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)聚合物的類型，水凝膠可分為兩類：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，可以通過改變凝膠基質(zhì)的交聯(lián)密度來控制這種孔隙率。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 年以來一直在市場(chǎng)上銷售。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)。