pH敏感高分子水凝胶的合成及性能研究
【CN109912850A】包载外泌体的自愈合水凝胶及其制备方法和应用【专利】
(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910181850.9 (22)申请日 2019.03.11 (71)申请人 同济大学 地址 200092 上海市杨浦区四平路1239号 (72)发明人 袁伟忠 王春堯 汪芮 谢晓云 刘阳 (74)专利代理机构 上海科律专利代理事务所 (特殊普通合伙) 31290 代理人 叶凤 (51)Int.Cl. C08L 1/28(2006.01) C08L 5/08(2006.01) C08J 3/075(2006.01) C08B 11/20(2006.01) C08G 65/332(2006.01) C08B 37/08(2006.01)C08G 81/00(2006.01)A61L 26/00(2006.01) (54)发明名称包载外泌体的自愈合水凝胶及其制备方法和应用(57)摘要本发明提供了一种包载外泌体的自愈合水凝胶及其制备方法和应用，制备方法为：将甲基纤维素与对醛基苯甲酸反应修饰为醛基化甲基纤维素；壳聚糖与甲基聚乙二醇通过酰胺化反应得到中性条件下可溶解的聚乙二醇化的壳聚糖；通过离心的方法从胎盘间充质干细胞上清液中分离得到外泌体，将外泌体、醛基化甲基纤维素和聚乙二醇化的壳聚糖混合后即可通过醛基化甲基纤维素上的醛基与聚乙二醇化的壳聚糖分子中的氨基形成动态可逆希弗碱的交联网络结构即可；该自愈合水凝胶在运动处皮肤创伤修复中可以应用；由于凝胶具有抗菌性和外泌体在凝胶中表现出的缓释作用，使得本发明的包载外泌体的自愈合水凝胶具有良好的生物相容性、良好 的自愈合性能和降解率。权利要求书2页 说明书10页 附图4页CN 109912850 A 2019.06.21 C N 109912850 A
pH敏感型脂质体的研究进展
pH敏感型脂质体的研究进展 10072855 王剑磊高材075 摘要：本文对脂质体，着重对pH敏感型脂质体以及pH敏感型类脂组的系统组成作了一个较简单的介绍，并阐述了临界pH的影响因素及其应用。 关键词：pH敏感型脂质体、pH敏感型类脂组成的系统、临界pH的影响因素 脂质体（Liposome）是利用磷脂双分子层膜所形成的囊泡包裹药物分子而形成的制剂。由于生物体质膜的基本结构也是磷脂双分子层膜，脂质体具有与生物体细胞相类似的结构，因此有很好的生物相容性。脂质体进入人体内部之后会作为一个“入侵者”而启动人体的免疫机制，被网状内皮系统吞噬，从而在肝、脾、肺和骨髓等组织中靶向性地富集。这就是脂质体的被动靶向性。脂质体主要成分是磷脂和胆固醇，其类似细胞膜的微球体。20世纪年代末Rahman等人首先将脂质体作为药物载体应用。70年代初用脂质体作为药物载体包埋淀粉葡萄糖甘酶治疗糖原沉积病首次获得成功。脂质体作为药物载体具有使药物靶向网状内皮系统、延长药效、降低药物毒性、提高疗效、避免耐受性、改变给药途径等优点，但脂质体作为药物载体仍存在对有些疾病的靶向特征不理想、体内稳定性和贮存稳定性欠佳等缺点，因而限制了脂质体的临床应用和工业化生产。近年来人们逐渐研制出长循环脂质体、前体脂质体、聚合膜脂质体等新犁脂质体以提高脂质体的稳定性;设计开发了温度敏感脂质体、pH敏感脂质体、免疫脂质体、磁性脂质体等新型脂质体以提高脂质体的靶向性。本文将着重对pH敏感型脂质体的研究进展做一综述。 1．pH敏感型脂质体(pH—sensitive Liposomes ) pH敏感型脂质体是指在低pH时脂肪酯羧基质子化而引起六角相形成，导致膜融合而达到细胞内靶向和控制药物释放的功能性脂质体，是用含有pH敏感基团的脂质制备的，可在一定程度上避免溶酶体降解并增加包封物摄取量和稳定性，有效地将包封物转运到胞浆。基于肿瘤间质液pH比正常组织低，应用pH敏感型脂质体载药能获得较非pH敏感型脂质体更好的转移效果。此外，PH敏脂质体在基因治疗中也得到了应用。Dzau VJ等利用病毒细胞融合脂质体的特点，将日本血细胞凝集病毒( HVJ )与脱氧寡核苷酸或质粒DNA脂质体复合，能诱导DNA直接进入细胞浆。pH敏感型脂质体的开发为大分子药物人工基因片段的胞内投递提供了手段。随着脂质体生产工艺研究的深入和不断完善，pH敏脂质体将成为临床治疗中的一种重要手段。pH敏感型脂质体在酸性环境中不稳定，而在细胞内吞过程中，在核内体始降低，所以设计合适的pH敏感型可以使其到达溶酶体前将内容物释放中，从而保证药物的活性。此外，炎染区域，某些肿瘤组织或局部缺血时异常酸化现象，所以在pH7 .4 ～6 .5范围内的pH敏感型脂质体对于药物的传递释很大的临床应用价值。 2．pH敏感型类脂组成的系统
高分子水凝胶
高分子水凝胶 凝胶是指溶胀的三维网状结构高分子。即聚合物分子间相互连结，形成空间网状结构，而在网状结构的孔隙中又填充了液体介质。 药用的凝胶大部分是水凝胶（hydrogel），它们通过制剂的形式进入体内后吸收体液自发形成。水凝胶是指一种在水中能显著溶胀、保持大量水分的亲水性凝胶，为三维网络结构，多数水凝胶网络中可容纳高分子本身重量的数倍至数百倍的水，它不同于疏水性的高分子网络如聚乳酸和聚乙醇酸（只有有限的吸水能力，吸水量不到10%）。水凝胶中的水有两种存在状态。靠近网络的水与网络有很强的作用力，这种水在极低温度下又有冻结的和不冻结之分，而离网络比较远的水与普通水性质相似称为自由水。 影响水凝胶形成的主要因素有浓度、温度和电解质。每种高分子溶液都有一个形成凝胶的最小浓度，小于这个浓度则不能形成凝胶，大于这个浓度可加速凝胶。