可降解水凝胶

可降解水凝胶（精选3篇）

可降解水凝胶 篇1

智能水凝胶在组织工程、药物释放、生物传感器等方面具有广阔的应用前景[1,2,3],其中,pH敏感水凝胶因拥有可离子化的基团尤其适合于生物医学领域的应用。这些可离子化的基团提高了水凝胶的溶胀性、生物黏连性和血液相容性[4,5,6]。目前合成的pH敏感水凝胶主要有聚丙烯酸及其衍生物、多肽及其衍生物和天然大分子等[7,8,9],而这些聚合物或是不可降解,或是结构性质可调性差,在很大程度上限制了它们在医学领域的应用[10]。

本研究以乙二胺四乙酸酐(EDTAD)、丁二胺(BDA)、重均分子量为500的氨基封端聚乙二醇(ATPEG500)为原料,制备侧链只含羧基的新型两性pH敏感水凝胶(PEB-ATPEG500-COOH)。PEB-ATPEG500-COOH中所有的单体分子都是通过可水解或酶解的酰胺键连接,从而赋予水凝胶良好的可降解性。该水凝胶降解产生的小分子对人体无明显的毒副作用[11,12,13],因此应具有良好的生物相容性。这种集生物可降解、良好生物相容性和pH敏感性于一身的水凝胶可望成为一种新型的生物医用材料。

1 实验

1.1 材料

乙二胺四乙酸酐(EDTAD,98%)、丁二胺(BDA,99%)、undefined=500的氨基封端聚乙二醇(ATPEG500),均购自Sigma公司;二环己基碳二亚胺(DCC)、N-羟基丁二酰亚胺(NHS)、二甲基亚砜(DMSO)、无水乙醇,均为分析纯。

1.2 pH敏感水凝胶(PEB-ATPEG500-COOH)的合成

1.2.1 PEB-ATPEG500-COOH的制备

首先,在装有温度计、机械搅拌器和冷凝管的三口瓶中加入30mL DMSO、3.8871g EDTAD (0.0148mol)和1.5mL BDA (0.0148mol)。在氮气保护下缓慢升温至40℃,搅拌反应10h后,将反应产物缓慢滴入无水乙醇溶液中沉淀,再将沉淀物用无水乙醇洗涤数次后于真空干燥箱中干燥至恒重,即得到侧链含羧基的直链共聚物poly(EDTAD-co-BDA)(PEB-COOH);然后将1.5g干燥的PEB-COOH(相当于约8.7mmol羧基)溶解于30mL DMSO中,溶解完全后,于25℃加入1.104g NHS和1.7994g DCC。将混合体系搅拌20min,加入一定量的ATPEG500,搅拌均匀后倒入直径9mm、高25mm的玻璃模具中反应24h,取出凝胶用无水乙醇多次洗涤直到透明后放入蒸馏水中浸泡,每2h更换1次蒸馏水,充分溶胀后冻干,得到PEB-ATPEG500-COOH交联网络聚合物。其合成路线如图1所示。

1.2.2 红外光谱分析

采用粉末KBr 压片共研磨法在Spectrum GX型红外及显微镜系统(美国,Perkin Elmer公司)上记录PEB-COOH和PEB-ATPEG500-COOH样品在400~4000cm-1的红外吸收光谱。

1.3 水凝胶性能测试

1.3.1 溶胀动力学测试

取一定量的干凝胶置于pH=2、7、11的溶液中,于37℃每隔一段时间取出凝胶,用滤纸迅速吸干表面的水分后称量,按式(1)计算水凝胶的溶胀比SR:

SR=(ms-md)/md (1)

式中:ms为溶胀状态的凝胶质量,md为干凝胶的质量。不同pH值溶液由HCl和NaOH配制,溶液离子强度为0.1mol/L,下同。

1.3.2 pH敏感性测试

取一定量的干凝胶分别置于不同pH值的溶液中,使其充分溶胀至平衡,用滤纸迅速吸干表面的水分后称量,按式(2)计算水凝胶的平衡溶胀比SRe:

