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。     

仿生天然高分子水凝胶在医用材料方面的应用

天然高分子水凝胶具有高度水合的三维网络结构,显示出独特的粘附性,能有效地控制出血,减少二次感染,且生物相容性和生物降解性好,是一种理想的医用粘合剂材料。近年来,鉴于目前医用粘合剂研发制备中对水下湿粘性以及生物降解性能等要求越来越严格,具有耐水粘附性、生物安全性和形状可控性的新型粘附材料成为研究的热点和难点。自然界生物对各种基质的粘附性主要取决于其组成或结构,利用天然高分子水凝胶材料进行仿生,可以使其兼具优异的组织粘附性、止血抑菌性和形状可控性等特性,是解决上述问题的有效策略。本文概述了两种类型的仿生天然高分子水凝胶材料粘附机制,针对性地讨论了贻贝、藤壶、牡蛎的组成特性和咸水鱼、细胞外基质(extracellular matrix)的结构特点以及粘附机理,并介绍了相应仿生天然高分子水凝胶材料在组织愈合、伤口止血及药物递送方面的研究进展。最后,对仿生天然高分子水凝胶在未来的发展方向进行展望并为其提供相应的建议。     

羧甲基纤维素基复合水凝胶的研究及应用进展

羧甲基纤维素(CMC)水凝胶是一种具有亲水性的天然三维聚合物材料,具有高吸水性,因此以羧甲基纤维素钠制备的水凝胶安全无毒可生物降解,被广泛应用于医药、食品、农业和环境等领域,作为保鲜材料、抗菌材料、生物传感器、药物输送系统和去除重金属的吸附剂。本文按CMC复合水凝胶材料来源的不同,分类综述了大分子/CMC水凝胶、单体/CMC水凝胶和无机物/CMC水凝胶的研究进展、功能特性以及应用领域,为羧甲基纤维素复合水凝胶的研究提供一定的思路和理论依据。总结此方向研究中不同材料对羧甲基纤维素复合水凝胶性能的提升情况,同时对羧甲基纤维素水凝胶的应用前景进行了展望。     

生物可降解高分子交联剂的研究进展

交联剂是制备水凝胶不可或缺的成分,其组成和结构影响了水凝胶的性能及应用.生物可降解性和生物相容性是作为组织工程支架、药物载体等生物医用材料所必需具备的性能.利用生物可降解性物质作为交联剂来制备化学凝胶,赋予了水凝胶上述性能,满足其作为生物医用材料的要求,拓宽水凝胶应用领域.本文主要总结了近年来多糖类(壳聚糖类、海藻酸类...     

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。     

天然高分子复合羟基磷灰石材料的制备与应用

羟基磷灰石(HA)是人类与动物骨骼中主要无机物组成成分,因其具有良好的生物相容性、生物活性和骨传导作用,作为新型合成生物材料已应用于骨组织的修复与替代技术。本文在介绍HA主要制备方法(如:沉淀法、乳液法、水热反应法、溶胶-凝胶法、机械化学法、固态合成法、水解法、超声化学法、热解法、模板法和电沉积法等)和应用的基础上,重点综述了各类天然高分子与HA复合材料的制备及应用研究进展。天然高分子,如:纤维素、淀粉、甲壳素、壳聚糖、蛋白(包括胶原蛋白、明胶、角蛋白、丝蛋白和植物蛋白)等,与HA复合后制备的天然高分子复合羟基磷灰石材料,在保持其生物相容性的同时,又能改善复合材料的机械性能与生物活性,使其可用于医用材料、载体材料和吸附分离材料。最后,本文指出为了满足生物体内的特殊环境(如强的韧性、与骨生长速度匹配性能等)及不同领域的要求,天然高分子复合HA材料需要发展的方向。     