对温度来说，温度低，有利于凝胶，分子形状愈不对称，可胶凝的浓度越小，但也有些高分子材料加热后胶凝，低温变成溶液。电解质对胶凝的影响有促进作用也有阻止作用，其中阴离子起主要作用。 水凝胶从来源分类，可分为天然水凝胶和合成水凝胶；从性质来分类，可分为电中性水凝胶和离子型水凝胶，离子型水凝胶又可分为阴离子型、阳离子型和两性电解质型水凝胶。 根据水凝胶对外界刺激应答情况不同，水凝胶又可分为两类：①传统的水凝胶，这类水凝胶对环境的变化，如PH或温度变化不敏感；②环境敏感水凝胶，这类水凝胶对温度或PH 等环境因素的变化所给予的刺激有非常明确和显著的应答。 不同结构、不同化合物的水凝胶具有不同的物理化学性质如溶胀性、触变性、环境敏感性和黏附性等： （一）溶胀性：水凝胶在水中可显著溶胀。溶胀性是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，这是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀可分为两个阶段：第一阶段是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小）；第二阶段是液体分子的继续渗透，这时凝胶体积大大增加。溶胀的大小可用溶胀度（swelling capacity）来衡量。 （二）环境敏感性：又称智能水凝胶，根据环境变化的类型不同，环境敏感水凝胶又分为如下几种类型：温敏水凝胶、PH敏水凝胶、盐敏水凝胶、光敏水凝胶、电场响应水凝胶、形状记忆水凝胶。非离子型水凝胶溶胀性只取决于聚合物的化学组成，而与外界环境无关。（三）黏附性：或称黏着或黏接等。一般指的是同种或两种不同的物体表面相黏接的现象。除非其中之一为具有黏附性的材料，或者两个表面能通过物理、化学作用而产生黏附性，否则就要用到胶黏剂。在现代新型的药物制剂中为了通过黏附作用达到长效、缓释和靶向给药的目的，往往使用聚合物水凝胶，以达到在生物体上黏附的目的。 由于水凝胶具有良好的生物相容性,对药物的释放具有缓释、控释作用及可吸水膨润等优点,引起了众多研究者的浓厚兴趣,在中药领域也逐渐得以研究应用.如把一些传统的中药散
高分子水凝胶综述
高分子水凝胶综述 摘要 在这篇综述中，笔者以高分子水凝胶为探究的领域，围绕其产生、发展、应用等诸方面，浅层次地加以论述。论文大体的探讨方式是这样：首先以高分子水凝胶的出现为基点，考察其定义的由来以及与吸水树脂之间的关系；然后以高分子水凝胶潜在应用价值的属性为导向线，对其进行分类，讨论相应的制备方法和水凝胶性能各类表征方法；接着突出强调环境敏感性水凝胶的制备及响应原理；而水凝胶实际应用及缺陷则作为最后系统概括。 关键词：高分子水凝胶应用性能制备 产生、定义与比较 高分子水凝胶的合成可以追溯到20世纪50年代后期，Wichterle和Lim合成了第一个医用甲基丙烯酸羟乙酯（HEMA）水凝胶[1]。对于高分子水凝胶的定义，各个文献报道的都很接近，即由带有化学或物理交联的亲水性高分子链形成的三维固体网络[2]，在水环境下高分子水凝胶能够发生吸水溶胀，甚至有的吸水能超过其自重好多倍（图1） 图1凝胶吸水溶胀前与溶胀后的比较（左侧为吸水溶胀后，右侧为吸水溶胀前）
同时，笔者发现，高分子水凝胶与吸水树脂之间的关联需要被加以认知。吸水树脂本身就是一种新型功能高分子材料，具有亲水基团，能吸收大量水分而又能保持水分不外流。当水分子通过扩散作用及毛细作用进入到树脂中时，形成的树脂即称为高分子水凝胶。也就是说，吸水树脂是高分子水凝胶的前身，且当树脂经吸水后才成为水凝胶。 此外，对于高分子水凝胶的吸水并且保水的机理也需要加以阐述。从化学结构上来分析，凝胶是分子中含有亲水性基团和疏水性基团的交联型高分子。在凝胶的交联网格里，必然存在很多疏水性基团朝外，亲水性基团朝里的结构，在这样的结构下，亲水性基团与水分子以氢键等方式进行结合，疏水性基团在外头形成的屏障可以有效地间隔不同的内亲水网格，起到容纳水分子容器的作用（图 2）。 O OH R O O H R O O H R O O H R O OH R O OH R O OH R O H H 图2 凝胶保持水分子示意图 图2中，右下侧的疏水性基团是朝内的，这表明凝胶亲水性网格结构内部也是含有非亲水性基团的；而水分子与亲水链上的氧之间形成了氢键。 此外，还能说明一个问题：理论上能够和亲水性基团之间发生水合而吸附在高分子聚合物周围的水分子，其厚度最多不过2~3层，第一层水分子是由亲水性基团与水分子形成的配位键或氢键的水合水，第二层或第三层则是水分子和水合水形成的氢键结合层，作用力随层数的增加而不断减弱。而凝胶之所以能够吸收更多的水分，原因就在于其交联网格结构。这样的结构是包裹式的，以立体三维式取代了平面式，而且链上亲水性基团的复杂交错，给容纳水分提供了优良的环境。
聚肽类环境敏感性水凝胶的制备及性能研究
聚肽类环境敏感性水凝胶的制备及性能研究本论文在前人研究的基础上,以聚肽为原料、开发了性能更为优异的环境敏感性水凝胶体系,主要研究了以聚天门冬氨酸为代表的氨基酸均聚物水凝胶体系、以及多肽RATEA16为代表的氨基酸共聚物自组装水凝胶体系。对聚天门冬氨酸水凝胶体系,我们研究了制备条件对产品敏感程度的影响,得出较高的水解最终pH 值可以提高水凝胶的溶胀一去溶胀响应速度的结论,这主要是由于水解最终pH 值严重影响着其微观聚合物结构、以及宏观的凝胶表面形态。 我们还比较详细的阐述了聚天门冬氨酸水凝胶的pH敏感性,由于其中同时 含有酸性、碱性基团,它属于两性pH敏感水凝胶,因此它在高、低pH处均有较大的溶胀比,而在中间pH处溶胀比较小；同时,它对离子强度的变化更加敏感。众所周知,一种新材料的研发必然是要以大规模生产为最终目标,因此,聚天门冬氨酸水凝胶也必然要面临将实验室小试结果放大的阶段。 我们采用响应面法优化聚天门冬氨酸水凝胶的制备工艺,从而达到提高放大实验所得的产品最高吸水能力的研究目的。实验得到了一个能够很好的拟合实验数据的多项式模型,经过小试以及放大实验的验证,模型的预测值与实验测量值 十分吻合。 通过制备工艺的优化,产品的溶胀比提高了大约60%。此外,我没呢还对聚天门冬氨酸水凝胶进行了改性。 首先,采用物理的冻融循环技术结合少量化学交联剂来制备聚天门冬氨酸水凝胶,以达到在保证产品的生物降解性和生物相容性不变的前提下,减少制备过 程中化学交联剂毒毒性的目的。实验发现控制制备工艺中冻融循环的条,就可以在一定程度上控制产品最终的结构和性质。
