组织工程用水凝胶制备方法研究进展_宫政
水凝胶在组织工程中的应用研究
水凝胶在组织工程中的应用研究水凝胶是一种高分子化合物，具有高度保水性和可塑性，被广泛应用于组织工程领域。
在过去的几十年里，水凝胶在再生医学、药物传递和生物材料方面发挥了重要作用。
本文将探讨水凝胶在组织工程中的应用研究，重点关注其在植入材料、生物打印和药物传递方面的应用，探讨其前景和挑战。
水凝胶作为一种天然或合成的高分子材料，具有出色的生物相容性和可加工性，已被广泛应用于体内组织修复和再生。
最常见的水凝胶材料包括明胶、聚乙二醇、壳聚糖等。
这些材料可通过调整其交联度和孔隙结构来满足不同组织的需求，例如软组织和硬组织修复。
在植入材料方面，水凝胶可以被设计成支架或载体，用于支持细胞的附着和增殖，促进损伤组织的修复和再生。
通过调整水凝胶的物理和化学性质，可以控制其降解速率和释放荷载生长因子的能力，从而实现定向组织工程。
例如，将水凝胶与干细胞或干细胞因子复合后植入体内，可以在缺损组织中诱导新生组织的生长和修复。
另一方面，生物打印作为一种新兴技术，将水凝胶与细胞一起打印成三维结构，为定制化组织工程提供了新的可能性。
通过精密排布水凝胶支架和细胞，可以实现多种复杂组织的构建，如软骨、骨骼和皮肤等。
这种个性化的生物打印技术为个体化医疗和器官修复开辟了崭新的道路。
此外，水凝胶在药物传递方面也展现出巨大潜力。
利用其优良的载荷和释放特性，可以将药物固定在水凝胶载体中，通过控制释放速率和方式来实现长效治疗。
例如，将抗生素或生长因子装载在水凝胶微球内，可以实现对慢性创伤或肿瘤的持续治疗，提高疗效和减少药物的毒副作用。
虽然水凝胶在组织工程中的应用前景广阔，但也面临一些挑战。
首先，水凝胶的生物相容性和稳定性需要进一步优化，以确保在体内环境中的长期稳定性。
其次，水凝胶的力学性能和生物活性需要精细调控，以适应不同组织的需求。
最后，水凝胶的生产成本和标准化生产技术也需要进一步研究和完善，以实现规模化生产和商业化应用。
综上所述，水凝胶作为一种多功能生物材料，在组织工程中具有广泛的应用前景。
水凝胶的制备实验报告(3篇)
第1篇一、实验目的1. 了解水凝胶的基本原理和制备方法。
2. 掌握水凝胶的制备过程，提高实验操作技能。
3. 探究不同制备条件对水凝胶性能的影响。
二、实验原理水凝胶是一种具有三维网络结构的亲水高分子材料，具有良好的生物相容性、生物降解性和力学性能。
水凝胶的制备方法主要有物理交联法和化学交联法。
本实验采用化学交联法，利用交联剂使单体发生聚合反应，形成水凝胶。
三、实验材料与仪器1. 实验材料：聚乙烯醇（PVA）、交联剂（NaOH）、NaCl、蒸馏水等。
2. 实验仪器：电子天平、烧杯、磁力搅拌器、水浴锅、玻璃棒、滴定管、移液管等。
四、实验步骤1. 准备溶液：称取一定量的PVA，加入适量的蒸馏水，在磁力搅拌器上加热溶解，得到PVA溶液。
2. 配制交联剂：称取适量的NaOH，加入适量的蒸馏水，得到NaOH溶液。
3. 混合溶液：将PVA溶液与NaOH溶液按一定比例混合，搅拌均匀。
4. 添加NaCl：在混合溶液中加入一定量的NaCl，搅拌均匀。
5. 制备水凝胶：将混合溶液倒入烧杯中，放入水浴锅中加热，观察溶液的变化。
当溶液出现凝胶状时，停止加热。
6. 冷却：将水凝胶取出，放入冷水中冷却，使其凝固。
7. 切割：将水凝胶切割成一定大小的块状，进行性能测试。
五、实验结果与分析1. 不同PVA浓度对水凝胶性能的影响：实验结果表明，随着PVA浓度的增加，水凝胶的溶胀率和力学性能逐渐提高，但水凝胶的透明度逐渐降低。
2. 不同交联剂浓度对水凝胶性能的影响：实验结果表明，随着交联剂浓度的增加，水凝胶的溶胀率和力学性能逐渐提高，但交联剂浓度过高会导致水凝胶的力学性能下降。
3. 不同NaCl浓度对水凝胶性能的影响：实验结果表明，随着NaCl浓度的增加，水凝胶的溶胀率和力学性能逐渐降低，但水凝胶的透明度逐渐提高。
六、实验结论1. 通过化学交联法成功制备了水凝胶，并对其性能进行了测试。
2. 实验结果表明，PVA浓度、交联剂浓度和NaCl浓度对水凝胶的性能有显著影响。
水凝胶材料的制备与性能研究
水凝胶材料的制备与性能研究随着科学技术的进步，水凝胶材料在生物医学领域得到了广泛的应用。
水凝胶材料具有高水含量、仿生性、可调节性等优势，因此在药物缓释、组织工程和人工器官等方面有着巨大的潜力。
本文将探讨水凝胶材料的制备方法和性能研究。
一. 水凝胶材料制备方法水凝胶材料的制备方法多种多样，其中最常见的是物理交联法、化学交联法和生物交联法。
物理交联法：物理交联法使用热或者冷冻法来制备水凝胶材料。