SRe=(ms-md)/md (2)

式中:ms为溶胀至平衡状态的凝胶质量,md为干凝胶的质量。

2 结果与讨论

2.1 水凝胶的合成

EDTAD是一种双官能度的二元酸酐,可在温和条件下与双官能度的二元胺BDA发生N-酰化开环聚合反应,形成主链以酰胺键连接、侧链带羧基的直链共聚物(PEB-COOH)。羧基在NHS活化的DCC缩合剂的作用下也可在很温和的条件下与氨基缩合形成酰胺键。基于此,本研究以NHS活化的DCC为缩合剂、氨基封端的聚乙二醇(ATPEG500)为交联剂,将PEB-COOH交联形成交联键为酰胺键的网络聚合物(PEB-ATPEG500-COOH)。图2为冻干状态和在蒸馏水中溶胀后的水凝胶形态。干燥状态的水凝胶略呈黄色,而溶胀后的水凝胶体积明显增大,且呈无色透明状态。

采用红外光谱对PEB-COOH和PEB-ATPEG500-COOH的化学结构进行了定性表征,如图3所示。图3(a)中,~1735.15cm-1处的吸收峰是羧基中羰基的吸收峰,而~1645.44cm-1、~1571.69cm-1处的吸收峰分别是酰胺键中羰基的C-O伸缩振动峰和N-H弯曲振动峰,从而证明直链共聚物PEB-COOH已成功合成。图3(b)除仍然保留了图3(a)中羧基和酰胺键的特征吸收峰外, 在~1107.51cm-1处还出现了一个新的强吸收峰,为ATPEG500中C-O-C的不对称伸缩振动峰。此结果表明,PEB-COOH中的羧基已与ATPEG500成功交联,生成了PEB-ATPEG500-COOH网络聚合物。

2.2 水凝胶的pH敏感性

本研究选择EDTAD为主要原料,除考虑到EDTAD的反应活性和安全性外,还因为EDTAD的水解产物乙二胺四乙酸(EDTA)具有独特的电离性质。EDTA通常以偶极离子的形式存在,有4个离解常数,分别是pKa1=2.1(-COOH)、pKa2=2.67(-COOH)、pKa3=6.16(-N-)、pKa4=10.26(-N-)。比较PEB-ATPEG500-COOH与EDTA的结构可知,二者的不同之处在于EDTA中的-COO-在PEB-ATPEG500-COOH中被-CONH-所取代。由于-CONH-与-COO-有相似的吸电子能力,所以理论上PEB-ATPEG500-COOH中的-COOH和-N-应与EDTA的-COOH和-N-具有类似的pKa值。即PEB-ATPEG500-COOH除侧链含有可电离的-COOH以外,其主链上还有2个可以质子化的叔胺氮,其pKa分别为6~7和10~11。因此,理论上,PEB-ATPEG500-COOH不仅具有两性pH敏感性,而且其pH敏感区可能多于2个。

图4为不同交联度的PEB-ATPEG500-COOH水凝胶的pH敏感性。由图4可知,pH值相同时,水凝胶的平衡溶胀率随交联剂用量的增加而减小,而且随交联剂用量的增加,水凝胶的pH敏感性减弱。尤其是当交联剂ATPEG500与PEB-COOH的质量比(m(ATPEG500)/m(PEB-COOH))达到0.997时,所得水凝胶基本丧失了pH敏感性。当m(ATPEG500)/m(PEB-COOH)不高于0.775时,所得水凝胶表现出3个明显的pH敏感区,分别是pH=2~4、pH=6~7 和 pH=10~11,与PEB-ATPEG500-COOH中的侧链羧基和主链叔胺氮的pKa恰好对应。当pH=2时,溶液pH值小于侧链-COOH和主链叔胺氮的pKa值,因此-COOH没有去质子化,而-N-被质子化为-N+-阳离子,凝胶由于网络中阳离子之间的静电斥力而呈现一个较大的溶胀比。而在pH值由2增大到4的过程中,-COOH逐渐去质子化变为-COO-,而-N+-仍然保持质子化状态。-COO-的负电会抵消一部分-N+-的正电,净电荷减少,其结果是溶胀比下降,而后水凝胶的溶胀比基本维持不变。当pH=6~11时,水凝胶主链中的-N+-在pH=6~7和pH=10~11之间依次去质子化,相应地在pH=6~11之间呈现出2个溶胀比增加的区域。