为了弥补聚天门冬氨酸水凝胶机械强度差的缺陷,我们采用半互穿网络技术,以聚天门冬氨酸钠盐为线性组份、以交联型聚丙烯酸为网络结构,在水相反应体系中制备PAsp/PAAc半互穿网络结构水凝胶。实验证实了溶胀后的PAsp/PAAc 半互穿网络水凝胶以一个聚电解质复合物的结构存在。 还发现此产品保持了聚天门冬氨酸水凝胶的温度、pH敏感性,并且在这些可重复的溶胀一去溶胀周期中,凝胶体系显示了很好的机械强度性能。通过研究PAsp/PAAc半互穿网络水凝胶在尿素溶液中的溶胀动力学性质,揭示了水分子扩散进入水凝胶的网络结构是受到non-Fickian扩散机制的控制。 并且,产品中PAsp线性组分的比例越小,其溶胀过程受到水分子的扩散控制程度越大；产品中PAsp线性组分的比例越大,其溶胀过程就越接近聚合物链的扩展控制体系。为聚天门冬氨酸水凝胶体系在生物体内的应用做初步研究,我们还考察了各产品在各种自制的模拟生理溶液中的溶胀性能。 实验证明其依然具备离子型水凝胶的普遍性质,溶胀行为受到溶胀环境的严重影响,尤其是溶液中的离子强度。综上所述,具有高溶胀能力、快速溶胀速度的智能型聚天门冬氨酸吸水材料必将在许多领域中都有比较广泛的应用前景。 另一方面,本论文还研究了多肽RATEA16自组装水凝胶体系。多肽RATEA16可以在水相中自组装形成一种高规则性的纳米纤维水凝胶；其含水量通常大于99.5wt.-%,并且在生理相似的环境中保持稳定状态。 通过比较详尽的研究其各种性能,揭示了多肽RATEA16自组装水凝胶富含二级结构为p-折叠的纳米纤维；其动态黏弹性受环境pH值和体系中多肽浓度的影响。还发现界而间的疏水作用力、分子间的氢键作用、以及吸引和排斥静电力的共同作用,是不同pH环境中出现粘稠溶液、弹性水凝胶、和沉淀三种状态的主要
pH敏感双亲性聚合物分析
pH敏感双亲性聚合物的研究进展 摘要：pH敏感双亲性聚合物由于具有多种潜在的用途而引起广泛关注。本文综述了pH敏感双亲性聚合物的概念，组成，分类，合成方法以及在药物输送中的应用，并对其发展趋势进行了展望。 关键词：pH敏感；双亲性；聚合物；共聚物；胶束；脂质体；纳米粒 两亲性聚合物是指同一高分子中同时具有对两种性质不同的相(如水相与油相，两种油相，两种不相容的固相等)皆有亲和性的聚合物。pH敏感性聚合物是其溶液相态能随环境pH、离子强度变化的聚合物。已有理论研究结果表明，聚合物分子内及分子间交联作用力可以分为以下几种:氢键、范德华力、静电作用和疏水作用力[1]。在pH响应体系中四种作用力共同起作用引发pH敏感性，其中离子间作用力起主要作用，其它三种作用力起到相互影响、相互制约的作用。一般来说，具有pH响应性的高分子中含有弱酸性(弱碱性)基团，随着介质pH值、离子强度改变，这些基团发生电离，造成聚合物内外离子浓度改变，并导致大分子链段间氢键的解离，引起体相分子构型或溶解度的改变。 1．pH敏感双亲性聚合物的分类 pH敏感双亲性聚合物有两大类：一是聚合物中包含弱酸、弱碱基团和聚电解质的化合物；二是聚合物中有能在酸性条件下水解的连接段[2]。 1.1包含有可离子化的弱酸、弱碱基团的聚合物和聚电解质化合物 羧基是典型的弱有机酸聚合物取代基。这一类可在较低pH下接受质子并在中性和较高pH下放出质子，如聚丙烯酸(PAA)或聚甲基丙烯酸（PMAA）。弱有机碱聚合物如聚(4-乙烯基吡啶)在较高pH下接受质子，在较低pH下放质子，如聚[甲基丙烯酸-2-(N,N-二甲氨基)乙酯](PDMAEMA)，侧基带有取代氨基，因而在中性或酸性条件下可获得质子[3,4]。 药物载体在酸性或碱性条件下，聚合物中pH敏感基团会水解断裂或极性发生变化，使得聚合物纳米粒子破裂，同时负载其中的药物会被释放出来[5-7]，释放过程中没有药物和载体之间没有化学键的变化。 Armes等[8]制备了聚[2-(二甲基胺基)甲基丙烯酸乙酯]-聚[2-(二乙基胺基)甲基丙烯酸乙酯](DMAEMA-DEAEMA)，DMAEMA-聚[2-(N-吗啉)甲基丙烯酸乙
温度敏感性水凝胶的研制与应用