其中，热交联法是通过加热来使凝胶材料中的聚合物链发生交联反应。
冷冻法则是通过冷冻过程来使溶液中的高分子物质形成凝胶。
化学交联法：化学交联法是通过化学反应来制备水凝胶材料。
例如，常见的交联剂有甲醛、聚合物交联剂等。
通过在凝胶材料中加入这些交联剂，可以使聚合物链之间形成交联结构，从而形成凝胶。
生物交联法：生物交联法利用生物体内的酶、酶提取物等进行水凝胶的制备。
例如，明胶就是通过溶解胶原蛋白后，将其与交联酶混合使凝胶发生交联反应得到的。
二. 水凝胶材料的性能研究水凝胶材料的性能研究包括力学性能、渗透性能、生物相容性等方面。
力学性能：水凝胶材料的力学性能是评价其稳定性和机械强度的重要指标。
一般采用拉伸、压缩、剪切等方法来测试凝胶的弹性模量、屈服强度等力学性能。
渗透性能：水凝胶材料的渗透性能是指其对溶质和溶剂的通透性。
通过测量凝胶的渗透系数和渗透速率，可以评估凝胶的吸水性能和药物释放速度等。
生物相容性：水凝胶材料用于生物医学领域的应用，其生物相容性是至关重要的。
生物相容性测试可以评估水凝胶材料是否引起细胞毒性、炎症反应等不良影响。
三. 水凝胶材料的应用前景水凝胶材料的应用前景广阔，目前已经在药物缓释、组织工程和人工器官等方面取得了一些进展。
药物缓释：水凝胶材料可以作为载体来实现药物的缓释。
通过调节凝胶的结构和交联程度，可以控制药物释放速度和持续时间，从而提高药物的疗效和降低毒副作用。
组织工程：水凝胶材料可以用于支持细胞生长和组织再生。
水凝胶材料用于组织工程的研究进展
水凝胶材料用于组织工程的研究进展水凝胶材料是一种结构类似于生物组织的新型材料，具有优异的生物相容性和生物可降解性，因此被广泛应用于组织工程领域。
在这个领域中，水凝胶材料扮演着重要的角色，为组织修复和再生提供了可行的解决方案。
水凝胶材料的研究进展首先表现在其制备方法上。
目前，主要有物理交联、化学交联和生物交联等方法用于制备水凝胶材料。
物理交联是通过调控物质的温度、pH值等条件来实现的，该方法操作简单、无毒性，适合制备一些简单结构的水凝胶。
化学交联则需要通过某些化学反应来实现，这种方法制备的水凝胶能够调控水凝胶的机械性能和降解速率。
生物交联是在生物体内通过酶催化等作用而实现的，这种方法制备的水凝胶更加接近天然组织。
水凝胶材料在组织工程中的应用主要有三个方面。
首先是载药输送系统。
水凝胶材料可以作为药物的载体，通过调控水凝胶的孔隙结构和降解速率，实现药物的缓释效果，提高药物的疗效。
其次是组织工程支架。
水凝胶材料可以制备成梯度结构或多孔结构的支架，用于支撑和引导组织的生长和修复。
最后是生物打印。
利用3D打印技术，可以将水凝胶材料制备成具有特定形状和结构的组织工程构件，实现个性化的组织修复。
随着技术的不断进步，水凝胶材料在组织工程领域的研究也取得了突破。
一方面，研究人员对水凝胶材料的合成方法进行了改进和优化，提高了水凝胶材料的性能和稳定性。
另一方面，研究人员通过调控水凝胶材料的微观结构和表面性质，增强了其与组织细胞的相互作用，提高了水凝胶材料在体内的生物活性。
此外，研究人员还针对不同类型的组织修复需求，设计和开发了多种功能化水凝胶材料，如具有生物活性因子释放功能的水凝胶、具有机械刺激响应的智能水凝胶等。
尽管水凝胶材料在组织工程中的应用已经取得了一定的进展，但仍然存在一些挑战。
首先是水凝胶材料的力学性能需要进一步改善。
水凝胶材料在人体内需要承受一定的受力，因此其力学性能对于组织修复至关重要。
其次是水凝胶材料的生物相容性和降解性需要更好地平衡。
生物来源水凝胶在组织工程中的应用与进展
生物来源水凝胶在组织工程中的应用与进展傅月荷吕青【摘 要】 目的综述各种生物来源水凝胶的特性及其在组织工程领域的应用与研究进展。
方法查阅近年有关生物来源水凝胶的文献，并对其进行分析总结。
结果生物来源水凝胶大体可分为单一成分（胶原蛋白、透明质酸、壳聚糖、藻酸盐及丝素蛋白等）水凝胶及多成分（基质胶、细胞外基质提取物、脱细胞基质）水凝胶两大类。
它们大多来自生物组织的细胞外基质，因此具有良好的生物相容性及生物活性。
其中，脱细胞基质水凝胶无论成分还是结构，均更加符合仿生学要求，是目前最接近细胞生长天然环境的支架材料。
结论生物来源水凝胶已广泛应用于组织工程研究，尽管现有水凝胶材料仍存在力学性能欠佳、降解速度过快以及血管化、灭菌方法、免疫原性等方面的问题，但随着优化机制的不断深入研究，有望获得理想的生物来源水凝胶材料，并真正应用于临床。