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。     

外敷用高分子材料研究进展

皮肤受损后需要立即使用外敷材料,从而加速止血、保护创面、防止细菌感染,并促进创面愈合。本文在介绍伤口的分类和敷料的选择的基础上,就典型的敷料制备、干燥和成型技术,以及目前常见的外敷材料药物负载方法进行了概述。其次,重点阐述了天然高分子和合成高分子外敷材料的最新研究进展。其中天然高分子因其生物相容性好、生物可降解等特点,常用于治疗烧伤、创伤引起的皮肤和组织缺损。而合成高分子优点为:具有很长的保质期、较强的机械性能和较低的炎症反应,几乎没有携带病菌并传播的风险。目前,改性天然高分子、合成高分子及其复合材料已经在生物医药、材料学领域受到越来越多的关注。纳米技术和药物控释技术的发展,将会大大推动外敷材料的研究开发并拓宽其应用领域。     

交联型温度/pH双敏水凝胶的设计与制备

刺激响应型水凝胶是其结构和性能随环境条件的变化而发生改变的一类智能高分子材料。由于温度和pH值是生物和化学系统的两个重要因素,也是人体的重要生理指标,因此温度/pH双重响应型水凝胶的制备及其在医药领域的应用研究具有重要的理论和现实意义。论文综述了近年来国内外温度/pH双敏水凝胶的设计与制备方法,并对其制备与应用的发展方向进行展望。     

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。     

含儿茶酚基团的湿态组织粘附水凝胶

湿态粘附作用对于生命的孕育和发展具有重要意义。水凝胶是一类兼具固液特性的智能材料，组织粘附水凝胶因多功能性和生物相容性而被广泛应用于伤口闭合和修复、细胞工程、组织工程等领域。然而，湿态组织表面的水合层阻碍了组织粘附水凝胶与组织表面形成界面粘附键。面对这一挑战，受海洋贻贝足丝蛋白中DOPA的儿茶酚基团是水下粘附的关键结构的启发，含儿茶酚基团的湿态组织粘附水凝胶的研究引起了广泛关注。本综述介绍了贻贝足丝蛋白(Mfps)的结构及湿态粘附机理，并将儿茶酚衍生物分为天然Mfps或利用基因工程合成的Mfps、含儿茶酚基团的小分子化合物、儿茶酚基团改性的天然高分子以及含儿茶酚基团的合成功能高分子；随后，概述近十年含儿茶酚基团的湿态组织粘附水凝胶在组织创口修复材料、生物涂层材料、靶向型药物输送材料、生物电子设备材料的研究进展；文末，展望了此类水凝胶材料未来发展面临的机遇和挑战。     

药物控制释放用天然多糖载体的制备技术研究进展

药物的控制释放体系是生物医用材料研究领域的重要课题,其支撑点是要有性能良好的高分子药物载体。由于天然多糖作为药物控制释放材料具有比合成聚合物更多的优势,因而一直是国内外学者研究的重点。文章从微球与胶囊、水凝胶、压缩膜三方面分别对天然多糖药物载体的制备技术进行了简述,并提出了多糖研究中存在的主要问题和今后的研究重点。     

导电水凝胶的制备

作为一种新型的功能材料,导电水凝胶已经引起广泛的关注。本文根据目前的研究现状,将导电水凝胶大致分为聚电解质导电水凝胶,酸掺杂导电水凝胶,无机物添加导电水凝胶以及导电高分子基导电水凝胶等几大类,并综述了它们的制备方法。另外,由于大分子体系的导电高分子和水凝胶都有着独特和重要的性能,这使得它们具有广阔的应用价值。所以,本文在综述导电水凝胶制备进展的同时着重综述了导电高分子基导电水凝胶的制备进展。     

天然高分子材料研究进展

综述了近年来天然高分子材料的研究进展。主要介绍纤维素、木质素、淀粉、甲壳素、壳聚糖、其它多糖、蛋白质以及天然橡胶等天然高分子通过化学、物理方法以及纳米技术改性制备具有各种功能及生物可降解性环境友好材料的研究状况,并对此类新材料的应用前景进行了展望。     

壳聚糖基智能水凝胶的研究进展

壳聚糖是一种天然高分子,含有氨基和羟基等特征基团;水凝胶是一种高分子交联网络体系,具有亲水性,在水中能够溶胀并保持大量水分而不溶解;“智能化”是自发地对外界环境刺激产生响应的一种特性.壳聚糖基智能水凝胶具有良好的生物相容性和可降解性,正倍受广大研究学者的关注.文章综述了近年来关于pH敏感型、温度敏感型以及pH/温度双重敏感型壳聚糖基智能水凝胶的研究概况,介绍了壳聚糖基水凝胶在医学领域如组织工程、药物释放方面的应用并对其未来的发展方向进行了探讨.     