温度敏感性水凝胶的研制与应用 杨晶琎 （四川理工学院材料科学与化学工程学院） 摘要：聚N2异丙基丙烯酰胺(PN IPA)凝胶的研究概况，包括其在化工、医药、纺织等行业中的应用。 Gather N2 isopropyl acrylamide gel (IPA) PN the research situation, including its in chemical industry, medicine, textile, etc. 关键词：水凝胶敏感性热敏性温度 Key words: gel intelligent materials prospects biological 水凝胶热敏性的相关转变与研究：首先观察到水凝胶热敏性的是Tanaka等人[1],用N ,N - 次甲基双丙烯酰胺交联的聚丙烯酰胺的水凝胶的溶胀性能在某 一临界温度附近,随温度的微小变化,其体积变化可达几十至几百倍。后来人们发现温度对其的影响很大，并称其为热敏性。1984年Hirokawa等在非离子水凝胶中也发现了这种相转变, Hoffman和Freltas等也证实了非离子性的聚(N ,N - 二乙基丙烯酰胺)水凝胶和聚(N-异丙基丙烯酰胺)水凝胶的热敏性相转变[1-3]。所以:敏感性相转变成为一种普遍性。热敏性水凝胶的这种相转变过程无法用传统的高分子理论,如Flo ry-Huggins 模型来解释,而只能用相转变过程中水凝 胶骨架上亲水基团、憎水基团以及水之间的相互作用来解释。目前较容易被人接受的观点是水凝胶的敏感性相转变是由交联网络的亲水———缩水性平衡受外界条件变化而变化引起的。定性上来看，水凝胶的溶胀过程是水分子向凝胶内部扩散与凝胶侧链上亲水基团形成氢键的过程，当温度升高时,氢键振动能增加,破坏氢键的束缚，使之断裂，水凝胶溶胀比则明显减少。这是一个吸热过程，因为大量的结合水从高分子骨架上脱离出来,使水凝胶———水体系熵增加。许多研究者通过各种热力学理论对水凝胶的各种敏感性进行了解释[ 7 ,8 ]其中 与实验现象符合较好的是Ilavsky 等人修改的由Flo ry 提出的平均场理论,但这一理论不能预测发生敏感性相转变时的温度、p H 值、盐浓度、介质组成浓度等。Tanaka 等通过测定聚合物链的持续长度b和有效半径a之比(即代表聚合物链刚性的度量)与敏感性之间的关系,提出了下面的半经验参数S作为有无敏
pH敏感药物传递系统的研究进展
pH敏感药物传递系统的研究进展 发表时间：2016-08-03T13:56:01.367Z 来源：《医药前沿》2016年7月第21期作者：王鹏[导读] 各种不同的酸敏感基团的使用，人们可以根据需要来获取不同pH响应行为的聚合物分子，进而在不同的体系中加以应用。王鹏 （国药控股天津有限公司天津 300040） 【中图分类号】R94 【文献标识码】A 【文章编号】2095-1752（2016）21-0376-02 人们已经认识到，在许多治疗方案中，药物比如抗癌药等要想发挥高效作用。药物运载系统要想将药物运载到靶向部位，需要克服重重困难，总体概括为细胞外与细胞内。在细胞外，运载体在血液中的稳定性，血液中的循环时间，靶向组织部位的累积情况等等。在细胞内，运载体如何高效进入细胞，内含体逃逸问题，药物可控释放等等。 下面简单介绍几种具有酸敏感的聚合物分子的合成以及特点。首先是在主链上引入酸敏感基团。在主链上引入酸敏感基团，设计合成的聚合物分子在中性条件（pH=7.4）具有稳定的结构，而在酸性条件（pH=5.0-6.0）下会发生降解为小分子的行为。缩醛结构在pH敏感药物运载体中得到了广泛的研究，这是由于其在酸性条件下比较快速的水解反应，而且其水解产物为可生物降解的醇与醛。Jin-Ki Kim等合成出一种新颖的pH敏感的基于缩醛结构的两亲性嵌段聚合物的药物运载分子PEG–PEtG–PEG，同时使用水溶性极差的药物分子紫杉醇PTX作为药物控制释放实验。经实验得知，该嵌段聚合物由于具有缩醛结构，所以在酸性条件可酸催化水解[1]。在不同的pH条件下，经过24h，考察释药环境的pH对载药体释药的影响。通过实验结果可以看出，pH很大程度上影响着药物分子的释放行为。在PEtG–PEG500聚合物胶束中，在pH=5.0时，1h内的PTX释药量达到了50%，而对于pH=7.4，在1h内的PTX释药量仅仅为20%。在释药6h后，对应pH=7.4，6.5以及5.0的条件下，PTX的累积释放百分率分别为49.3%，71.7%以及94.1%。对于聚合物胶束PEtG–PEG750而言，其释药行为也有类似的趋势。在释药6h后，对应不同的pH=7.4，6.5以及5.0，其PTX释药率分别为54.4%，68.3%以及89.1%。总的实验结果证明，具有缩醛结构的聚合物胶束搭载药物后的释药行为是收到释药体系的pH条件控制的。在弱酸条件下，聚合物胶束中的酸敏感基团的水解速率较快，导致药物分子的释放速率大为增加。 另外，与缩醛结构类似，缩酮结构也常常被用于聚合物结构中，赋予聚合物分子酸敏感功能。Dongwon Lee等人合成出具有pH敏感的两亲性聚合物分子聚缩酮己二酸-co-聚乙二醇嵌段共聚物（PKA-PEG）[2]。在该聚合物的疏水骨架中，具有酸敏感的缩酮键结构。该两亲性聚合物分子可以自组织成核/壳层结构，利用其疏水内腔可以搭载疏水性药物分子。搭载药物后，在酸性条件下，药物运载体结构破坏，从而将药物分子释放，即在弱酸性条件下具有可控药物释放功能。该嵌段共聚物（PKA-PEG）的结构示意图如下，作为对比，作者又合成出没有酸敏感基团的聚合物胶束聚环己基己二酸-co-聚乙二醇（PCA-PEG），结构示意图1如下。 * 图1 PKA-PEG与PCA-PEG示意图 两聚合物胶束均可经自组织形成壳层结构，都可在疏水内腔搭载药物分子。为了研究其对pH的响应性，作者采用模型分子尼罗红Nile Red来研究其释放行为。Nile Red是一种疏水性荧光探针，在水溶液中其荧光强度很低，然而在疏水性环境中，其荧光强度变得很高[3]。据此，研究聚合物胶束在中性条件以及弱酸性条件下的结构变化。下图为聚合物胶束PKA-PEG与Nile Red复合物的荧光强度随pH变化情况。从图2中可以看出，对于pH=7.4，在观察18h后，体系的荧光强度没有明显变化，然而对于pH=5.4而言，荧光强度有着显著的下降。这说明，在弱酸性条件（pH=5.4）条件下，聚合物胶束中的缩酮结构水解从而胶束结构被破坏，导致疏水性荧光分子从胶束中转移到水溶液中，从而降低了荧光强度。这说明两亲性嵌段共聚物由于具有缩酮结构从而对酸敏感，可以根据体系的pH来控制药物分子的释放行为。 *