【关键词】组织工程生物来源水凝胶支架材料脱细胞基质APPLICATION AND RESEARCH PROGRESS OF BIO-DERIVED HYDROGELS IN TISSUE ENGINEERING/FU Yuehe, LÜ Qing. Department of Thyroid and Breast Surgery, West China Hospital, Sichuan University, Chengdu Sichuan, 610041, P.R.China.Correspondingauthor:LÜQing,E-mail:*******************【Abstract】Objective To review the properties of bio-derived hydrogels and their appl ication and research progress in tissue engineering.Methods The l iterature concerning the biol-derived hydrogels was extensively reviewed and analyzed.Results Bio-derived hydrogels can be divided into single-component hydrogels(collagen,hyaluronic acid, chitosan,alginate,silk fibroin, etc.)and multi-component hydrogels[Matrigel,the extract of extracellular matrix (ECM),and decellularized ECM].They have favorable biocompatibility and bioactivity because they are mostly extracted from the ECM of biological tissue.Among them,hydrogels derived from decellularized ECM,whose composition and structure are more in line with the requirements of bionics,have incomparable advantages and prospects.This kind of scaffold is the closest to the natural environment of the cell growth.Conclusion Bio-derived hydrogels have been widely used in tissue engineering research. Although there still exist many problems,such as the poor mechanical properties,rapid degradation,the immunogenicity or safety,vascularization,sterilization methods,and so on,with the deep-going study of optimization mechanism,desirable bio-derived hydrogels could be obtained,and thus be applied to clinical application.【Key words】Tissue engineering Bio-derived hydrogels Scaffold Decellularized extracellular matrix“组织工程”概念提出至今已有20余年，国内外学者们仍在不断研究设计理想的支架材料。
水凝胶的制备及其研究进展
水凝胶的制备及其应用进展摘要水凝胶是一类具有广泛应用的聚合物材料，它在水中能够吸收大量水分而溶胀，并在溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。
由于其特殊的结构和性能，水凝胶自人们发现以来，一直被人们广为研究。
本文综述了近些年国内外在水凝胶制备和在生物医药、环境保护等方面的一些研究进展，并对水凝胶的应用前景做了一些展望。
关键词水凝胶药物释放壳聚糖染料吸附凝胶按照分散相介质的不同而分为水凝胶(hydro-gel)、醇凝胶(alcogel)和气凝胶(aerogel)等。
水凝胶的分散相介质是水,它是由水溶性分子经过交联后形成的,能够在水中溶胀并且保持大量水分而不溶解的胶态物质。
