智能水凝胶的制备及其在生物医学中的应用

智能水凝胶对于外界微小的物理化学刺激,如温度、电场、磁场、光、pH、离子强度或压力等能够感知并在响应过程中有显著的溶胀行为或响应性。本文介绍了智能水凝胶的分类及其合成方法,同时综述了智能水凝胶在药物控释、医用敷料、组织工程、角膜接触镜材料以及作为组织充填材料方面的应用,并对其发展趋势及应用前景作了简单的评述。     

水凝胶纤维的制备及其性能和应用研究进展

水凝胶纤维是一种具有溶胀性能、刺激响应性能、缓释性能和固定化等性能的新型纤维,在组织工程、生物医学、纺织和高分子材料等领域具有很好的应用前景。对近些年水凝胶纤维在制备方法、性能及应用进行了综述,并对未来的发展做了展望。     

化学所在水凝胶的可控构筑及功能化方面取得重要进展

正高分子水凝胶是一种具有三维交联网状结构的高分子材料,在组织工程、伤口敷料、疾病诊断与治疗等生物医学工程领域具有重要的应用价值。但是,传统水凝胶的性能难调控、力学强度弱、生物相容性差、生物不可降解,限制了其临床实际应用。在国家自然科学基金委、科技部和中国科学院的大力支持下,化学所高分子物理与化学实验室的科研人员在水凝胶的可控制备方面取得重要进展。研究人员设计一类具有易断     

丝素蛋白水凝胶材料在组织工程中的应用研究进展

组织工程技术是有望从根本上解决组织或器官损伤及实现功能重建的前沿技术,其关键之一是制备具有良好生物相容性和生物降解性的支架材料。水凝胶由于具有众多良好的特性,成为组织工程研究中一种优良的支架材料。丝素蛋白水凝胶由于独特的性质、多样化的成胶方式以及优异的可加工性成为了支架材料研究的热点,备受学者的青睐并涌现出了大量的研究成果。本文在阐明丝素蛋白凝胶原理的基础上,回顾了目前较为成熟的凝胶化方法,随后重点综述了丝素蛋白水凝胶在组织工程中的研究进展,最后进行了总结和展望,以期为相关领域的研究者提供参考和借鉴。     

胶原基水凝胶的制备、结构性能表征及其在生物医学中的应用

作为一种具有特殊网络结构和功能的天然高分子材料,胶原基水凝胶已在医用敷料、药物载体、组织工程支架等生物医学领域得到了广泛应用。对近几年胶原基水凝胶的研究应用现状进行了全面综述,从胶原的结构与性能入手,着重对胶原基水凝胶的制备、结构性能表征及其在生物医学中的应用进行了阐述,同时对制备过程条件的控制对水凝胶结构性能的影响进行了重点讨论,对胶原基水凝胶的未来前景和发展重点进行了展望,有望为将来有关胶原基水凝胶的研究和应用提供数据参考。     

天然多糖基可注射水凝胶在组织工程中的研究进展

组织工程技术是帮助人类器官或组织进行修复的重要手段。水凝胶材料具有与人体组织相似的三维多孔网状结构,是组织工程中的优选材料。可注射水凝胶能够以微创手段植入人体,可以填充不规则缺损、降低手术风险并提升操作便捷性。天然多糖基可注射水凝胶具备优异的生物相容性及生物降解性,非常适合用作医用植入材料。近年来,基于天然多糖材料的可注射水凝胶引发广泛关注,研究者针对其制备方法及其在组织工程领域的应用开展了大量工作并取得长足进展。介绍了天然多糖基可注射水凝胶的几类典型多糖聚合物原料,阐述了可注射水凝胶的设计机理,并总结了此类水凝胶在强度提升、生物打印两大方向的功能化研究成果。在此基础上,对天然多糖基可注射水凝胶的未来发展方向进行了展望。     

自我修复凝胶可以取代软骨组织

用于医疗和生物工程应用的高吸水性凝胶往往是灵活的,但也很脆,不能拉伸。一组来自首尔国立大学,哈佛大学和杜克大学的工程和材料科学的研究人员,发明了一种坚韧的合成水凝胶,可伸展到其长度的21倍,并仍可复原。用于制作组织工程的支架和药物运载工具,水凝胶吸收高达99.9%的水分,并且是由天然或合成的聚合物制成。它们可用于生物学研究和医疗应用中,是因为其高水含量     

