水凝胶在生物医学领域中的应用（课件）

医用水凝胶材料 什么是水凝胶 日常生活中常见到的水凝胶 农用保水剂 抗旱保水剂 西北干旱地区使用保水剂对土地保湿 隐形眼镜 人造肌肉 口服控释药物剂型 尿片 卫生巾 丰胸充填物 面膜 一 水凝胶的定义 水凝胶 Hydrogel 是一类具有亲水基团 能被水溶胀但不溶于水的具有三维网络结构的聚合物 二 水凝胶的特点 水溶胀性 交联聚合物亲水性 可吸水达自身重量的数千倍三维网状结构 在水中不溶解能够感知外界微小刺激 智能水凝胶 三 水凝胶在医学领域中的应用 1 医药控制释放材料 全球释药系统市场 单位 亿美元 中国释药市场 中国13亿人口 2002年药品市场达140亿美元 按10 比例估算 其中释药市场为14亿美元 随着人民购买力提高 保健意识增强 今后国内药品市场每年将以5000万美元幅度增加 医药控制释放材料 目的 使药物在需要时间和时间间隔内对需要剂量释放至所需部位 防止药物失活 作用过程 当水凝胶被移植或注射到生物体后 水凝胶能够维持或向体液控制释放包埋在水凝胶中的药物 控制释放的生物活性物质 半衰期短 毒副作用大的药物蛋白质和多肽药物基因和疫苗 原因 水凝胶对低分子溶质具有较好的透过性 有优良的生物相容性及较好的重现性 具有缓控释性能 很容易合成 调节不同性能的材料与药物用量间的比例可以得到不同释药速率的制剂 控释药物的剂型与技术 缓释技术靶向技术纳米技术智能控制释放 口服注射制剂植入制剂喷雾剂经皮给药粘膜贴剂 口服缓释片剂 胶囊 应用实例 Miyata等制备了抗原 抗体敏感性水凝胶 该凝胶的溶胀行为可响应自由兔抗原rabbitIgG浓度的变化 且该凝胶具有专一的抗原识别性 只响应兔抗原的浓度变化 对羊抗原无响应性 Halliday等以PEO 二异氰酸酯及小分子多元醇为原料合成了用于口腔给药的聚氨酯水凝胶载体 在含药物成分的溶液中形成自粘性载药凝胶 可以直接粘附于口腔溃疡面等患处给药 何尚锦等利用温度及pH双重敏感水凝胶 乙烯基吡咯烷酮 丙烯酸共取物与聚乙二醇半互穿网络水凝胶为载体对抗癌药5 氟脲嘧啶 5 FU 进行包埋 分别在模拟的胃液和肠液 37 下进行体外释药研究 已获得良的效果 朱雪燕等利用合成的温度及pH敏感共聚凝胶PNIPA CO AAC 并在模拟人体体温和胃肠液pH值的条件下进行了药物 阿司匹林 缓释实验 已取得了较好的结果 药物控制释放产业现状 我国有6 000多家制药企业 但总体上技术资源 资金力量都比不上西方制药企业 其中控制释放系统的企业仅有有限几家 我国企业的研发投入总体很少 无法与国际制药相比 我国的控释制剂以研发为主 产业化商品少 市场上基本为进口药品制剂 2 作为组织充填材料 作为充填材料医用聚丙烯酰胺水凝胶已广泛用于人体各部位 材料特点 它是一类具有亲水基团能被水溶胀但不溶于水的聚合物 水凝胶中的水可使溶于其中的低分子量物质从其间渗透扩散 具有膜的特性 类似于含大量水分的人体组织 具有较好的生物相溶性 此外 聚丙烯酰胺水凝胶为大分子物质 不吸收 不脱落 不碎裂 在弥散的环境下能很好保持水分 有较好的粘度 弹性和柔软度 适合人体组织结构 应用实例 天然高强度水凝胶 丰胸充填物 目前 一些成年女性为了提升个人女性魅力而选择手术丰胸 