2.3 水凝胶的溶胀动力学

为了更全面地理解本研究所得新型水凝胶的溶胀特性,进一步考查了3个pH敏感点,即pH=2、7和11条件下的水凝胶于37℃的溶胀动力学,结果如图5所示。所用水凝胶交联剂ATPEG500的用量为m(ATPEG500)/m(PEB-COOH)=0.581。图5表明,该水凝胶在pH=11介质中具有最大的平衡溶胀率(29.39),在pH=2介质中次之(22.31),在pH=7介质中具有最小的平衡溶胀率(13.62)。此外,该水凝胶在3种pH值介质中都存在一个线性溶胀区,即溶胀率随时间的延长呈线性增长,其后溶胀速率缓慢增大,最后趋于平衡。

为了更合理地反映水凝胶在3种pH值介质中的溶胀速率,本研究采用2个指标来表征水凝胶的溶胀速率。第一个指标是溶胀动力学曲线中线性增长区的斜率,即单位时间内溶胀率的增长量(ΔSR/Δt);第二个指标是溶胀率达到平衡溶胀率95%所需的时间。其结果如表1所示(m(ATPEG500)/m(PEB-COOH)=0.581)。

注:a为图5溶胀动力学曲线中线性增长区的斜率;b为溶胀率达到平衡溶胀率95%所需要的时间;c为线性相关系数

表1表明,无论是从线性增长区的斜率还是从达到95%平衡溶胀率所需的时间来看,水凝胶在pH=7的介质中溶胀速率都最慢,在pH=2、11的介质中溶胀速率基本相同。原因是,对于两性聚电解质水凝胶,其溶胀过程除受到溶剂扩散影响外,可电离基团的离子化进程对凝胶的溶胀速率也有重要影响,从而表现为非Fickian扩散。当pH=2时,由于水凝胶主链上-N+-阳离子之间的静电斥力作用而使网络迅速扩张,溶剂分子易扩散进入凝胶网络内,溶胀速率较快。同样,当pH=11时,侧链上的-COOH去质子化变为-COO-,阴离子之间的静电斥力也使网络迅速扩张,溶胀速率也较快。而当pH=7时,水凝胶净电荷减少,网络处于相对收缩的状态,故溶胀速率相对较慢。研究水凝胶在37℃时3种pH值介质中的溶胀动力学,将为其作为药物传送载体或其它生物医学领域的应用提供实验和理论基础。

3 结论

以乙二胺四乙酸酐、丁二胺和重均分子量为500的氨基封端聚乙二醇为主要原料合成了一系列新型的可生物降解两性pH敏感水凝胶。pH敏感性测试表明,水凝胶具有3个pH敏感范围,分别是pH=2~4、pH=6~7 和 pH=10~11。溶胀动力学实验显示,该水凝胶在人体体温附近具有较快的响应速率,可望成为一种药物传送载体或其它生物医用材料。

可降解水凝胶 篇2

聚合物水凝胶是由高分子组成的三维空间交联网络与水的混合体系, 有望在药物控制释放等领域获得广泛应用, 某些水凝胶还具有显著的环境响应性, 构成了一类主流的智能材料。在生物医用材料领域, 对于材料的可降解性有严格要求。在国内单一的可降解药物缓释载体材料和单一的智能型水凝胶材料已有较多报道, 但能够将这两种特性结合在同一种材料中的报道则很少。而国际上可降解水凝胶研究目前呈上升趋势[1]。