光聚合PEXS-A水凝胶材料的合成及包埋活细胞的性能

光聚合水凝胶材料在组织工程中发挥着重要作用。本研究合成了一种可快速光聚合的水凝胶材料——丙烯酸酯封端聚乙二醇聚木糖醇癸二酸共聚物(PEXS-A),从聚乙二醇投量、酰化剂选择和透析时间三个方面对合成工艺进行了探索并对水凝胶的细胞相容性和降解性能进行表征。通过比较预聚物水溶性确定聚乙二醇投量,采用核磁共振氢谱图(1H-NMR)对材料进行结构分析并计算材料丙烯酸酯化程度;将透析0 h、24 h、48 h、72 h的水凝胶材料与细胞一同培养,采用CCK-8细胞毒性检测试剂盒对细胞存活率进行检测;将细胞包埋于水凝胶材料中置于细胞培养基中培养48 h后用活/死细胞双染试剂盒荧光染色观察细胞存活情况,并测试了PEXS-A水凝胶在磷酸缓冲液(PBS)中37℃下降解28 d过程中的质量变化。结果表明,聚乙二醇质量分数为60%时得到易溶于水和最高羟基比例的PEXS预聚物,PEXS-A丙烯酸酯化程度可达91. 61%,在紫外光照下1 min内能聚合成水凝胶,PEXS-A预聚物水透析48 h后合成的水凝胶细胞毒性较低,与对照材料PDLLA相当,细胞包埋于PEXS-A水凝胶培养48 h后有极高的存活率,PEXS-A水凝胶还具有生物降解性能,其在体外28 d可降解52. 85%±0. 64%(质量分数)。     

纤维增强水凝胶基复合材料的制备和纤维屈曲行为

水凝胶在组织工程、药物输送、以及智能驱动器等领域有着广阔的应用前景,尤其是纤维增强水凝胶基复合材料,对于具有纤维结构的软骨替代材料的设计有着重要的研究价值。本文提出了一种将弹性纤维定向添加到PAAm水凝胶基体中的制备方法,并研究了沿垂直于纤维方向拉伸时复合材料薄膜的力学行为。研究结果表明,当复合材料薄膜伸长比达到一定程度时,纤维发生屈曲失稳。通过理论分析,得到了纤维增强型PAAm水凝胶中纤维的屈曲临界伸长比。本文的研究将为纤维增强水凝胶基复合材料的设计及性能优化提供支撑。     

聚丙烯酰胺类水凝胶及其在生物化工等领域中的应用

叙述了聚丙烯酰胺和聚丙烯酰胺类水凝胶的合成反应、结构与性能的研究状况,并介绍这些水凝胶材料在生物物质分离、浓缩和生物催化剂固定化等方面的应用研究进展。     

组织工程用蛋白基水凝胶

水凝胶是在水中溶胀并保持大量水分而又不溶解的聚合物,与生物机体组织很相似.蛋白基水凝胶具有良好的生物相容性和生物降解性,在组织工程中的应用主要是恢复、维持或改善受损机体组织与器官的形态和功能,以达到修复再生的目的,被誉为下一代最具潜力的组织工程用生物材料.综述了组织工程用天然蛋白基和合成蛋白基水凝胶的研究进展,并指出了其优、缺点及发展方向.     

可降解水凝胶作为关节软骨修复材料的研究进展

可降解水凝胶因其良好的生物相容性和生物降解性被广泛用于关节软骨的修复和再生。本文以可降解水凝胶在软骨组织工程中的三类应用策略为主线,概述了用于原位成型可注射水凝胶的蛋白多糖类材料及纳米复合类材料;系统总结了传统工艺制造组织工程支架的优缺点及多种工艺结合的制备方法;重点归纳了近年来3D打印组织工程支架从纯软骨到骨/软骨一体化、从单层到多层的研究进展;最后分析了可降解水凝胶作为关节软骨支架材料在微观定向结构和生物活性功能化方面的局限性,并作出展望：未来开展多材料、多尺度、多诱导的高仿生梯度支架是关节软骨组织工程的一个重要研究方向。     

