大限制了其在生物医学和工业等领域的应用范围。然而,生物凝胶却普遍具有规整的微结构和优异的性能。制备具有规整结构的水凝胶已经成为一个具有挑战性的重要课题。本文综述了制备具有规整结构的高强度水凝胶的研究进展。     

海藻酸钠水凝胶的制备及其在药物释放中的应用

近年来,由于智能水凝胶在药物的控制释放、基因传送、组织工程等领域的应用前景诱人,研究者对智能水凝胶的研究十分活跃。合成类水凝胶常用的单体有丙烯酸及其衍生物、丙烯酰胺及其衍生物等,合成水凝胶具有较好的稳定性,但其生物降解性和生物相容性较差。天然类水凝胶的原料主要有壳聚糖、海藻酸钠、纤维素、淀粉等。由于这些天然多糖具有较好的生物相容性和生物降解性,同时价廉易得,因此,天然类水凝胶在药物控制释放领域更具有优势。海藻酸钠是β-D-甘露糖醛酸(β-D-mannuronic,M)和α-L-古洛糖醛酸(α-L-guluronic,G)按照(1→4)糖苷键连接而成的线型聚合物,每个糖醛酸单元上含有一个羧基,因此,海藻酸钠在中性或碱性条件下呈现聚阴离子电解质的性质。本文综述了海藻酸钠水凝胶的制备方法,包括物理交联法、化学交联法、酶交联法、互穿聚合物网络等;概述了海藻酸钠水凝胶在药物释放中的应用,包括口服给药、皮下给药、黏膜给药、肺部给药、经皮给药等;最后讨论了海藻酸钠水凝胶在研究与应用中存在的问题。     

甲基丙烯酰胺基明胶水凝胶研究进展

甲基丙烯酰胺基明胶(GelMA)水凝胶的制备及其在生物医学领域的应用是最近十几年的研究热点。GelMA水凝胶因其独特的光致交联特性,可以加工成不同形貌的水凝胶支架材料,同时,因其具有可控的力学性能、降解性能,以及优秀的生物相容性,已成为具有广泛应用前景的生物高分子聚合物材料。本文主要介绍了GelMA水凝胶在止血材料、创伤敷料、组织工程支架、药物控释、骨缺损修复等领域的研究进展。     

天然高分子材料水凝胶的制备及其应用进展

水凝胶是一种由高分子聚合物构成的三维网络材料,用自然界中天然存在的高聚物及其衍生物材料构建水凝胶,具有生物相容性、环境敏感性高、生物可降解性和对环境无污染等优势。本文介绍了近几年天然高分子水凝胶材料在医药卫生、食品、农业和环保等领域的应用情况;并按材料来源的不同,分类综述了蛋白质、多肽类水凝胶,海藻多糖水凝胶,动物多糖水凝胶,植物多糖水凝胶,其改性和制备复合水凝胶的最新技术、功能特性以及应用领域;最后对天然高分子水凝胶制备的改进方向和重点应用领域进行了展望。     

DNA水凝胶的制备及生物应用

DNA具有良好的生物相容性、生物可降解性、分子识别特性、纳米尺寸可控及特异编码等特性。近年来,DNA扮演了多种角色,不仅仅是作为生物体系的遗传物质,同样作为生物材料被用于纳米结构的构建。DNA水凝胶既保持了DNA本来的生物特性又兼具普通凝胶的特性,比如形状可塑性、一定的机械强度、输送物质等特性。DNA水凝胶按照凝胶形成化学键的类型可以分为共价键形成的化学凝胶和非共价键形成的物理凝胶; DNA水凝胶中可以引入特异性响应不同刺激的基团或者序列,从而实现对不同刺激的灵敏性响应进而拓宽DNA水凝胶的应用范围。按照刺激响应性分类可分为pH敏感型、光敏感型、温度敏感型和小分子敏感型等水凝胶。DNA水凝胶的这些特有的性质很好地将DNA纳米技术和生物技术连接起来,为其应用提供了广阔的前景。DNA水凝胶作为一种具有智能响应的材料也越来越多地被应用到生物传感、药物输送、三维细胞培养等方面。本文主要综述了DNA 水凝胶的分类以及近几年来DNA水凝胶中的不同刺激响应型DNA水凝胶的制备及其生物应用,最后对其以后的研究前景进行了展望。     

水凝胶纳米粒及其在生物医药领域的应用

作为环境响应性和纳米控释给药系统，水凝胶纳米粒主要用于毒副作用大、生物半衰期短、易被生物酶降解的多肽类、蛋白质等生物大分子药物的给药，在生物医药领域具有越来越广阔的应用前景。本文主要综述了水凝胶纳米粒的分类、制备方法及其在生物医药领域的应用。