吸水高分子水凝胶
高分子水凝胶 那些貌似或神似刘谦小子的民间版非著名魔术师，信誓旦旦以娱乐民众为己任，在他们素常的节目单中，大多会设置以下环节：观众排排坐定，这位表演者先奉献一通似是而非的插科打诨，比如说本人自幼年起就在学着把有的东西变作没有，或者把没有的东西变作有，苦苦钻研数年，而今终于有了小成，说着说着拍拍手，让助手或者主持人上杯子，摆好了，又要了一壶水，然后往杯子里倒将下去，一边念念有词，说你可要看好了，笃悠悠把杯子倒扣过来，哇噻，竟然没有水流出耶…… 特别声明一下：该魔术十分适合朋友聚会之类，其他较为严肃的场合比如春晚或赈灾晚不建议使用，否则于全国人民面前穿帮丢脸，后果自负。 一般来说，看到以上场景我总是默默地低下头来，以免嘴角不屑的讥笑打击了表演者的自信心，因为在一个学材料专业出身的非著名观察家看来，要做到把水变没有了实在是太容易的一件事，他只需要在杯底放一片SAP就行了。SAP乃Super Absorbent Polymer 的缩写，意为超强吸水性聚合物，或者也被叫做高吸水树脂、超强吸水性高分子。别急，不必被这些名字给镇住了，得到这个听起来很高级的魔术道具其实毫不麻烦，你只要去超市买一包纸尿裤就行了。 好，暖场部分结束，还是让我们言归正传，从头来看看本文真正主角SAP的身世吧。 在早期，人类日常生活中凡涉及吸湿、吸水、止血之用，只能依赖于棉花、纸帛等天然纤维，但显然它们干的活并不那么让人满意：除却吸水量不是很大（最多也就是20倍左右）之外，还有一个非常大的缺陷，就是吸完之后，若受到压挤，液体还是会回渗出来，有时会造成意想不到的污染。 度过了漫漫长夜，对超吸水材料的呼声日渐高涨，美国农业部的Northern Regional Laboratory实验室1961年成功申请了一个专利，称他们用一种“接枝”的特殊聚合手法，做出了一种丙烯酸单体合成的高分子聚合物，它的奇妙之处是能够吸收400倍于己身质量的水！更妙的是，吸进去的水不会因为外界压力的作用而回渗。这一发明立刻吸引了全世界工业家的目光，强生、陶氏、杜邦……等巨头纷纷往上面砸钱，于是合成、加工等各项技艺都开始精进，原被寄望于改良土壤保湿性的新型功能材料进入日常民用也指日可待。而日本的商业公司为了避开美国人的专利，自行开发出另外一些其他单体合成的超吸水性聚合物，鉴于丙烯酸、丙烯酸胺、乙烯醇类单体都已经得到了较充分的开发，他们就结合原有的这些体系，在淀粉、羟甲基纤维素和丙烯酸/马来酸酐体系中下了一些功夫。1978年，UniCharm 开创性地首度将这种材料用于女用卫生巾，而1982年左右，欧洲市场上出现了加有这种材料的婴儿纸尿裤，此后UniCharm和美国的P&G都很快开始了这方面的研发。
水凝胶
敏感性高分子及水凝胶 摘要：本文介绍了几类敏感性高分子及其水凝胶。主要包括pH敏感水凝胶、温度敏感水凝胶、温度及pH双重响应水凝胶、光响应水凝胶、磁场响应水凝胶等的性质及其研究进展。简要介绍了敏感性高分子及其水凝胶的性质、制备方法、应用及其发展前景。 1引言 近年来，随着信息，生命，环境，航空航天等领域科学技术的飞速发展，人们对材料性能的要求越来越高。因此，一批性能特异的新功能材料相继问世，敏感性材料就是其中的一类。对环境具有可感知，可响应，并具有功能发现能力的高分子和水凝胶被称之为环境敏感性高分子（environment sensitive polymers）和环境敏感性水凝胶（environment sensitive hydro gels）[1]。与传统的高分子和水凝胶不同，这类高分子和水凝胶的某些物理或化学性质可因环境条件的变化而发生突变。因此，这类高分子也被称为“刺激响应性高分子（stimuli-responsive polymers）”、“灵巧性高分子(smart polymers)”或“智能性高分子（intelligent polymers）”,相应的水凝胶被称为“刺激响应性水凝胶（stimuli-responsive hydro gels）”、“灵巧性水凝胶（smart hydro gels）”和“智能性水凝胶（intelligent hydro gels）”[2]。 与高分子不同，凝胶是一类可保持一定几何外形，同时具有固体和液体某些性质的胶体分散体系。它是软物质（soft materials）存在的一种重要形式，是介于固体和液体之间的一种物质形态。凝胶体系由胶凝剂（gelators）所形成的三维网络结构和固定于其中的大量溶剂组成。敏感性水凝胶[3]是一种亲水性高分子交联网络,它能够感知外界环境的微小变化(例如温度、pH、离子强度、光、电场和磁场等),并通过自身体积的膨胀和收缩来响应外界的刺激.敏感性水凝胶的上述特点使其在药物控制释放、物质分离提纯、活性酶包埋和生物材料培养等方面有广泛应用前景。 2敏感性高分子及其水凝胶的种类和性质 1989年，高木俊宜[4]最先提出了智能材料（intelligent materials）概念。随后，美国的Newnham教授提出了与之类似的灵巧材料（smart materials）概
水凝胶