基于动态可逆非共价体系的自愈合水凝胶构建方法研究进展

材料的完整性是保证其呈现应有性能的前提,任何破损或缺陷都可能导致材料性能不能满足使用需求。在众多材料中,用作药物缓释载体、组织工程支架和功能器件涂层的水凝胶因其特殊的应用环境而对自我修复性能需求迫切。自愈合水凝胶在受到外界破坏后能自我修复以维持初始性能,保证了使用过程中材料的安全性和可靠性。因此,具有自愈合性能的新型功能材料是目前重要的研究方向。基于高分子链之间相互作用力形成的自愈合水凝胶分为两类:(1)通过动态共价键形成的水凝胶,包括双硫键、Diels-Alder环加成反应、亚胺键/席夫碱作用等;(2)通过范德华力或氢键等非共价键作用,即物理交联形成的水凝胶,包括氢键作用、主体-客体之间力的作用、聚阴阳离子间的相互作用、金属配体的相互作用、疏水缔合等。由于共价键的稳定性,大多数共价键交联所形成的水凝胶稳定存在并表现出良好的力学性能。然而,这些水凝胶存在对外界刺激反应性低、制造之后不能被重塑、受到破坏之后不能自我修复等局限性,因此发展基于动态共价键或物理交联的自愈合水凝胶已成趋势。自愈合水凝胶不仅具有水凝胶独特的溶胀性能、极高的含水量、良好的生物组织相似性,而且具有自我修复断层的能力,可用于组织工程、伤口敷料、药物缓释、生物传感等生物医学研究领域,可有效延长材料的使用寿命,具有极好的应用前景。本文介绍了近年来基于动态可逆非共价体系构建自愈合水凝胶的研究进展,按照不同的愈合机理对自愈合水凝胶进行分类,分别讨论了基于氢键、可逆金属配位作用、疏水缔合以及多种作用力相结合等作用机理构建自愈合水凝胶的方法和应用进展,分析了基于动态可逆非共价构建自愈合水凝胶可能面临的问题,并对其发展前景进行了展望,以期指导此类水凝胶的设计、制备与应用。     

水凝胶在医学领域应用研究进展

水凝胶是一类具有超高吸水、保水性、生物安全性以及生物相容性等性质的高分子材料,在医学诸多领域具有广泛的应用前景。主要从水凝胶材料在口腔防护、医学美容、骨组织工程以及医用敷料4个方面应用进行综述,为下一步的研究和商业化应用提供参考。     

海藻酸盐水凝胶作为组织工程支架材料改性与应用研究进展

海藻酸盐及其水凝胶由于具有良好的生物相容性、生物降解性、无毒性和非致免疫性,是理想的生物材料,广泛应用于组织工程中。然而海藻酸盐水凝胶缓慢的生物降解性,较弱的细胞粘附性和较差的力学性能制约了其在组织工程中的进一步应用。因此,采用物理共混和化学接枝的方式对海藻酸盐及其凝胶材料进行改性显得十分重要。综述了海藻酸盐水凝胶的物理共混和化学接枝改性及其在组织工程中的应用研究进展。     

蛋白质凝胶的结构表征和应用研究进展

蛋白质凝胶作为一种原料来源丰富并可生物降解的高分子材料受到人们的关注.在蛋白质凝胶形成机理的基础上,介绍了力学性能表征、热分析、电泳、波谱和显微镜等方法在蛋白质凝胶结构研究方面的应用,并综述了国内外蛋白质凝胶在吸水凝胶、智能凝胶及组织工程方面的应用,指出了蛋白质凝胶研究中存在的问题及发展方向.     

