水凝膠是由水溶性高分子經(jīng)過交聯(lián)后形成的，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)帶有強(qiáng)親水基團(tuán)，在水凝膠遇水時(shí)溶脹，并能夠吸收自身質(zhì)量成百上千倍的水分，同時(shí)，保持大量水分而又不溶解于水，能夠保持良好的穩(wěn)定性，是很好的吸水材料。水凝膠具有良好的塑性能力，質(zhì)地柔軟，與活體組織質(zhì)感相近，在生化性質(zhì)上更類似于細(xì)胞外基質(zhì)，相比其他人的合成生物材料而言，它更接近于生物體組織結(jié)構(gòu)。殼聚糖基水凝膠由于其特殊的結(jié)構(gòu)和良好的生物相容性能，可廣泛應(yīng)用于傷口敷料、藥物遞送系統(tǒng)、組織修復(fù)及體內(nèi)植入材料等。

1、良好的創(chuàng)傷敷料

       水凝膠物質(zhì)作為一種新型的生活敷料，可以很好地包載藥物，生物活性因子為創(chuàng)面營造濕潤環(huán)境，加速創(chuàng)面愈合，阻止細(xì)菌感染創(chuàng)面。同時(shí)，具有可吸收傷口滲出液、保持傷口接觸面的溫度及濕度、良好的透氣性、抗菌消炎等優(yōu)點(diǎn)，在傷口愈合藥物研發(fā)領(lǐng)域具有廣闊前景。

       · 殼聚糖基水凝膠敷料在止血方面的性能

       殼聚糖大分子帶正電荷的特性賦予其良好抑菌性，同時(shí)增強(qiáng)傷口止血敷料的附加性能，可促進(jìn)傷口凝血。其止血機(jī)理為，殼聚糖的正電氨基與紅細(xì)胞負(fù)電膜間產(chǎn)生靜電作用引發(fā)紅細(xì)胞凝集，并通過組織黏附封閉傷口止血。盡管殼聚糖能有效止血，但其基水凝膠的黏附力與水溶性不穩(wěn)定，極大限制了體內(nèi)應(yīng)用。表皮止血可通過繃帶、紗布等實(shí)現(xiàn)，但內(nèi)臟器官因止血功能弱、機(jī)械性能低及出血量大而難以止血。因此，止血型殼聚糖基水凝膠需復(fù)合其他材料或化學(xué)改性以適應(yīng)體內(nèi)環(huán)境。有研究報(bào)道將殼聚糖與絲素蛋白通過單寧酸交聯(lián)制備水凝膠，提升止血性能。該水凝膠在濕潤狀態(tài)下可有效封閉傷口，并保留殼聚糖的固有止血活性。在動(dòng)脈與內(nèi)臟出血模型中，相較于傳統(tǒng)紗布，其可顯著減少失血量并縮短止血時(shí)間。以二苯甲醛接枝聚乙二醇（PEGDA）、月桂酸端接殼聚糖（Chi-LA）及姜黃素負(fù)載的介孔聚多巴胺納米顆粒（PDA@Cur）為原料，通過邁克爾加成反應(yīng)制備水凝膠。該水凝膠止血性能優(yōu)異，大鼠實(shí)驗(yàn)顯示其減少失血量并縮短止血時(shí)間。結(jié)果表明，姜黃素的引入增強(qiáng)了生理環(huán)境下止血性能，而聚多巴胺的強(qiáng)黏附性協(xié)同提升止血效果。此外，在大鼠體內(nèi)激光照射評(píng)估中，該水凝膠展現(xiàn)出優(yōu)異抗菌性并促進(jìn)傷口愈合。