水凝胶（Hydrogel）,以水为分散介质的凝胶。具有交联结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团而形成能遇水膨胀的交联聚合物。是一种高分子网络体系，性质柔软，能保持一定的形状，能吸收大量的水。凡是水溶性或亲水性的高分子，通过一定的化学交联或物理交联，都可以形成水凝胶。 一，水凝胶的分类： 1，来源： 1),天然水凝胶 2），合成水凝胶 2，性质： 1），电中性水凝胶 2），离子型水凝胶 3，对外界刺激的反应情况： 1），传统的水凝胶 2），环境敏感水凝胶 传统的水凝胶：这类水凝胶对环境的变化，如PH或温度的变化不敏感。 环境敏感水凝胶：这类水凝胶对温度或PH等环境因素的变化所给予的刺激有非常明确或显著地应答。 目前研究得最多的是温敏型和pH敏水凝胶。所谓温敏是指在水或水溶液中这种凝胶的溶胀与收缩强烈的依赖于温度，凝胶体积在某一温区有突变，该温度称为临界溶液温度（lower critical solution temperature, LCST）。pH敏感水凝胶是指聚合物溶胀与收缩随着环境的pH、离子强度的变化而变化。 二，水凝胶的性质： 不同结构，不同化合物的水凝胶具有不同的物理化学性质如融变性、溶胀性、环境敏感性和粘附性。 一），溶胀性（swelling）是指凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现象，是弹性凝胶的重要特性，凝胶的溶胀分为两个阶段： 第一阶段：是溶剂分子钻入凝胶中与大分子相互作用形成溶剂化层，此过程很快，伴有放热效应和体积收缩现象（指凝胶体积的增加比吸收的液体体积小） 第二阶段：是液体分子的继续渗透，这时凝胶体积大大增加。 二），环境敏感性环境敏感水凝胶又称智能水凝胶（smart hydrogels）,根据环境变化的类型不同，环境敏感水凝胶又分为如下几种类型： 1，温（热）敏水凝胶 2，pH敏感水凝胶 3，电解质敏感水凝胶 三），粘附性（adhesiveness）粘附或称粘着或粘结等。一般指的是同种或两种不同的物质表面相粘结的现象。 生物粘附（bioadhension）指的是生物体表面之间形成任何结合，或一个生物体的表面与另外一个天然或合成材料的表面粘结的总称。在药剂学中生物粘附一般是用来描述聚合物（包括合成的以及天然的）与软组织（如胃肠道的膜、口腔、皮肤）之间的粘附作用。 三，药物经水凝胶的通透性 水凝胶具有液体和固体两方面的性质，溶胀的水凝胶可以作为扩散介质。在低浓度凝胶中水
pH敏感和非pH敏感的抗肿瘤纳米载药体系的合成与研究
pH敏感和非pH敏感的抗肿瘤纳米载药体系的合成与研究 癌症是对人类生命健康最大的威胁之一,是世界上第二大死亡原因。化学治疗作为目前癌症治疗最有效的全身治疗手段,主要应用于中晚期癌症,然而常规抗肿瘤药物的一系列不良特性限制了其在临床中的应用,例如生物利用度低,稳定性和水溶性差等。 紫杉醇作为一种有效的常见化疗药物之一,具有优异的抗肿瘤活性,但其治疗功效因其溶解性差和缺乏选择性对细胞毒性大而受到影响。为了克服这些缺陷,本文针对性的设计并合成新型的纳米载药体系负载紫杉醇。 纳米技术虽然在上个世纪末才刚刚崛起,但已被广泛应用于药物输送和癌症治疗等生物医学领域。与传统的载药体系相比,纳米载药体系在很多领域具有更大的潜力,例如可以延长体内循环时间和实现药物全身控制释放等等。 在纳米载药体系中引入不同的刺激响应性是实现灵活给药的有效方式,由于肿瘤细胞代谢活跃,肿瘤组织相比于正常组织其微环境是高度酸性的,因此具有pH响应性的纳米载药体系是最常见的刺激响应性纳米载药体系之一,其可以通 过EPR效应在肿瘤部位聚集,实现在肿瘤部位快速释放药物,同时防止药物在血液循环中过早释放,降低药物毒性减少副作用,增强抗肿瘤效果。本文设计并成功合成的新型纳米载药体系以葡聚糖-聚乳酸-聚乙二醇聚合物为主要骨架结构,聚合物缩醛化后得到pH敏感的纳米载药体系ADPP,为了直接比较基于相同骨架的pH敏感和非pH敏感的纳米载药体系之间的药物输送效果,通过丙酸酐对聚合物改性获得非pH敏感的纳米载药体系PDPP,两者都可以在水中自组装形成稳定的球形纳米粒子。 随后将疏水性抗肿瘤药物紫杉醇负载到这两种纳米载体体系中,得到
PVA水凝胶的制备及研究综述
PVA水凝胶的制备与研究 关键词：PVA水凝胶制备研究表征应用 摘要：简要评述了聚乙烯醇水凝胶的制备方法,评述了PV A水凝胶的研究现状与前景展望，详细介绍了本课题传统PV A水凝胶及温敏性凝胶的制备测试方法，总结了凝胶的应用，并展望了未来PV A水凝胶的发展趋势。 高分子凝胶是基础研究以及技术领域的一种重要材料。凝胶是指溶胀了的高分子聚合物相互联结，形成三维空间网状结构，又在网状结构的空隙中填充了液体介质的分散体系。近几年，高分子水性凝胶（又被称为水凝胶）的研究获得了极大的重视。水凝胶是一种网络结构中含有大量水而不溶于水的高分子聚合物，具有良好的柔软性、弹性、储液能力和生物相容性，在生物医学和生物工程中具有广泛的用途。 常见的水凝胶有聚酰胺水凝胶、聚乙烯醇水凝胶、聚N-异丙基丙烯酰胺温敏性水凝胶等。本课题主要针对于PV A水凝胶。 1 PV A水凝胶的制备 PV A水凝胶的制备按照交联的方法可分为化学交联和物理交联。化学交联又分辐射交联和化学试剂交联两大类。辐射交联主要利用电子束、γ射线、紫外线等直接辐射PV A溶液，使得PV A分子问通过产生自由基而交联在一起。化学试剂交联则是采用化学交联剂使得PV A分子间发生化学交联而形成凝胶，常用的交联剂有醛类、硼酸、环氧氯丙烷以及可以与PV A通过配位络台形成凝胶的重金属盐等等。物理交联主要是反复冷冻解冻法。 1.1 物理交联法 通过物理交联法制备聚乙烯醇水凝胶，报道中最多的是使用“冷冻-熔融法”和“冻结-部分脱水法”两种方法。 反复冻融法是将一定浓度的PV A水溶液在-10~-40℃冷冻1d左右，再在25℃条
