水凝膠是一類擁有極為親水三維網絡結構的高分子聚合物，通常由親水性高分子物質交聯而成，能夠吸收它本身質量幾十倍到幾千倍質量的液體進行溶脹而不溶解。殼聚糖是天然的高分子材料，來源廣泛且價格便宜，由于其生物降解性和相容性好，能提高創傷愈合速度，在很多領域都有著廣泛應用。

01殼聚糖基水凝膠的制備方法

水凝膠在微觀上是立體的網絡結構，組分和制備方法多樣，因為聚合物的改變或是交聯方法的改變都會在一定程度上影響復合水凝膠的理化性質。常用的水凝膠交聯方法以物理交聯和化學交聯為主。

物理交聯是指通過物理作用形成水凝膠，如靜電、氫鍵等作用，最大的優勢是細胞毒性小，且具有良好的可降解性和化學交聯法難以做到的可逆性，但制成的水凝膠通常力學性能很差，長期穩定性差、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生作用使其凝膠化。殼聚糖作為一種良好的生物相容性陽離子聚合物，具有廣泛研究，尤其是與陰離子大分子聚合物DNA結合。研究報道，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、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定。研究報道，通過三唑鍵合，金屬配位制備基于殼聚糖/透明質酸的三聯網絡水凝膠，可通過改變殼聚糖、透明質酸摩爾比來調控水凝膠的機械性能和形態。將殼聚糖摻入熱可重構瓊脂糖凝膠介質中，通過強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絡水凝膠，具有多種刺激的響應能力，自我修復，形狀記憶和抗菌特性。此外，殼聚糖通過螯合機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，在生理條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，凝膠時間為15 min，具有良好的生物降解性能、較低的細胞毒性。

化學交聯是指大分子鏈間由共價鍵結合而成，形成高分子聚合物的過程。殼聚糖基水凝膠的化學交聯制備法可以分為引發劑引發、光引發及輻射交聯法。雖然化學交聯能改善水凝膠的穩定性和力學性能，但也有一個致命問題就是交聯劑的大量殘留使得水凝膠會存在細胞毒性，所以要想達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劑充分除去。

①引發劑引發交聯法。引發劑是能引起單體進行聚合的物質，可以使殼聚糖及其衍生物分子通過共價鍵結合在一起形成網狀結構，提高材料的強度、彈性等性能。研究報道，以功能化的纖維素納米纖維作為交聯引發劑制備殼聚糖復合自修復水凝膠和形狀記憶冷凍凝膠，納米纖維素-殼聚糖復合水凝膠具有有效的自我修復和剪切稀化特性，且具有可調節的機械性能。使用漆酶活化的酚類作為交聯引發劑形成殼聚糖水凝膠，生物相容性結果未顯示對HEK293細胞系生長有明顯的抑制作用，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劑合成殼聚糖共價水凝膠。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48小時。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光引發交聯法。光引發交聯法主要的光源為高能量的紫外線，光源引發分子鏈間的作用促進殼聚糖構成水凝膠結構。研究報道，在Irgacure2959存在下通過光引發聚合反應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，該水凝膠的膠凝時間在5-50分鐘的范圍內可調節，具有更好的綜合性能，特別是更好的生物相容性。通過核黃素產生的光誘導自由基引發殼聚糖與明膠發生交聯反應合成殼聚糖-明膠(CS/GE)水凝膠珠。CS/GE水凝膠珠為粗糙的空心結構，核黃素和殼聚糖的存在為其提供了對大腸桿菌良好的抗菌活性。

③輻射交聯法。輻射交聯法是利用輻射源與物質的作用，電離并激發生成活化原子與分子，使物質之間進行交聯。輻射交聯法包括電子加速器和γ射線等，相對于以上方法具有操作便捷、易于控制、綠色環保等優點。利用冷凍循環和電子束輻射可合成殼聚糖復合水凝(TiO2/CMCS/PVA)，并對其抑菌性能和細胞毒性進行測定。復合水凝膠對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌都有較好的抗菌效果，同時該水凝膠對L929細胞無明顯的毒性。

02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，結構單一，性能上仍無法滿足市場需求，存在機械強度低、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，殼聚糖常常需要與其他高分子材料復合制成復合水凝膠，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，使其具有 pH 依賴性，因此在生物傳感和藥物輸送體系構建中被廣泛應用。在酸性溶液中，殼聚糖的氨基發生質子化（—NH??基團產生靜電斥力），從而提高殼聚糖基水凝膠的吸水性，其溶脹程度由質子化程度決定。殼聚糖基水凝膠可調節傷口酸堿度，適當 pH 值調節能創造良好酸堿平衡環境，抑制細菌生長并促進傷口愈合。此外，調節殼聚糖基水凝膠的 pH 值接近人體 pH 值，可減少與傷口組織相互作用時的不良反應，促進修復與愈合。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配合物，均可調節殼聚糖的 pH 敏感性。pH 敏感型材料可根據人體器官環境 pH 差異，通過自組裝包埋藥物，實現靶向釋放。

②溫度敏感型殼聚糖基水凝膠

傳統水凝膠需植入體內，無法原位注射，給患者帶來創傷和經濟負擔。為解決此問題，研究開發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，可通過注射器注入人體；在生理條件下，隨體溫升高轉變為凝膠狀態。溫度敏感型殼聚糖基水凝膠能形成凝膠結構，接觸傷口時迅速轉化為液態，有效貼合傷口表面并阻隔外界污染物。其通過創造濕潤環境促進愈合，同時提供保護與適宜溫度，助力細胞增殖和組織再生。

可注射溫度敏感型水凝膠解決了傳統水凝膠需植入的問題，具有顯著優勢，室溫下為可注射溶液，體溫下轉化為凝膠狀態，緊密貼合傷口以阻隔污染物并促進愈合。同時，其控釋功能可定向釋放藥物，為損傷治療提供了更簡便、經濟的選擇。

參考資料       

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