《科学引文索引》 (Science Citation Index, SCI) 是一种综合性的科学技术检索工具, 是由美国科学信息研究所 (ISI) 1961年创办出版的引文数据库, 收录范围以生命科学及医学、化学、物理所占比例最大。ISI通过其严格的选刊标准和评估程序筛选刊源, 而且每年略有增减, 从而做到SCI收录的文献能够全面覆盖全世界最重要和最有影响力的研究成果。作为一部国际性的检索数据库, SCI以其权威性和客观性, 使其成为国际上广泛承认的一种科研成果评价体系。根据SCI收录情况, 可以从一个侧面反映科研发展情况[2]。

本文对SCI扩展库2000～2009年收录可降解水凝胶研究论文进行统计分析, 以期从一个层面揭示该领域研究进展情况, 为科研人员确立科研策略提供依据。

2 数据来源

2.1 检索策略

可降解水凝胶研究在全球各国呈上升趋势, Science Citation Index Expanded (SCI-EXPAND-ED) 从1995年起开始收录可降解水凝胶研究方面的文章, 为了更好地揭示近10年来可降解水凝胶的研究趋势, 本文以2000～2009年为时间段统进行计分析。

根据“可降解水凝胶”研究的内容特征, 同时为了得到更全面准确的检索结果, 确定检索关键词为biodegradable、bioabsorbable、absorbable和hydrogel, 检索式设置为:主题= (biodegradable or bioabsorbable or absorbable) AND主题= (hydrogel) , 选择引文数据库:SCI-EXPANDED。

2.2 检索结果

由上述检索式得到SCI收录可降解水凝胶研究论文检索结果:2000～2009年共725篇, 其中2000年30篇, 2001年27篇, 2002年42篇, 2003年59篇, 2004年45篇, 2005年73篇, 2006年82篇, 2007年101篇, 2008年112篇, 2009年154篇 (截止2010年6月30日) 。

3 结果分析

3.1 发文国别分析

对SCI收录的2000～2009年可降解水凝胶研究领域论文的发文国家统计分析, 发文量居前10位的国家以及发文量见表1。

表1显示, 从10年总体看, 美国、日本在可降解水凝胶研究领域处于世界领先水平, 10年SCI收录可降解水凝胶研究论文总量居世界前2名。具体看近几年发展趋势, 在2006年、2008年中国论文量赶超日本位居世界第2位, 到2009年中国论文量超过美国位居世界第1位。可见自2003年超过韩国稳居世界第3位, 到2009年超越美国位居第1位, 在可降解水凝胶研究领域中, 我国正处于强劲的上升态势。

3.2 机构分析

对SCI收录的2000-2009年可降解水凝胶研究领域论文的发文机构统计分析, 发文量居前15位的机构以及发文量见表2。

通过统计分析, 美国及日本在水凝胶方面研究总体上处于领先水平。从研究机构分析结果看我国开展这方面研究时间较晚, 但近年来发展速度很快。发文量居前10位机构中, 国内水凝胶研究机构为四川大学以及复旦大学。

3.3 作者分析

对SCI收录的2000～2009年可降解水凝胶研究领域论文的发文作者统计分析, 发文量居前20位的作者及发文量统计见表3。

从2000～2009年, 10年间SCI收录的可降解水凝胶研究领域论文共计725篇, 其中一些科研者在该领域的进行了持续性的研究, 他们的研究内容基本代表了可降解水凝胶研究的发展方向, 具有很高的学术水平。例如TABATA Y以及CHU CC, 几乎每年都有可降解水凝胶领域的论文发表, 基本上是该领域的主要核心研究者。另外以QIAN ZY为代表的一批中国研究者具有强劲的后起之势, 从2007年起加速开展了可降解水凝胶领域的研究工作, 在该领域做出了深入研究。对这些科研者的研究内容及方向进行分析, 他们的研究重点主要集中在材料学生物材料、生物医学工程、药理学与制药、化学多学科、高分子科学等43个学科。