光交联羧甲基壳聚糖水凝胶的制备及药物缓释性能研究EI北大核心CSCD

羧甲基壳聚糖是一种壳聚糖衍生物,具有良好的生物相容性和可降解性,在生物医药领域具有广泛的应用。本研究合成一种可光交联的水溶性羧甲基壳聚糖衍生物。通过对羧甲基壳聚糖进行双键修饰,合成甲基丙烯酸缩水甘油酯改性的羧甲基壳聚糖(M-CMCS),并通过核磁共振氢谱(1H-NMR)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)对M-CMCS的结构进行表征。通过光引发M-CMCS交联制备具有不同交联度的M-CMCS水凝胶。通过扫描电子显微镜(SEM)、流变仪和紫外-可见分光光度计(UV-Vis)分别对M-CMCS水凝胶的微观形态、黏弹性能、溶胀性能、酶促降解性能和体外药物释放性能进行了研究。结果表明:随着甲基丙烯酸缩水甘油酯与羧甲基壳聚糖的氨基摩尔比的增加,产物的接枝度逐渐增加。M-CMCS水凝胶具有高度孔隙化且孔隙之间相互连通的结构特点,孔径在1~20μm范围内。随着交联度的增大,M-CMCS水凝胶的溶胀比减小。M-CMCS水凝胶在溶菌酶作用下缓慢降解,随着交联度的增大,降解速率减慢。M-CMCS水凝胶对抗癌药物吉西他滨具有缓释作用,药物释放时间可达4天。光交联M-CMCS水凝胶在药物释放及组织工程领域具有重要的应用前景。     

光交联丝素蛋白水凝胶的制备及生物医学应用

水凝胶是一类物理化学性质接近软组织的先进材料,已有众多聚合物用于水凝胶的制备。丝素蛋白由于具有优异的生物相容性、生物可降解性和易于制备成各种形式的材料等优点,在生物医学领域中具有广泛的应用,其中水凝胶是丝素蛋白在生物医学中应用的重要形式。由于分子的独特结构,丝素蛋白可以通过多种方法形成水凝胶。近年来,光交联水凝胶由于具有制备条件温和、副产物少、反应过程容易控制等优点,逐步成为研究的热点。首先对丝素蛋白的分子结构和特性进行了介绍,总结了丝素蛋白水凝胶的制备方法,重点阐述了光交联丝素蛋白水凝胶的研究现状,并讨论了它们在生物医学领域的应用,最后对光交联丝素蛋白水凝胶未来发展方向进行了展望。     

Ⅰ型胶原/海藻酸钠/透明质酸复合水凝胶用于血管组织工程细胞负载与3D培养EI北大核心CSCD

胶原、海藻酸钠和透明质酸是天然来源的高分子材料,具有良好的细胞相容性与生物安全性,在细胞培养、组织工程、药物负载等方面具有广泛应用。单纯的胶原力学性能较差,将胶原与海藻酸钠制备成复合水凝胶材料后,可以通过调节海藻酸钠与Ca^(2+)交联程度来改变水凝胶支架的力学性能和孔隙率,模拟细胞培养的力学环境和细胞微环境。本研究通过PIUMA纳米压痕仪和DHR流变仪表征Ⅰ型胶原/海藻酸钠/透明质酸水凝胶的杨氏模量和溶胶-凝胶转变温度。并将内皮细胞与间充质干细胞在水凝胶微环境内进行3D培养,倒置荧光显微镜观察细胞培养0,3,5,7 d时细胞的活力情况,表征Ⅰ型胶原/海藻酸钠/透明质酸水凝胶的细胞相容性,并在内皮细胞与间充质干细胞培养0,1,4,6 d时,观察内皮细胞的迁移、成血管情况,在培养1,6,9 d时,观察内皮细胞的生长扩散情况。结果表明:水凝胶杨氏模量为(600±81)Pa,水凝胶的溶胶-凝胶转变温度为23.2℃。细胞培养0,3,5,7 d时,活力持续增强,培养4,6 d时,观测到共培养下内皮细胞的迁移,培养1,6,9 d时,水凝胶内的内皮细胞球体持续生长扩散。本工作表明,Ⅰ型胶原/海藻酸钠/透明质酸水凝胶对内皮细胞与间充质干细胞具有良好的细胞相容性,可用于细胞3D培养的理想支架材料。水凝胶的杨氏模量和溶胶-凝胶转变温度对细胞活力无损害,可作为研究血管新生的相关体外模型,在血管组织工程研究中具有重要的应用前景。     

大孔水凝胶的研究现状

综合阐述了国内外三代大孔水凝胶的发展状况,指出大孔结构提高了水凝胶的吸水速率以及吸水倍率,为满足工业、农业、医药以及工程材料等各个领域的应用需求,相关研究主要致力于改善其力学性能以及溶胀行为。同时论述了大孔水凝胶的制备方法,主要包括发泡法、致孔法、冷冻干燥法、相分离法以及前线聚合法等,重点阐述了发泡法和致孔法合成大孔水凝胶。