水凝膠是生物材料研究的主要課題之一。水凝膠是一種三維聚合物網(wǎng)絡(luò)，由于其結(jié)構(gòu)中存在親水基團(tuán)，能夠吸收體內(nèi)大量的水或生物液體。

根據(jù)聚合物的類(lèi)型，水凝膠可分為兩類(lèi)：天然水凝膠和合成水凝膠。天然聚合物包括多糖及其蛋白質(zhì)，廣泛用作釋放物質(zhì)的載體。臨床應(yīng)用中使用的天然水凝膠包括藻酸鹽、膠原蛋白、明膠和纖維蛋白。合成水凝膠是疏水性的。在機(jī)械結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分方面，它們優(yōu)于天然水凝膠。這些聚合物包括聚丙烯酰胺及其衍生物、聚乙烯醇和聚乙二醇(PEG)。PEG 是常用的聚合物之一，用于各種醫(yī)療應(yīng)用中的合成氫化，例如藥物輸送、組織工程、骨假體和傷口敷料。合成水凝膠因其生物相容性、不刺激免疫系統(tǒng)和抗蛋白質(zhì)吸附等特性而被用于各種醫(yī)療應(yīng)用。

水凝膠在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用

用于組織工程的水凝膠

高水合聚合物網(wǎng)絡(luò)的水凝膠與ECM類(lèi)似，在組織工程和再生醫(yī)學(xué)應(yīng)用中引起了廣泛關(guān)注。它們可以用作空間填充劑、生物活性物質(zhì)的輸送載體或組織細(xì)胞并提供刺激以確保所需組織發(fā)育的三維結(jié)構(gòu)。迄今為止，源自天然或合成聚合物的各種類(lèi)型的水凝膠已被用于重建有缺陷的皮質(zhì)骨關(guān)節(jié)或關(guān)節(jié)軟骨組織。

用于組織工程的水凝膠

用于傷口敷料的水凝膠

水凝膠廣泛用作清創(chuàng)劑、濕潤(rùn)敷料和傷口護(hù)理的糊劑成分。然而，它們不需要更多的傷口液體即可變成凝膠，并且適合干傷口。

水凝膠所謂的“水分供體"功能有助于自溶清創(chuàng)，增加膠原酶的產(chǎn)生和壞死傷口的水分含量。它們可以通過(guò)交聯(lián)聚合物鏈的擴(kuò)展吸收并保留凝膠中受污染的滲出液，從而隔離液體中的細(xì)菌、碎片和氣味分子。它們的高含水量使得蒸汽和氧氣能夠傳輸?shù)絺冢鐗函?、腿部潰瘍、手術(shù)和壞死傷口、撕裂傷和燒傷。由于其冷卻和保濕作用，它們似乎在單獨(dú)或與其他產(chǎn)品結(jié)合使用的緊急燒傷治療中發(fā)揮著重要作用。水凝膠敷料也用于肉芽空洞傷口。無(wú)定形凝膠通常每天重新涂抹，而片狀水凝膠通常每周更換 2-3 次。

Table.作為傷口敷料的水凝膠和水凝膠片的示例。

用于藥物輸送的水凝膠

為了遞送藥物，水凝膠的多孔結(jié)構(gòu)可以提供載藥基質(zhì)，同時(shí)保護(hù)藥物免受惡劣環(huán)境的影響。此外，可以通過(guò)改變凝膠基質(zhì)的交聯(lián)密度來(lái)控制這種孔隙率。釋放速率是藥物載體的另一個(gè)重要參數(shù)，主要取決于分子通過(guò)凝膠網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)散系數(shù)，也可以根據(jù)具體要求進(jìn)行調(diào)整。通過(guò)設(shè)計(jì)水凝膠的某些化學(xué)和物理結(jié)構(gòu)，可以獲得生物相容性和生物可降解性。所有這些特性賦予水凝膠藥物輸送巨大的潛力。

用于藥物輸送的水凝膠的成功例子之一是 Cervidil®，這是一種用于宮頸成熟的陰道插入物，自 1995 年以來(lái)一直在市場(chǎng)上銷(xiāo)售。這種控釋制劑已被用于在或接近分娩的患者中引產(chǎn)或引產(chǎn)。交貨時(shí)間。每個(gè)插入物在 271 毫克交聯(lián)聚環(huán)氧乙烷/聚氨酯聚合物中含有 10 毫克地諾前列酮（前列腺素 E2 或 PGE2），在 12 小時(shí)內(nèi)以大約 0.3 毫克/小時(shí)的速度輸送。當(dāng)放置在潮濕的陰道環(huán)境中時(shí)，水凝膠膨脹會(huì)觸發(fā)藥物釋放。

通過(guò)儲(chǔ)庫(kù)系統(tǒng)中的水凝膠膜釋放藥物的方案。

水凝膠廣泛存在于日常產(chǎn)品中，但其潛力尚未得到充分開(kāi)發(fā)。這些材料在隱形眼鏡、衛(wèi)生用品和傷口敷料市場(chǎng)中發(fā)揮了良好的作用，但在組織工程和藥物輸送方面的商用水凝膠產(chǎn)品仍然有限。人們已經(jīng)設(shè)計(jì)和研究了許多基于水凝膠的藥物輸送裝置和支架，預(yù)計(jì)這兩個(gè)領(lǐng)域?qū)⑷〉酶噙M(jìn)展。在藥物遞送和組織工程中使用水凝膠的商業(yè)產(chǎn)品有限，在一定程度上與其高生產(chǎn)成本有關(guān)。