手术丰胸 是对胸部填充硅胶等制品达到丰胸目的 史宏伟等报道了用医用聚丙烯酰胺水凝胶注射法治疗眼睑凹陷畸形的研究 临床治疗眼球摘除术后眼睑凹陷23例 疗效良好 3 人工玻璃体 人眼正常的玻璃体为凝胶状 主要成分是水 凝胶的基质为胶原和透明质酸 玻璃体浑浊和视网膜脱落都可以引起视力下降甚至失明 人工玻璃体 聚乙烯吡咯烷酮 PVP 水凝胶是第一个用作病变的玻璃体替代物的合成高聚物 作为一种优异的病变玻璃体替代物 PVP水凝胶具有良好的生物相溶性和生物物理光学特性 其网状支架对眼球内的新陈代谢成分具有良好的通透性 另外 PVP水凝胶具有粘弹性 表现出良好的内填充作用 可以封闭裂孔 展平视网膜 人造软骨 4 人工软骨 人工软骨材料 聚乙烯醇水凝胶的研制 用反复冷冻及真空脱水处理方法获得的PVA水凝胶材料 其弹性模量和人关节软骨相近 有希望成为理想的人工软骨材料 PVA水凝胶的高含水性及其特殊的表面结构与天然软骨组织非常相似 具有良好的的生物相容性和摩擦学特性 同时该水凝胶具有类似于天然软骨的多微孔组织 内含大量的水 是一种可渗透材料 关节内注射透明质酸钠凝胶治疗中早期骨性关节炎 5 医用敷料 敷料的主要类型有两种 干型如纱布 湿型如水凝胶 PVP水凝胶是一种类似于生命组织的高分子材料 有良好的生物相溶性 不影响生命体的代谢过程 并且代谢产物可通过水凝胶排出 还可根据需要将不同药物包埋在水凝胶内 药物可缓慢持续释放到病变区 从而达到治愈伤口或皮肤病的目的 医用水凝胶敷料可用于皮肤创伤 皮肤溃疡 褥疮 结核 霉菌 真菌感染等 烧伤 烫伤及其它皮肤病 理想的烧伤涂敷材料 应有一定的柔软性和机械强度 具有较强的液体吸收能力 能够透过空气 但屏蔽细菌 水凝胶容易吸收药物 并能释放药物 不刺激伤口 辐射交联或者化学交联的PVP能够满足上述要求 国内已有学者成功研制了PVP烧伤涂敷材料 医用水凝胶创伤敷料的优点 1 不断降温 立即止痛2 吸附渗液 阻隔细菌3 湿性环境 加速愈合4 生物相容 换药不粘5 不易成痂 减少疤痕 6 药物崩解剂 以免医药片剂或者胶囊在生产和运输过程中碎裂 因此要求有一定的强度 服用后 又要求能够迅速崩解 被人体吸收 而在医药片剂或者胶囊中加入适量干的PVP凝胶 则在服用后 凝胶吸收体液中的水分而膨胀 在药剂内造成很大的压力 从而使药剂迅速崩解 并且有生产和运输过程中不会碎裂 7 角膜接触镜材料 角膜接触镜俗称隐形眼镜 是一种兼具视力矫正 美容 眼睛防护和医疗作用的产品 最初的角膜接触镜是采用 甲基丙烯酸甲酯聚合物材料 PMMA 制造 这是一种硬性角膜接触镜 不含水分 不透气 不能长时间配戴 并且舒适度差 PVP水凝胶角膜接触镜是以PVP共聚物水凝胶作为材料制造的一种软质角膜接触镜 优点是舒适度高 含水量高 氧气通过性能好 可以长时间配戴 8 医用美容材料 温泉全效保湿水凝胶 小黄瓜眼部细致水凝胶 9 在分析和医学诊断方面的应用 根据水凝胶的环境敏感性 可将它与生物传感器物理元件相连 然后将生物分子固定在水凝胶表面或内部 便可得到生物传感器 用于诊断疾病及做日常监测 例如 利用水凝胶固定抗原 可用于免疫检测 回顾 水凝胶在医学方面的应用 2 作为组织充填材料 4 人