3.4 发文学科分布

对SCI收录的2000～2009年可降解水凝胶研究领域论文的发文学科分布统计分析, 发文量居前10位的学科以及发文量见表4。

对结果统计分析, 可降解水凝胶应用领域广泛, 涉及80个学科, 主要涉及高分子科学、生物材料学、生物医学工程、药理学和制药、化学多学科等。在可降解水凝胶研究领域中的研究主要集中在以下几个方面: (1) 智能可降解水凝胶 (如温度敏感、p H敏感可降解水凝胶等) 的合成; (2) 可降解水凝胶在药物释放领域的应用; (3) 可降解水凝胶的生物学评价; (4) 可降解水凝胶在组织工程中的应用等。

3.5 发文期刊分析

对SCI收录的2000-2009年可降解水凝胶研究领域论文的发文国家统计分析, 发文量居前10位的期刊以及发文量见表5。

通过统计分析, 10种期刊共收录了287篇论文, 占论文总数的39.6%, 平均1种期刊刊登28.7篇, 其余438篇论文分布于221种期刊, 平均1种期刊刊登1.98篇。可见, 可降解水凝胶研究论文主要集中刊载于统计结果中发文量居前10位的期刊。

对于研究者来说, 可以通过发文期刊分析, 了解期刊接收论文类型的侧重, 跟踪与自身研究相关性大的期刊。一方面及时了解可降解水凝胶领域的研究进展, 从而促进自身该领域的科研水平的提高;另一方面为自身投稿提供依据, 尽可能地选择刊登相关领域论文数量大的, 收录侧重与自身研究领域一致的期刊, 以提高投稿命中率;此外, 投稿时还应将投稿期刊的影响因子 (impact factor) 考虑在内, 通过衡量自身论文水平选择相当期刊中影响因子较高的期刊, 因为对于任一种期刊而言, 根据影响因子的高低可以大致判定学术期刊的水平。影响因子越大, 相对来说期刊的影响力也越大。而对于论文而言, 所发表期刊影响因子越大, 反映了该论文的学术价值越高。

4 结语

本文基于SCI扩展数据库, 提供了725篇2000～2009年可降解水凝胶研究论文的统计分析, 揭示了全球近10年来可降解水凝胶领域的研究状况。为科研人员确立科研策略提供依据。

摘要：以Science Citation Index Expanded (SCI-EXPANDED) 数据库为数据源, 对2000-2009年10年间可降解水凝胶研究论文进行统计分析, 以揭示可降解水凝胶研究进展。

关键词：SCI,统计分析,可降解水凝胶

参考文献

[1]朱文, 张颖, 王标兵, 等.一种新型的可生物降解的热敏凝胶微粒的制备.高等学校化学学报, 2005, 2 (26) :373-375.[1]ZHU W, ZHANG Y, WANG BB, et al.Preparation of a novel thermosensitive and biodegradable microgel particles[J].Chemical Journal of Chinese Universities, 2005, 2 (26) :373-375.Chinese

可降解水凝胶 篇3

1 资料与方法

1.1 一般资料及分组

选取2 01 3年1 2月至2 01 4年7月在本院限期进行的全麻下头颈部手术患者200例, 采用随机数字表法将其分为对照组和观察组各100例。对照组男40例, 女60例;年龄22~81岁, 平均52岁;手术时间30~370分钟, 平均130分钟。观察组男30例, 女70例;年龄25~79岁, 平均48岁;手术时间75~660分钟, 平均131分钟。两组患者术前均无眼部疾病, 手术均采用颈仰卧位, 手术麻醉诱导采用咪达唑仑、芬太尼、丙泊酚、罗库溴铵, 麻醉维持采用瑞芬太尼和丙泊酚。两组患者性别、年龄及手术时间等大体一致。