CO2/生物基环氢化合物共聚制备绿色聚碳酸酯材料

以CO_2为原料合成脂肪族聚碳酸酯材料不仅利用了廉价、可再生的CO_2资源,而且可以实现全生物降解高分子材料的制备,是一条绿色可持续的高分子材料合成路线。但长期以来,该领域研究多集中在利用CO_2与一些石油来源的环氧烷烃(如环氧丙烷、环氧环己烷等)共聚方面,未能完全摆脱对石油资源的依赖。因此,发展基于生物基的环氧单体制备全生物基高分子材料逐渐成为CO_2基高分子材料研究的热点。生物基来源化合物的引入有助于丰富CO_2基高分子材料的结构和性能,拓展其应用领域。本文综述了近年来利用生物基环氧化合物与CO_2共聚合成全生物基高分子材料的研究进展,并对未来该领域发展的趋势进行了展望。     

非共价键交联海藻酸钠水凝胶的制备与性能

天然多糖海藻酸钠制备的水凝胶具有优越的生物相容性和生物组织相似性,作为生物医用材料在药物控制释放、组织工程支架、抗菌材料及创伤敷料等领域发挥着越来越大的作用。本文在介绍海藻酸钠物化性质的基础上,重点综述了非共价键交联(静电作用、氢键、范德华力、亲疏水作用等)海藻酸钠水凝胶的制备方法以及性能表征方法,最后讨论了制备方法及性能表征研究中的一些需要解决的问题。     

点击化学在生物医用高分子中的应用

点击化学的概念提出不到10年,由于其反应条件温和,反应效率高,产物后处理简单等诸多优点而备受关注。本文概述了点击化学技术应用于生物医用高分子材料的合成,主要介绍了铜催化叠氮炔环加成(copper-catalyzed azide-alkyne cycloaddition)点击化学合成和制备多功能性和智能响应性高分子用于非病毒高分子基因载体、高分子胶束药物载体和水凝胶控制释放体系等的研究和最新进展,提出了点击化学在生物医用高分子材料合成中应用的主要问题,并对其发展前景进行了展望。     

基于改性多糖交联的生物可降解水凝胶的合成及其释药性

在4-二甲氨基吡啶(DMAP)的催化下,天然高分子海带多糖(Lam)与甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA)发生亲核取代反应,制备出一种新型水溶性生物可降解交联剂——甲基丙烯酸缩水甘油酯接枝海带多糖(Lam-GMA)。以Lam-GMA为交联剂,与丙烯酰胺(AM)单体共聚制备水凝胶。在生理条件与脂肪酶的作用下,对凝胶的溶胀特性和降解行为进行研究。以牛血清白蛋白(BSA)为模型高分子药物,包埋在水凝胶中,研究其降解释药行为。结果表明,GMA接枝到Lam链的反应转化率很高,并且接枝率可控;交联剂用量越大,水凝胶降解所需时间越长;随着水凝胶的降解BSA缓慢释放。     

聚乙烯醇和丙烯酸-β-羟乙酯水凝胶的摩擦学特性

合成水凝胶是由水溶性单体聚合得到的轻度交联的高分子柔顺链网络 .高分子交联网络与水之间的相互作用决定着水凝胶的物理化学性质[1,2 ] .水凝胶常应用于生物医学材料和生物传感器等方面 .如接触眼镜的材料就常用甲基丙烯酸 -β-羟乙酯和聚乙烯醇 (PVA)为主要成分的水凝胶 ,所以对其摩擦性质的研究会丰富对生物医用材料的认识 .关于水凝胶的摩擦性质的研究 ,除 Osada等[3] 研究了聚乙烯醇及一些天然水凝胶在几牛顿到几十牛顿的负载下的摩擦行为外 ,尚少报道 .PVA水凝胶的结晶度对其性能影响甚大 ,但他们没有涉及结晶度与 PVA水凝胶的摩…