       · 殼聚糖基水凝膠敷料在抗菌方面的性能

       殼聚糖在止血和抗菌方面有密切的聯(lián)系。通過形成凝膠層而抑制細(xì)菌生長(zhǎng)，殼聚糖基水凝膠能夠在傷口周圍創(chuàng)建良好的治療環(huán)境，既可以迅速止血，又可以預(yù)防感染，為傷口的愈合提供有利條件。殼聚糖的抑菌作用與幾個(gè)參量有關(guān)，首先是相對(duì)分子質(zhì)量，分子質(zhì)量越小，其抑菌作用越顯著。另外一個(gè)參量是殼聚糖的脫乙酰化度，其正電荷數(shù)取決于脫乙?；潭?。殼聚糖及其衍生物在對(duì)抗細(xì)菌、真菌方面表現(xiàn)出顯著的效果。一般在研究殼聚糖及其衍生物的抗菌性能時(shí)，常使用大腸桿菌、金黃色葡萄球菌和白色念珠菌作為測(cè)試菌株。研究報(bào)道，以氧化葡聚糖為交聯(lián)劑制備的一種ε-聚（L-賴氨酸）修飾的聚乙烯醇（CP-VA-g-EPLy）殼聚糖（CS）/銀（Ag）復(fù)合的可注射抗菌水凝膠對(duì)大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有明顯的抑制作用。

       · 殼聚糖基水凝膠敷料在傷口愈合方面的性能

       殼聚糖及其衍生物具有無毒、止血抑菌的特性，同時(shí)也能促進(jìn)傷口的愈合并減少瘢痕增生。殼聚糖可以通過促進(jìn)上皮細(xì)胞的生長(zhǎng)和抑制不正常纖維細(xì)胞的過度增生來防止瘢痕形成，同時(shí)促進(jìn)巨噬細(xì)胞產(chǎn)生有助于創(chuàng)面愈合的活性因子，從而促進(jìn)傷口的愈合。利用殼聚糖生物可降解、無毒和抗菌等特點(diǎn)制備殼聚糖-橙花叔醇復(fù)合水凝膠。對(duì)含有不同含量橙花叔醇的殼聚糖基水凝膠進(jìn)行小鼠創(chuàng)面實(shí)驗(yàn)，并監(jiān)測(cè)了傷口的愈合情況。結(jié)果表明，含有質(zhì)量分?jǐn)?shù) 2%橙花叔醇的殼聚糖基水凝膠具有良好的愈合作用，并且創(chuàng)面較商業(yè)軟膏組更小。與用生理鹽水和含有質(zhì)量分?jǐn)?shù) 4%橙花叔醇的殼聚糖基水凝膠處理的創(chuàng)面相比，含有質(zhì)量分?jǐn)?shù) 4%橙花叔醇的殼聚糖基水凝膠和商業(yè)軟膏組的愈合速度較慢，并存在炎癥細(xì)胞。還有研究報(bào)道，以京尼平交聯(lián)的水溶性羧甲基殼聚糖為原料，制備了水凝膠、膜和海綿 3種敷料。結(jié)果表明，羧甲基殼聚糖海綿表現(xiàn)出最佳的傷口閉合和加速傷口修復(fù)的性能。由于傷口一般由細(xì)胞質(zhì)基質(zhì)損傷引起，引入單寧能更好地促進(jìn)傷口愈合。

       利用殼聚糖包載藥物/抗菌劑復(fù)合制備水凝膠敷料，單獨(dú)以殼聚糖作為敷料局限性太大，如果與藥物的抗菌功效相結(jié)合或在輔料中加入抗菌藥物，則可以增加敷料的阻菌止血功效。有研究在氧化海藻酸鈉/殼聚糖水凝膠中加入用乳化交聯(lián)制備的鹽酸四環(huán)素（TH）負(fù)載明膠微球，制備得到的復(fù)合水凝膠敷料可以顯著地提高水凝膠自身的抗菌性和機(jī)械性能。

