水凝膠簡(jiǎn)介ppt課件

1、水凝膠簡(jiǎn)介,2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,目錄,水凝膠的制備（化學(xué)、物理,醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用簡(jiǎn)介,水凝膠簡(jiǎn)介與分類(lèi),特殊介紹：pH敏感性水凝膠,2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,水凝膠,果凍,面膜,軟性隱形眼鏡,水凝膠降溫貼,各類(lèi)醫(yī)用敷料,2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,水凝膠,水凝膠，是一種能在水中溶脹，吸收并保持大量水分，又不會(huì)溶解于水的親水性網(wǎng)狀高分子溶脹體。 水凝膠聚合物在主鏈或側(cè)鏈上有親水基團(tuán)(-OH、-COOH等)，在溶脹后，相當(dāng)一部分水與這些親水基團(tuán)形成

2、氫鍵，故水凝膠可以保持大量水分。 水凝膠表面與周?chē)芤褐g的表面張力低，可以減少對(duì)體液中蛋白質(zhì)的吸附，故可以作為醫(yī)療器材，具有極好的生物相容性。 另外，水凝膠具有良好的水蒸氣透過(guò)率和合適的氣體通過(guò)率,圖片來(lái)源于Walter Richtering and Brian R.Saunders,Gelarchitectures and theircomplexity,Soft Matters,2014,10,3695-3702,2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,天然水凝膠,合成水凝膠,來(lái)源,水凝膠分類(lèi),交聯(lián)方式,化學(xué)水凝膠,物理水凝膠,2021/1/30,點(diǎn)

3、擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,天然水凝膠,水凝膠分類(lèi),膠原（Collagen,明膠（Gelatine,透明質(zhì)膠（Hyaluronic Acid,殼聚糖（Chitosan,2021/1/30,膠原,明膠,透明質(zhì)膠,殼聚糖,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,水凝膠分類(lèi),合成水凝膠,聚丙烯酸及其衍生物,聚乙烯醇,聚氧乙烯,聚丙烯酰胺,2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,物理交聯(lián),化學(xué)交聯(lián),水凝膠的制備,化學(xué)引發(fā)自由基聚合 光引發(fā)自由基聚合 高能輻射法 超聲波法 原子轉(zhuǎn)移自由基聚合 點(diǎn)擊化學(xué) 自由基引發(fā)接枝共聚,自組

4、裝 加熱法 冷凍解凍法 主客體識(shí)別作用,2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,化學(xué)交聯(lián),在光、 熱、高能輻射、機(jī)械力、超聲波等媒介和交聯(lián)劑等作用下，分子鏈通過(guò)化學(xué)鍵交聯(lián)形成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，只發(fā)生溶脹不發(fā)生溶解，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較好。 制備方法一般包括高分子合成中加入交聯(lián)劑或通過(guò)線性或支化的高分子鏈中的官能團(tuán)來(lái)反應(yīng),交聯(lián)劑是能在線型分子間起架橋作用從而使多個(gè)線型分子相互鍵合交聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，促進(jìn)或調(diào)節(jié)聚合物分子鏈間共價(jià)鍵或離子鍵形成的物質(zhì),單體交聯(lián)聚合：?jiǎn)误w交聯(lián)聚合是制備高分子水凝膠材料的傳統(tǒng)方法，即在交聯(lián)劑存在的情況下，單體經(jīng)自由基均聚或共聚而制得高分子水凝膠材料。在交

5、聯(lián)聚合的反應(yīng)過(guò)程中，可以通過(guò)加入或改變引發(fā)劑鏈轉(zhuǎn)移劑等來(lái)控制聚合動(dòng)力學(xué)，以及所得高分子水凝膠材料的性質(zhì)。 聚合物聚合：水凝膠不僅僅只可以由單體來(lái)制備，也可以由已有的聚合物聚合。例：水溶性高分子聚乙烯醇（PVA）、聚丙烯酰胺（PAM）、聚丙烯酸（PAA）、聚N甲基吡咯烷酮、聚胺等通過(guò)適度交聯(lián)，就可制得高分子水凝膠材料，但要求交聯(lián)劑必須是能與水溶性高分子功能基反應(yīng)的多官能團(tuán)化合物或多價(jià)金屬離子。 載體接枝共聚：水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度一般較差，為了改善水凝膠的機(jī)械強(qiáng)度，可以把水凝膠接枝到具有一定強(qiáng)度的載體上,2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,自由基共聚反應(yīng)交聯(lián)在醫(yī)

