水凝膠是一類擁有極為親水三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的高分子聚合物，通常由親水性高分子物質(zhì)交聯(lián)而成，能夠吸收它本身質(zhì)量幾十倍到幾千倍質(zhì)量的液體進(jìn)行溶脹而不溶解。殼聚糖是天然的高分子材料，來源廣泛且價(jià)格便宜，由于其生物降解性和相容性好，能提高創(chuàng)傷愈合速度，在很多領(lǐng)域都有著廣泛應(yīng)用。

       1、殼聚糖基水凝膠的制備方法

       水凝膠在微觀上是立體的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，組分和制備方法多樣，因?yàn)榫酆衔锏母淖兓蚴墙宦?lián)方法的改變都會(huì)在一定程度上影響復(fù)合水凝膠的理化性質(zhì)。常用的水凝膠交聯(lián)方法以物理交聯(lián)和化學(xué)交聯(lián)為主。

       物理交聯(lián)是指通過物理作用形成水凝膠，如靜電、氫鍵等作用，最大的優(yōu)勢(shì)是細(xì)胞毒性小，且具有良好的可降解性和化學(xué)交聯(lián)法難以做到的可逆性，但制成的水凝膠通常力學(xué)性能很差，長(zhǎng)期穩(wěn)定性差、易降解。

       ①靜電相互作用。靜電相互作用是通過陰離子分子和殼聚糖的氨基之間發(fā)生作用使其凝膠化。殼聚糖作為一種良好的生物相容性陽(yáng)離子聚合物，具有廣泛研究，尤其是與陰離子大分子聚合物DNA結(jié)合。研究報(bào)道，通過殼聚糖和DNA骨架之間的靜電相互作用可制備一種新型可調(diào)、高度生物相容性和可注射的DNA-殼聚糖混合水凝膠。

       ②金屬離子配位。金屬離子配位是通過分子間的配位鍵來合成凝膠的，形成的水凝膠更加穩(wěn)定。研究報(bào)道，通過三唑鍵合，金屬配位制備基于殼聚糖/透明質(zhì)酸的三聯(lián)網(wǎng)絡(luò)水凝膠，可通過改變殼聚糖、透明質(zhì)酸摩爾比來調(diào)控水凝膠的機(jī)械性能和形態(tài)。將殼聚糖摻入熱可重構(gòu)瓊脂糖凝膠介質(zhì)中，通過強(qiáng)配位相互作用可制備一種新型的金屬-生物聚合物配位雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，具有多種刺激的響應(yīng)能力，自我修復(fù)，形狀記憶和抗菌特性。此外，殼聚糖通過螯合機(jī)理可與多種金屬離子具有配位能力。

      ③疏水作用。以殼聚糖、羥丙基甲基纖維素( HPMC)和甘油為原料，在生理?xiàng)l件下可制備一種新型熱敏水凝膠。HPMC通過大量的疏水作用促進(jìn)殼聚糖熱凝膠化。熱敏感水凝膠的生理pH值為6.8-6.9，凝膠時(shí)間為15 min，具有良好的生物降解性能、較低的細(xì)胞毒性。

       化學(xué)交聯(lián)是指大分子鏈間由共價(jià)鍵結(jié)合而成，形成高分子聚合物的過程。殼聚糖基水凝膠的化學(xué)交聯(lián)制備法可以分為引發(fā)劑引發(fā)、光引發(fā)及輻射交聯(lián)法。雖然化學(xué)交聯(lián)能改善水凝膠的穩(wěn)定性和力學(xué)性能，但也有一個(gè)致命問題就是交聯(lián)劑的大量殘留使得水凝膠會(huì)存在細(xì)胞毒性，所以要想達(dá)到臨床使用的最終目的，要用合適的方法將不適合與人體接觸的交聯(lián)劑充分除去。

       ①引發(fā)劑引發(fā)交聯(lián)法。引發(fā)劑是能引起單體進(jìn)行聚合的物質(zhì)，可以使殼聚糖及其衍生物分子通過共價(jià)鍵結(jié)合在一起形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，提高材料的強(qiáng)度、彈性等性能。研究報(bào)道，以功能化的纖維素納米纖維作為交聯(lián)引發(fā)劑制備殼聚糖復(fù)合自修復(fù)水凝膠和形狀記憶冷凍凝膠，納米纖維素-殼聚糖復(fù)合水凝膠具有有效的自我修復(fù)和剪切稀化特性，且具有可調(diào)節(jié)的機(jī)械性能。使用漆酶活化的酚類作為交聯(lián)引發(fā)劑形成殼聚糖水凝膠，生物相容性結(jié)果未顯示對(duì)HEK293細(xì)胞系生長(zhǎng)有明顯的抑制作用，表明漆酶氧化的酚類化合物是一種合成殼聚糖水凝膠的新型綠色方法。以四甲基氯化磷作為引發(fā)劑合成殼聚糖共價(jià)水凝膠。該水凝膠具有pH敏感，低毒性，生物相容性和黏附性，并允許被包裹藥物喜樹堿的改性釋放持續(xù)48小時(shí)。表明通過水凝膠口服喜樹堿可以在吸收部位提供低濃度的藥物，避免載體飽和，降低其腸道毒性。

