水凝胶在生物医学领域的应用

水凝胶是生物材料研究的主要课题之一。水凝胶是一种三维聚合物网络，由于其结构中存在亲水基团，能够吸收体内大量的水或生物液体。

根据聚合物的类型，水凝胶可分为两类：天然水凝胶和合成水凝胶。天然聚合物包括多糖及其蛋白质，广泛用作释放物质的载体。临床应用中使用的天然水凝胶包括藻酸盐、胶原蛋白、明胶和纤维蛋白。合成水凝胶是疏水性的。在机械结构和化学成分方面，它们优于天然水凝胶。这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，用于各种医疗应用中的合成氢化，例如药物输送、组织工程、骨假体和伤口敷料。合成水凝胶因其生物相容性、不刺激免疫系统和抗蛋白质吸附等特性而被用于各种医疗应用。

水凝胶在生物医学中的应用

用于组织工程的水凝胶

高水合聚合物网络的水凝胶与ECM类似，在组织工程和再生医学应用中引起了广泛关注。它们可以用作空间填充剂、生物活性物质的输送载体或组织细胞并提供刺激以确保所需组织发育的三维结构。迄今为止，源自天然或合成聚合物的各种类型的水凝胶已被用于重建有缺陷的皮质骨关节或关节软骨组织。

用于组织工程的水凝胶

用于伤口敷料的水凝胶

水凝胶广泛用作清创剂、湿润敷料和伤口护理的糊剂成分。然而，它们不需要更多的伤口液体即可变成凝胶，并且适合干伤口。

水凝胶所谓的“水分供体"功能有助于自溶清创，增加胶原酶的产生和坏死伤口的水分含量。它们可以通过交联聚合物链的扩展吸收并保留凝胶中受污染的渗出液，从而隔离液体中的细菌、碎片和气味分子。它们的高含水量使得蒸汽和氧气能够传输到伤口，例如压疮、腿部溃疡、手术和坏死伤口、撕裂伤和烧伤。由于其冷却和保湿作用，它们似乎在单独或与其他产品结合使用的紧急烧伤治疗中发挥着重要作用。水凝胶敷料也用于肉芽空洞伤口。无定形凝胶通常每天重新涂抹，而片状水凝胶通常每周更换 2-3 次。

Table.作为伤口敷料的水凝胶和水凝胶片的示例。

用于药物输送的水凝胶

为了递送药物，水凝胶的多孔结构可以提供载药基质，同时保护药物免受恶劣环境的影响。此外，可以通过改变凝胶基质的交联密度来控制这种孔隙率。释放速率是药物载体的另一个重要参数，主要取决于分子通过凝胶网络的扩散系数，也可以根据具体要求进行调整。通过设计水凝胶的某些化学和物理结构，可以获得生物相容性和生物可降解性。所有这些特性赋予水凝胶药物输送巨大的潜力。

用于药物输送的水凝胶的成功例子之一是 Cervidil®，这是一种用于宫颈成熟的阴道插入物，自 1995 年以来一直在市场上销售。这种控释制剂已被用于在或接近分娩的患者中引产或引产。交货时间。每个插入物在 271 毫克交联聚环氧乙烷/聚氨酯聚合物中含有 10 毫克地诺前列酮（前列腺素 E2 或 PGE2），在 12 小时内以大约 0.3 毫克/小时的速度输送。当放置在潮湿的阴道环境中时，水凝胶膨胀会触发药物释放。

通过储库系统中的水凝胶膜释放药物的方案。

水凝胶广泛存在于日常产品中，但其潜力尚未得到充分开发。这些材料在隐形眼镜、卫生用品和伤口敷料市场中发挥了良好的作用，但在组织工程和药物输送方面的商用水凝胶产品仍然有限。人们已经设计和研究了许多基于水凝胶的药物输送装置和支架，预计这两个领域将取得更多进展。在药物递送和组织工程中使用水凝胶的商业产品有限，在一定程度上与其高生产成本有关。