壳聚糖温敏水凝胶研究进展

水凝胶(hydrogel)是一种天然的亲水性高聚物，一般由物理或化学交联而具有三维网状聚合物结构，在水中的溶解度低于百分之一，但具有溶胀性，亲水小分子可以在水凝胶中扩散，可以吸收大量水并保持其三维结构。按照水凝胶按照对外界刺激的响应性，水凝胶可分为两类：一类是环境响应型水凝胶(智能水凝胶)，这类水凝胶对环境的变化敏感，对不同环境引起的刺激有不同的应答；另一类是环境不响应型水凝胶(普通水凝胶)，这类水凝胶对环境的变化不特别敏感。智能水凝胶根据响应条件的不同可以分为温度敏感型、pH敏感型、光敏感型、电敏感型、磁敏感型等。由于水凝胶的这种智能性，故水凝胶可作为一种与外界环境交互的媒介，使其在生物组织等领域广泛应用，也成为近年研究的热点[1]智能水凝胶的发展状况。

温敏性水凝胶即对温度敏感的水凝胶，属于智能高分子凝胶的一种，主要由大分子主链、亲水基团和疏水基团组成，能在外界环境改变时根据刺激作出不同的应答而发生相变，多用于药物载体与组织工程[2]。温敏性水凝胶根据溶胀机理分为两类，一类是热胀温敏水凝胶，在温度低于相转变温度时呈收缩状态，温度高于相转变温度时呈膨胀状态；另一类是热缩温敏水凝胶，与热胀温敏水凝胶相反，当温度高于相转变温度时呈收缩状态，温度低于相转变温度时呈膨胀状态[3]。与传统水凝胶相比，温敏性水凝胶因其能随温度的变化发生“溶胶—凝胶”状态的改变，在药物控释、酶的固定化、细胞包封等领域具有明显的优越性。壳聚糖是由甲壳素脱乙酰制备而成的碱性氨基多糖，是一种在自然界中大量存在的物质，其结构由β-1，4糖苷键连接的N-乙酰氨基葡萄糖基团和氨基葡萄糖残基组成。因具有良好的生物相容性、低细胞毒性和可被生物降解等优点，壳聚糖被广泛应用于生物医学领域，常作为药物缓释体，在微球、微囊以及凝胶等缓释剂型中被广泛应用[4]。

1 常见壳聚糖温敏水凝胶

1.1 壳聚糖—甘油磷酸钠温敏凝胶

壳聚糖—甘油磷酸钠混合溶液是一种温敏性的溶液，能随着温度的改变发生相变，室温下能长时间保持液体状态，体温(37℃)下凝固为凝胶状。壳聚糖—甘油磷酸钠溶液的稳定性及粘度由壳聚糖的脱乙酰度决定，壳聚糖脱乙酰度越低，所制备得到的溶液越温度，粘度可以维持长时间不变[5]。Chenite等[6]利用利用甘油磷酸钠(Glycerophosphate，GP)中和壳聚糖( Chitosan，CS)后，得到pH值呈中性的壳聚糖-甘油磷酸钠复合物，其研究发现壳聚糖—甘油磷酸钠溶液的成胶速度主要依赖于壳聚糖的脱乙酰度，脱乙酰度越高，成胶速度越快，这是因为交联时甘油磷酸钠与壳聚糖的氨基更易发生连接。Ruel-Ganepy[7]等研究发现壳聚糖—甘油磷酸钠溶液的成胶速度与最终溶液的温度以及pH值有关，当低温或低pH值时凝胶过程变缓，成胶速度变慢。此外，CS/GP体系中加入适量戊二醛、聚乙烯醇改性而得到的壳聚糖溶液，当温度升高时形成半固体状凝胶时间更短。

1.2 壳聚糖接枝凝胶

由接枝法制备而成的壳聚糖温敏水凝胶多种多样，如Chung等利用耦合剂1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)-碳化二亚胺和N-羟基琥珀酰亚胺将一种基于环氧乙烷和环氧丙烷的共聚物接枝到壳聚糖上等[8]。

壳聚糖接枝凝胶中较常见的是聚乙烯醇与壳聚糖接枝制备而成的温敏凝胶。聚乙烯醇(PVA)是一种水溶性的多羟基聚合物，与壳聚糖相似，因其具有良好的生物相容性与低细胞毒性而广泛应用于药物运送载体及组织工程中[9]。Tang等[10]通过将壳聚糖与聚乙烯醇混合得到可注射的温敏凝胶，通过研究发现该凝胶于4℃下为液体，在人体生理温度(37℃)下迅速成胶。研究发现此凝胶的形成取决于氢键的作用，在低温时壳聚糖与水分子形成分子间氢键，阻止壳聚糖自身的羟基与氨基间氢键的形成，使壳聚糖分子链维持规律的排序，避免相互缠绕；当温度升高时对氢键有破坏作用，使壳聚糖分子链间形成疏水作用从而形成凝胶。聚乙烯醇浓度越高，成胶的温度也越高。另外，Minoura等[11]研究发现壳聚糖/聚乙烯醇凝胶材料的表面性能与细胞粘附的关系；Kim等[12]研究表明壳聚糖/聚乙烯醇凝胶的性质会随外界的刺激而改变，如pH值和电荷的改变。

1.3 巯基壳聚糖水凝胶

Kafedjiiski K等[13]通过在壳聚糖的伯氨基或羟基上引入巯基，巯基壳聚糖形成的温敏凝胶优化了部分壳聚糖的性能，增加壳聚糖在中性pH下的溶解性。此外，Matsuda A等[14]通过固定化的巯基与蛋白质中的其他巯基形成二硫键，使得黏膜的粘附性得到改善，进一步提升凝胶的机械性能和缓释能力。

文章来源：《中国组织工程研究》 网址: http://www.zgzzgcyj.cn/qikandaodu/2021/0310/1102.html