2、優(yōu)良的藥物載體材料

       殼聚糖基水凝膠具有良好的生物相容性并且無毒可降解，具有很好的包載藥物的能力。殼聚糖基水凝膠作為一類常用的藥物載體，可作為有效輔助材料構(gòu)建生物組織骨架，在實(shí)際應(yīng)用中，其靶向作用可以達(dá)到兩方面的效果：一是改變藥物的使用方式和人體分布情況；二是通過控制釋放時(shí)間來使其在指定部位產(chǎn)生藥物作用。研究報(bào)道，以甲基丙烯酸甲酯和殼聚糖為單體，采用硫酸銨為引發(fā)劑，以氟尿嘧啶作為模板，通過自由基聚合制備接枝共聚凝膠，并在體外模擬結(jié)腸液試驗(yàn)藥物的釋放性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其具有良好的結(jié)腸特異性藥物傳遞行為。

       殼聚糖基水凝膠載體作用于許多新的化合物大分子藥物可以使其容易被釋放出來?？蒯岓w系中藥物的釋放濃度相對(duì)穩(wěn)定，從而可以更直接使用最有效的藥物。而且藥物釋放完后殼聚糖基水凝膠能在體內(nèi)降解成小分子被吸收或排出體外，從而避免了非生物降解物質(zhì)代謝堆積。隨著時(shí)代的發(fā)展，藥物載體研究越來越深入，水凝膠作為卓越的藥用材料發(fā)揮著越來越重要的作用。

3、理想的組織工程材料

       殼聚糖水凝膠可用于構(gòu)建生物組織骨架，BioSyntech Canada 公司研發(fā)了一種以殼聚糖和甘油磷酸二鈉鹽共聚制得水凝膠，在常溫狀態(tài)下該水凝膠是液態(tài)，當(dāng)達(dá)到人體生理溫度時(shí)成膠，因此，采用特定手段將其注射到人體所需部位可以用于修復(fù)或填充機(jī)體缺陷。同時(shí)，在該水凝膠制備過程中不適用交聯(lián)劑和有機(jī)溶劑，有效降低了其潛在的生物毒性并提高了其生物相容性，在藥物遞送、眼部組織植入、骨或軟骨填充材料等組織工程領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

4、作為吸附材料應(yīng)用

       殼聚糖是極 佳的水凈化處理劑，殼聚糖水凝膠及其衍生物有著大量的活性氨基和羥基基團(tuán)可以解離出陽性離子，殼聚糖基物質(zhì)可與金屬離子發(fā)生螯合作用，所以，可作為金屬離子吸附劑；且殼聚糖基水凝膠可與染料（甲基橙，亞甲基藍(lán)等）產(chǎn)生靜電作用，可對(duì)解離出陰離子的有色染料產(chǎn)生吸附作用。因此，殼聚糖水凝膠在工業(yè)廢水的治理方面有著至關(guān)重要的作用。有學(xué)者制備出的PVA-CS-GO復(fù)合水凝膠對(duì)Pb2+具有較好的吸附效果，并且通過多次的吸附與解吸實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)復(fù)合水凝膠具有優(yōu)越的穩(wěn)定性和可循環(huán)利用性。不過，殼聚糖基水凝膠在吸附應(yīng)用方面的特性也存在局限，其對(duì)于一些不溶性的金屬離子及其染料的吸附作用存在著缺陷。

       參考資料

       [1]趙奎,梁旭華,李星元.基于殼聚糖水凝膠的研究進(jìn)展及其應(yīng)用[J].科技與創(chuàng)新,2020,(03):150-152.

       [2]安占超,周末,金政,等.殼聚糖基水凝膠在傷口敷料中的應(yīng)用[J].黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào),2021,38(02):195-202+253.

       作者簡(jiǎn)介：小米蟲，藥品質(zhì)量研究工作者，長(zhǎng)期致力于藥品質(zhì)量研究及藥品分析方法驗(yàn)證工作，現(xiàn)就職于國內(nèi)某大型藥物研發(fā)公司，從事藥品檢驗(yàn)分析及分析方法驗(yàn)證