件下解冻1~3h，即形成物理交联的PV A水凝胶。将其反复冷冻、解冻几次后，就可以使其一些物理性能和机械性能等有很大的改善。冷冻使水溶液中的PV A的分子链在某一时刻的运动状态“冻结”下来，接触着的分子链可以发生相互作用及链缠结，通过范德华力和氢键等的物理作用紧密结合，在某一微区不在分开，成为“缠结点”。重新冻结时又有新的有序微区形成，这些微区称为“物理交联点”。用冷冻-解冻的办法可以促进分子运动，重新排列，通过分子链的折叠获得具有半结晶或者结晶结构的水凝胶。其示意图如下所示： 冻结-部分脱水法是将PV A水溶液冷冻后置于真空下脱去10％~20％的水，所得到的水凝胶的结构与性能类似于反复冻结法。 物理交联法形成的PVA水凝胶其共同点是分子链间通过氢键和微晶区形成 三维网络，即物理交联点，这些交联点随温度等外界条件的变化而变化。例如将
双敏感水凝胶
pH和温度双敏感水凝胶在组织工程及药物控释方面 的研究现状。 岳琪 摘要： 内容200-300高分子水凝胶作为一类重要的生物材料被广泛应用于生物医药和组织工程领域。而pH 值及温度双重敏感高分子凝胶是近年来的前沿研究课题之一，水凝胶是由三维交联网络结构的高聚物和介质共同组成的多元体系, 因其独特的刺激响应行为, 已在药物释放体系、物料分离、化学机械、人工肌肉等领域显示了良好的应用前景[1, 2]唐黎明，戴，清华 . 在人体体液这种复杂的环境中, 水凝胶同时受到pH 和温度等多重刺激作用, 因此, 研究多重响应性水凝胶具有重要意义.此篇综述介绍了目前此类凝胶的3种结构设计即共聚结构、互穿网络结构和核壳结构及其在组织工程和药物控制释放等方面的应用。 关键词：PH及温度双敏感性；水凝胶；药物释放；组织工程；修复3-5个 一，前言 环境敏感性高分子凝胶的结构、物理性质、化学性质可以随外界环境如温度、pH 值、溶剂、外加应力、光强度( 可见光和紫外光) 、电磁场或各种化学、生命物质等的变化而发生可逆突跃性变化[1] , 已在药物控制释放体系、记忆元件开关、人造肌肉、化学存储器、物料分离等领域显示了良好的应用前景。随着对高分子材料功能要求的日益提高以及研究的深入, 发展具有良好生物相容性、多重响应性功能的尤其是能够同时对两种或两种以上外界刺激产生响应的智能凝胶已成为这一领域的重要发展方向, 其中研究最多的是pH 及温度双重响应型凝胶[ 2~ 4] 。这是由于pH 和温度变化在许多实际应用中( 如药物可控释放[ 5] ) 是最容易得到又便于操作的两种刺激信号, 而且是生理、生物和化学系统中的两个重要因素[6] 。张青松。材料导报从形态角度划分, 高分子凝胶主要分为线性聚合物、水凝胶和微凝胶。就pH/ 温度双重敏感高分子凝胶而言, 其分子设计可归纳为: 共聚结构、互穿网络结构和核壳结构。此类水凝胶在医学、农学、生物工艺学等方面的应用提供了广泛的应用前景。由于这种诱人的特性, 智能水凝胶必将作为崭新的材料应用在柔性执行元件、人造肌肉、微机械、分离膜、生物材 料、药物控释体系领域中[ 1-2] 。智能水凝胶的制备及其在生物医学中的应用
高强韧与响应型高分子水凝胶研究进展
第34卷第7－8期 2015年8月 中国材料进展 MATEＲIALS CHINA Vol.34No.7－8 Aug. 2015 收稿日期：2014－11－07 基金项目：中国科学院百人计划；浙江省杰出青年基金项目 （LＲ13B040001） 第一作者：高国荣，男，1983年生，博士研究生 通讯作者：付俊，男，1977年生，研究员，博士生导师， Email ：fujun@https://www.sodocs.net/doc/f51668164.html, DOI ：10.7502/j.issn.1674－3962.2015.07.12 高强韧与响应型高分子水凝胶研究进展 高国荣，杜高来，孙元娜，付 俊 （中国科学院宁波材料技术与工程研究所，浙江宁波315201） 摘要：高分子水凝胶与生物组织的结构和性能比较相似，生物相容性和生物安全性好，被广泛应用于组织工程、药物输 送、创伤敷料等领域，具有非常广阔的应用前景。发展具有高强韧性能和响应功能的高分子水凝胶，是近年来研究的热点和难点。综述了近10年来具有代表性的纳米复合水凝胶、双网络水凝胶、响应型水凝胶等新型高分子水凝胶方面的重要研究进展，总结了其设计与合成的基本原理和方法，介绍了几种典型的高强韧高分子水凝胶的增强增韧机理和能量耗散机制，阐述了基于阳离子、阴离子及两性离子单体的智能响应型高分子水凝胶的应激响应原理和特性。在此基础上，分析讨论了高强韧与响应型高分子水凝胶作为潜在生物材料仍需解决的关键科学问题，并对本领域的发展趋势进行了展望。 关键词：水凝胶；强度；韧性；响应性中图分类号：O631 文献标识码：A 文章编号：1674－3962（2015）07－0571－011 Progress in Tough and Ｒesponsive Hydrogels GAO Guorong ，DU Gaolai ，SUN Yuanna ，FU Jun （Ningbo Institute of Materials Technology and Engineering ，Chinese Academy of Sciences ，Ningbo 315201，China ） Abstract ：Due to their similarities to bio-tissues ，and excellent biocompatibility and biosafety ，polymer hydrogels have been widely studied for potential applications in tissue engineering ，drug delivery ，and wound dressing ，etc．