6、用高分子水凝膠方面的應(yīng)用,化學(xué)交聯(lián)的聚-2-羥乙基甲基丙烯酸酯是一種常見(jiàn)并被廣泛研究的醫(yī)用合成水凝膠。在可聚合交聯(lián)劑（乙二醇二甲基丙烯酸酯)存在下2-羥乙基甲基丙烯酸酯單體（HEMA）共聚交聯(lián)制得。進(jìn)一步研究表明，該凝膠的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和膨脹特性可以通過(guò)交聯(lián)劑用量進(jìn)行調(diào)節(jié)。 此外， 2-羥乙基甲基丙烯酸酯可與響應(yīng)性單體通過(guò)共聚制得環(huán)境敏感材料。 例： HEMA+丙烯酸（pH敏感） HEMA+N-異丙基丙烯酸（溫度敏感） 生物醫(yī)學(xué)： 用于神經(jīng)組織再生的水凝膠 藥物釋放pH敏感水凝膠 用于固定-糜蛋白酶的溫敏水凝膠 用于蛋白藥物控釋的凝膠載體,含甲基丙烯酸酯葡聚糖衍生物共聚交聯(lián)制得了能用于蛋白藥物控釋的

7、凝膠載體,2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,結(jié)構(gòu)互補(bǔ)基團(tuán)間反應(yīng)交聯(lián),一些生物相容性聚合物分子鏈上通常含有諸如 -OH、-COOH、 -NH2一類(lèi)的功能基團(tuán)。這些基團(tuán)不僅賦予聚合物良好的水溶性 , 而且可與一些結(jié)構(gòu)互補(bǔ)的化合物發(fā)生諸如席夫堿（RC=N）加成 、縮合一類(lèi)的化學(xué)反應(yīng)，彼此間形成化學(xué)交聯(lián)鍵。 例： 二維多孔有序凝膠骨架 生物降解的載藥凝膠微球 具有多孔結(jié)構(gòu)的凝膠薄膜 抗細(xì)菌蛋白藥物釋放的凝膠載體 具有理想力學(xué)性能的藻酸鹽凝膠,縮合反應(yīng),2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,物理交聯(lián),聚合物分子通過(guò)非共價(jià)相互

8、作用，如氫鍵、疏水作用、靜電作用等在水溶液中聚集形成。一般具有良好的可降解性和觸變性,荷電相反離子間相互作用 交聯(lián),兩親性嵌段或接枝共聚物締合交聯(lián),2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,pH敏感性水凝膠,pH敏感性水凝膠因含有大量可電離基團(tuán)（羧基、磺酸基或氨基），能根據(jù)環(huán)境pH值變化奪取或釋放質(zhì)子，從而表現(xiàn)出pH敏感性，這一特殊的性能使pH敏感性水凝膠在藥物控制釋放、生物傳感器、組織工程等領(lǐng)域具有潛在的應(yīng)用價(jià)值,pH 敏感性水凝膠 P( MAPOSS-co-AA) 的制備及藥物緩釋性能 ( 1 吉林大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院 教育部汽車(chē)材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，吉林