      ②光引發(fā)交聯(lián)法。光引發(fā)交聯(lián)法主要的光源為高能量的紫外線，光源引發(fā)分子鏈間的作用促進(jìn)殼聚糖構(gòu)成水凝膠結(jié)構(gòu)。研究報(bào)道，在Irgacure2959存在下通過光引發(fā)聚合反應(yīng)和紫外線照射將水溶性殼聚糖衍生物制得生物相容性殼聚糖水凝膠，該水凝膠的膠凝時(shí)間在5-50分鐘的范圍內(nèi)可調(diào)節(jié)，具有更好的綜合性能，特別是更好的生物相容性。通過核黃素產(chǎn)生的光誘導(dǎo)自由基引發(fā)殼聚糖與明膠發(fā)生交聯(lián)反應(yīng)合成殼聚糖-明膠(CS/GE)水凝膠珠。CS/GE水凝膠珠為粗糙的空心結(jié)構(gòu)，核黃素和殼聚糖的存在為其提供了對(duì)大腸桿菌良好的抗菌活性。

     ③輻射交聯(lián)法。輻射交聯(lián)法是利用輻射源與物質(zhì)的作用，電離并激發(fā)生成活化原子與分子，使物質(zhì)之間進(jìn)行交聯(lián)。輻射交聯(lián)法包括電子加速器和γ射線等，相對(duì)于以上方法具有操作便捷、易于控制、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)。利用冷凍循環(huán)和電子束輻射可合成殼聚糖復(fù)合水凝(TiO2/CMCS/PVA)，并對(duì)其抑菌性能和細(xì)胞毒性進(jìn)行測(cè)定。復(fù)合水凝膠對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都有較好的抗菌效果，同時(shí)該水凝膠對(duì)L929細(xì)胞無(wú)明顯的毒性。

       2、殼聚糖基水凝膠的功能性改性

       單一殼聚糖基水凝膠傷口敷料雖為較理想的選擇，但僅含殼聚糖，結(jié)構(gòu)單一，性能上仍無(wú)法滿足市場(chǎng)需求，存在機(jī)械強(qiáng)度低、易脆、黏彈性及持水能力弱、自愈合功能與生物相容性較差等問題。為了克服這些缺點(diǎn)，殼聚糖常常需要與其他高分子材料復(fù)合制成復(fù)合水凝膠，來改善上述問題，或者是用目前探討更多的生物化學(xué)改性方法促使其在水中能更好地溶解，以此提高其性能。

       ①pH 敏感型殼聚糖基水凝膠

       殼聚糖分子中含有大量氨基基團(tuán)，使其具有 pH 依賴性，因此在生物傳感和藥物輸送體系構(gòu)建中被廣泛應(yīng)用。在酸性溶液中，殼聚糖的氨基發(fā)生質(zhì)子化（—NH??基團(tuán)產(chǎn)生靜電斥力），從而提高殼聚糖基水凝膠的吸水性，其溶脹程度由質(zhì)子化程度決定。殼聚糖基水凝膠可調(diào)節(jié)傷口酸堿度，適當(dāng) pH 值調(diào)節(jié)能創(chuàng)造良好酸堿平衡環(huán)境，抑制細(xì)菌生長(zhǎng)并促進(jìn)傷口愈合。此外，調(diào)節(jié)殼聚糖基水凝膠的 pH 值接近人體 pH 值，可減少與傷口組織相互作用時(shí)的不良反應(yīng)，促進(jìn)修復(fù)與愈合。通過添加不同添加劑、與其他聚合物接枝/混合，或與陰離子聚合物制備聚電解質(zhì)配合物，均可調(diào)節(jié)殼聚糖的 pH 敏感性。pH 敏感型材料可根據(jù)人體器官環(huán)境 pH 差異，通過自組裝包埋藥物，實(shí)現(xiàn)靶向釋放。

       ②溫度敏感型殼聚糖基水凝膠

       傳統(tǒng)水凝膠需植入體內(nèi)，無(wú)法原位注射，給患者帶來創(chuàng)傷和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。為解決此問題，研究開發(fā)了可注射的體溫敏感型水凝膠。此類水凝膠在室溫下呈溶液狀態(tài)，可通過注射器注入人體；在生理?xiàng)l件下，隨體溫升高轉(zhuǎn)變?yōu)槟z狀態(tài)。溫度敏感型殼聚糖基水凝膠能形成凝膠結(jié)構(gòu)，接觸傷口時(shí)迅速轉(zhuǎn)化為液態(tài)，有效貼合傷口表面并阻隔外界污染物。其通過創(chuàng)造濕潤(rùn)環(huán)境促進(jìn)愈合，同時(shí)提供保護(hù)與適宜溫度，助力細(xì)胞增殖和組織再生。

       可注射溫度敏感型水凝膠解決了傳統(tǒng)水凝膠需植入的問題，具有顯著優(yōu)勢(shì)，室溫下為可注射溶液，體溫下轉(zhuǎn)化為凝膠狀態(tài)，緊密貼合傷口以阻隔污染物并促進(jìn)愈合。同時(shí)，其控釋功能可定向釋放藥物，為損傷治療提供了更簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)的選擇。

       參考資料

       [1]郗傳曦,李亞寧,徐廣宇,等.殼聚糖基水凝膠傷口敷料的研究進(jìn)展[J].中國(guó)造紙,2024,43(03):56-64.

       [2]李月生,饒璐,劉東亮,等.殼聚糖基水凝膠的制備及應(yīng)用研究進(jìn)展[J].湖北科技學(xué)院學(xué)報(bào),2023,43(04):150-156.

       [3]房麗華,楊亞.殼聚糖基水凝膠敷料研究進(jìn)展[J].遼寧絲綢,2023,(02):12-13.