The develop-ment of tough and responsive hydrogels has recently been a very hot topic with great challenges．In this review ，progresses in the development of novel hydrogels including nanocomposite hydrogels ，double network hydrogels and responsive hydro-gels in last decade are reviewed．Several important design philosophy and synthesis method are accounted．The toughening mechanisms and energy dissipation mechanisms of a few representative strong and tough polymer hydrogels are introduced．Moreover ，some smart and stimuli-responsive hydrogels based on cationic ，anionic ，and zwitteronic monomers are reviewed and discussed in detail．Based on these progresses ，the major challenges of strong ，tough ，and responsive hydrogels as biomaterials are analyzed．Finally ，the perspectives of tough and responsive hydrogels are discussed． Key words ：hydrogels ；strength ；toughness ；responsiveness 1前言 高分子水凝胶是含有大量水的三维聚合物网络。大多数高分子水凝胶具有非常高的含水率和优异的生物相容性，得到了广泛地研究和应用（如隐形眼镜和超吸水树脂等）。传统的高分子水凝胶通常是化学交联形成的。化学交联剂分散不均一，导致凝胶网络不均匀，凝胶非 常脆弱易碎，大大地限制了其应用［1－2］ 。为了克服传统 凝胶机械性能的缺陷，人们设计并合成了多种多样的具 有新型网络结构的凝胶 ［3］ 。代表性的思路有4种：①以 “活动的交联点”代替共价交联点，减少因共价键不均匀分布而导致的应力集中和网络结构破坏，代表性的研究进展包括“滑链环”（Slide-Ｒing ）水凝胶［4］，以“8”字形聚轮烷作为交联点，聚合物链从交联剂上下两个空腔穿过。在外力作用下，分子链通过位置调整使得应力均 匀分布在凝胶网络上。②在水凝胶中引入“牺牲键”［5］ ， 通过 “牺牲键”的断裂或破坏吸收能量，从而提高凝胶的强度和韧性，双网络水凝胶（Double Network Hydro-gels ）是典型代表［5］。这类凝胶主要是由性质相差较大的、互穿或半互穿的两个网络构成。在应力下，第一网
探究水凝胶材料的制备方法
龙源期刊网 https://www.sodocs.net/doc/f51668164.html, 探究水凝胶材料的制备方法 作者：张晓春刘嘉豪梁飞 来源：《中国化工贸易·上旬刊》2018年第04期 摘要：水凝胶是一类兼具应用价值和经济效益的新型功能高分子材料，由于其具有良好 的生物相容性和亲水性，在生物医学领域有着广泛的应用。重点研究物理水凝胶和化学水凝胶的制备方法，为环境敏感水凝胶提供研究基础。环境敏感型水凝胶因为这种特殊的性质，被广泛应用在药物控制释放材料、传感器、形状记忆材料等，使得智能水凝胶在生物医药、仿生工程等领域拥有广泛的前景。 关键词：水凝胶；制备方法；环境敏感 水凝胶是指具有三维网络结构的水溶性高分子中引入一部分疏水基团和亲水残基，亲水残基与水分子结合，将水分子连接在网状内部，而疏水残基遇水膨胀的交联聚合物，水凝胶可以吸收自身重量的上千倍的水，且仅溶胀不溶解。由于水凝胶具有良好的生物相容性和亲水性，形态柔软类似生物体组织，目前在生物医学领域，如药物控释、细胞的固定化载体、生物分子、组织工程和传输体系等，有着广泛的应用。根据水凝胶的网络的交联方式，可分为物理凝胶和化学凝胶。 1 水凝胶材料的制备 1.1 物理凝胶的制备 物理凝胶通过物理作用如氢键、静电作用、链的缠绕等分别或者共同形成的。制备物理凝胶通常采用下列几种方法： ①缔合交联。两亲性高分子聚合物是指具有不同极性链段的高分子，具有表面活性，可以通过疏水相互作用等在水中自组装形成水凝胶及胶束等有序结构，接枝共聚物有丙烯酸接枝聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAM）、改性淀粉接枝聚乙烯醇（PVA）等，多嵌段共聚物有左旋聚乳酸（PLLA）和PEO的三嵌段共聚物（PLLA-PEO-PLLA）、聚环氧丙烷（PPO）和PEO的共聚物（PEO-PPO-PEO）、聚乙二醇（PEG）和聚乳酸/轻基乙酸（PLGA）的共聚物（PEG-PLGA-PEG）、聚氨醋（PU）和PAA的共聚物等。 ②离子交联。向带有中正电荷的高分子或者负电荷的高分子中加入交联剂就可以得到由离子交联而形成的水凝胶，离子桥的形成使高分子链连结成一个三维网络，如海藻酸可在Ca+存在下交联形成开放的三维网状结构。 ③氢键和疏水相互作用。纤维素、壳聚糖等可以通过氢键交联作用而形成凝胶。例如，室温下的纤维素可以溶解于尿素和NaOH的混合溶液中，纤维素分子与混合溶液分子之间形成的