9、長(zhǎng)春 130025; 2 吉林大學(xué) 化學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130022) 1.聚丙烯酸(PAA) 是一種典型的 pH 敏感性水凝膠，當(dāng)溶液的pH值發(fā)生變化時(shí)，凝膠中羧基的解離程度不同，從而引起凝膠網(wǎng)絡(luò)間靜電排斥作用和滲透壓的不同，結(jié)果導(dǎo)致凝膠的體積發(fā)生不同程度的溶脹或收縮。利用 pH 敏感水凝膠這一特殊的性能， 可以把藥物分子包埋在水凝膠網(wǎng)絡(luò)中，使水凝膠載體能夠根據(jù)人體環(huán)境 pH 值的變化實(shí)現(xiàn)藥物的自動(dòng)可控定點(diǎn)釋放。 2.pH敏感性水凝膠 P( MAPOSS-co-AA) 單體：丙烯酸( AA) +七苯基甲基丙烯酰氧基籠型倍半硅氧烷(MAPOSS) 催化劑：偶氮二異丁腈 交聯(lián)劑：N， N-亞甲

10、基丙烯酰胺 自由基溶液聚合法,2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,pH敏感性水凝膠,圖3為 P( MAPOSS-co-AA) 和 PAA 水凝膠在不同 pH 緩沖溶液中的溶脹動(dòng)力學(xué)曲線,這是由于此類(lèi)水凝膠具有可電離的 COOH，且其電離程度 與溶液中的 pH 有很大關(guān)系,2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,pH敏感性水凝膠,pH 值的增大，COOH的電離程度增加， COO在側(cè)基中的比例增加，分子間 COO基團(tuán)之間的靜電排斥作用使得高分子鏈段更加舒展，且COO具有強(qiáng)親水性，從而有利于溶液中水分子的進(jìn)入，即表現(xiàn)出水凝膠

11、的溶脹比呈隨環(huán)境 pH 值的增加而遞增的趨勢(shì)。 MAPOSS 的加入，明顯降低了水凝膠的吸水能力，這是由于 MAPOSS 的加入限制了水凝膠分子鏈段的運(yùn)動(dòng)，并且隨著 MAPOSS的加入，使得水凝膠分子鏈段的運(yùn)動(dòng)受阻，鏈活動(dòng)能力受限，使雜化水凝膠的收縮能力變差，對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)能力受到限制，從而一定程度上阻礙了水分子的進(jìn)入，表現(xiàn)為溶脹比較低。 可以通過(guò)向丙烯酸水凝膠中添加適量的MAPOSS 來(lái)達(dá)到控制水凝膠吸水能力的目的,2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,pH敏感性水凝膠,模擬胃液( SGF，pH = 1.2) 模擬腸液( SIF，pH = 7.4,P(

12、 MAPOSS-co-AA) 網(wǎng)絡(luò)孔徑要明顯小于 PAA 水凝膠的網(wǎng)絡(luò)孔徑。 該共聚水凝膠具有良好的pH敏感性，且少量MAPOSS 的加入能降低水凝膠在不同 pH 值條件下的溶脹比。同時(shí)，MAPOSS的加入明顯降低了載藥水凝膠中的藥物在SGF中的釋放速率，因而可以通過(guò)加入一定量的MAPOSS來(lái)降低載藥水凝膠中藥物的釋放，避免藥物對(duì)胃的刺激作用，同時(shí)使藥物盡可能多地在腸道釋放，實(shí)現(xiàn)藥物的定點(diǎn)可控釋放，避免藥物產(chǎn)生的毒副作用,2021/1/30,水凝膠,光響應(yīng)水凝膠 電場(chǎng)響應(yīng)水凝膠 鹽響應(yīng)水凝膠 壓敏水凝膠 熱敏水凝膠,形狀記憶材料 人工肌肉 人工爬蟲(chóng) 細(xì)胞培養(yǎng) 人工關(guān)節(jié) 調(diào)光材料 人工細(xì)胞 化學(xué)機(jī)械器件,2021/1/30,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,點(diǎn)擊添加文本,Thank you,參考文獻(xiàn)： 1Walter Richtering and Brian R.Saunders,Gelarchitectures and theircomplexity,Soft Matters,2014,10,3695-3702 2 Hydrogels for Tissue Engineering , Chemical Reviews, 2001, 101(7):1869-79 3陳國(guó)強(qiáng) 朱南康 李進(jìn)進(jìn),醫(yī)用水凝膠的研究進(jìn)展，國(guó)