1.2 眼睛护理方法

对照组:全麻后用红霉素眼膏均匀涂抹在眼结膜上, 然后用3M胶布约4cm将患者的上下眼睑闭合。观察组:全麻后自上眼睑向下眼睑直接贴安舒贴, 不涂抹任何药物及0.9%氯化钠注射液等。术后48小时内对所有患者进行回访, 观察患者是否有结膜充血、眼睑水肿、眼周皮肤过敏等症状, 询问患者是否有眼内异物感 (包括眼部干痒症状) 、畏光、流泪、眼痛、视物模糊、分泌物增多等不适症状, 有这些症状者即判定为有眼部并发症。

1.3 统计学方法

用SPSS 20.0软件进行数据分析, 计数资料比较采用χ2检验, P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

对照组术后发生眼部并发症56例 (56.0%) , 同时发生两种及以上并发症21例;观察组有眼部并发症12例 (12.0%) , 同时发生两种并发症2例。两组眼部并发症发生率差异有统计学意义 (χ2=43.14, P<0.01) 。由表1可见, 对照组患者术后眼部并发症主要表现为结膜充血、畏光、异物感等, 观察组主要表现为畏光、异物感、结膜充血及流泪。

3 讨论

头颈部手术, 如颅面联合手术、口腔颌面联合远位皮瓣修复术、甲状腺手术等, 手术医生的操作容易触及、压迫、摩擦患者眼部, 易发生消毒液进入眼内引起刺激症状, 无影灯照射损伤眼睛等情况[2]。另外, 颅面联合手术、口腔颌面联合远位皮瓣修复术等, 手术时间长, 出血量较多, 需较大的输血、输液量, 又因球结膜富有弹性, 伸展性较大, 当体液过多时, 容易在此积聚而致水肿[3]。因此认为, 头颈部手术患者较其他手术更易引起眼睛相应的并发症, 术中的眼睛护理非常重要。

伴随着舒适护理理论的推广, 护理界开始了许多有目的、有意识的追求舒适护理的临床实践和科学研究。本文对医用水凝胶护眼贴和红霉素眼膏联合3M胶布法在全麻下头颈部手术患者术中眼睛护理的效果进行比较, 结果显示, 应用红霉素眼膏的对照组术后眼部并发症发生率高于应用医用水凝胶护眼贴的观察组, 组间差异有统计学意义。

红霉素眼膏黏性大, 涂抹时不易均匀, 部分结膜未被保护, 导致术中预防失效;涂抹过程中挤压眼球也可能导致角结膜损伤;一只红霉素眼膏重复给不同患者使用, 也易引起交叉感染。而3M胶布或者无菌敷贴均可引起眼周皮肤过敏, 撕去胶布时, 容易造成眼周皮肤破损等。本文对照组发生眼周皮肤过敏3例, 观察组无一例发生过敏症状。另外, 常规的无菌薄膜规格是6cm×7cm或更大, 粘贴范围太大, 影响鼻侧切开、眼周皮肤手术等的操作, 修剪无菌薄膜需耗时耗力。

医用水凝胶护眼贴由凝胶层、载体层、覆盖层三部分组成, 为一次性使用。凝胶层采用纯化水、高分子材料 (含明胶、甘油等) 制成;载体层采用无纺布制成;覆盖层采用塑模制成。使用时沿缺口撕开包装袋, 取出贴片, 揭开透明薄膜, 覆贴在眼部。因其能紧密贴覆于眼睛外部, 整个手术过程中既对眼部起到物理隔离、遮盖的作用, 又可使眼部处于相对密闭湿润的环境, 具有湿润眼角膜, 有效预防肌松作用引起的暴露性角膜炎。护眼贴操作简便, 持续时间长, 安全无毒、无皮肤刺激, 不粘连皮肤和毛发, 随揭随贴, 无残留。

综上认为, 全麻下头颈部手术患者应用水凝胶护眼贴预防眼部并发症操作方便, 安全有效。

参考文献

[1]王家红, 阚燕, 鲍飞.眼部护理在全麻患者手术中的临床价值[J].安徽医学, 2011, 32 (11) :1917.

[2]邓汉妹, 黄淳茂.全麻下头面部手术病人眼睛护理方法的探讨[J].浙江临床医学, 2002, 4 (11) :810.