它在水中能够吸收大量的水分显著溶胀，并在显著溶胀之后能够继续保持其原有结构而不被溶解。
[1]正因为水凝胶的这种特性，水凝胶能够对外界环境，如温度、pH、电场、磁场等条件变化做出响应。
近年来，对水凝胶的研究逐渐深入。
水凝胶的应用也越来越广泛，不仅在载药缓释、环境保护方面有很大用途，而且在喷墨打印等方面也有越来越大的作用。
一、水凝胶的制备（一）PVA水凝胶的制备上世纪50年代,日本科学家曾根康夫最早注意到聚乙烯醇(PVA)水溶液的凝胶化现象。
由于PVA水凝胶除了具备一般水凝胶的性能外,具有毒性低、机械性能优良(高弹性模量和高机械强度)、高吸水量和生物相容性好等优点,因而倍受青睐。
PVA水凝胶在生物医学和工业方面的用途非常广泛[2]。
龚桂胜，钟玉鹏[3]等人利用冷冻-解冻法制备了不同类型高浓度聚乙烯醇（PVA）水凝胶，研究了PVA水凝胶的溶胀率、拉伸强度和流变特性。
他们发现不同类型的高浓度 PVA 水凝胶的力学性能相差较大，高分子量的 PVA 水凝胶的拉伸强度较低；这与低浓度的水凝胶相反。
徐冰函[4]首先制备PVA水凝胶，再以PVA 水凝胶作为载体利用反复冷冻的方法成功制备含有二甲基砜的PVA水凝胶。
实验制备的MSM/PVA水凝胶具有优良的理化性能，并且可以用于人工敷料的制备。
水凝胶材料的制备与生物医学应用研究
水凝胶材料的制备与生物医学应用研究水凝胶材料是一种新型的材料，它具有良好的生物相容性和生物可降解性，因此被广泛应用于生物医学领域。
本文将介绍水凝胶材料的制备方法及其在生物医学应用中的研究进展。
一、水凝胶材料的制备方法水凝胶材料的制备方法主要包括自由基聚合法、离子凝胶法、逆相乳液法、溶液聚合法等多种方法。
其中，自由基聚合法是目前应用最为广泛的方法之一。
该方法主要是通过将单体和交联剂混合后，加入引发剂，使其发生自由基聚合反应，最终形成水凝胶材料。
二、水凝胶材料的生物医学应用1. 组织工程组织工程是一种利用生物材料和细胞工程技术来修复和重建人体组织和器官的方法。
水凝胶材料作为一种生物相容性良好的材料，被广泛应用于组织工程领域。
例如，将水凝胶材料与干细胞结合，可以制备出具有生物活性的人工组织，用于修复受损组织。
2. 药物缓释水凝胶材料具有良好的载药性能，可以将药物包裹在其中，实现药物缓释。
这种方法可以使药物缓慢释放，从而提高药物的疗效，并降低药物对人体的副作用。
例如，将抗癌药物包裹在水凝胶材料中，可以实现对肿瘤细胞的精准治疗。
3. 医疗器械水凝胶材料还可以被用于制备医疗器械。
例如，将水凝胶材料制成人工角膜，可以用于治疗眼部疾病。
此外，水凝胶材料还可以被用于制备人工关节、血管支架等医疗器械。
三、水凝胶材料的未来发展随着生物医学技术的不断发展，水凝胶材料在生物医学领域中的应用也将得到进一步拓展。
未来，我们可以将水凝胶材料与纳米技术、基因技术等结合起来，实现更加精准的治疗效果。
此外，我们还可以通过改变水凝胶材料的化学结构和物理性质，来实现更加多样化的应用。
总之，水凝胶材料作为一种新型的生物医学材料，在组织工程、药物缓释、医疗器械等方面都具有广泛的应用前景。
我们期待着未来更多的研究成果，为生物医学领域带来更多的创新和突破。
水凝胶材料在组织工程中的应用
水凝胶材料在组织工程中的应用随着科技的不断发展，水凝胶材料在组织工程中的应用越来越广泛。
水凝胶材料具有独特的特性，如良好的生物相容性、可溶性、可塑性和可注射性等，使其成为细胞培养和组织修复的理想材料。
在本文中，我们将探讨水凝胶材料的特点以及其在组织工程中的应用。
首先，让我们了解一下水凝胶材料的特点。
水凝胶是一种高度吸水的材料，其具有3D网络结构，能够在水中迅速形成凝胶。
这种独特的结构特性赋予了水凝胶材料良好的生物相容性，可以与人体组织充分融合，减少免疫反应。
同时，水凝胶材料还具有良好的可塑性和可注射性，可以灵活地塑造成各种形状，以满足不同的组织修复需求。
水凝胶材料在组织工程中的应用可以追溯到几十年前。
最早期的研究主要集中在细胞培养的领域。
由于水凝胶材料具有良好的生物相容性和可溶性，可以为细胞提供一个适宜的生长环境，促进细胞的生长和分化。
因此，科研人员开始使用水凝胶材料作为细胞培养基质，以研究细胞生物学和疾病发生机制。
随着技术的不断突破，水凝胶材料得到了进一步优化，如改善其力学性能和生物降解性，使其在组织修复和再生医学中发挥了更重要的作用。
目前，水凝胶材料在组织工程中的应用已经涵盖了多个领域。
例如，水凝胶材料可以用来制备人工皮肤。
作为人体最大的器官，皮肤损伤是一种常见的外科问题。
传统的皮肤修复方法往往无法完全恢复受损皮肤的功能和外观。
而利用水凝胶材料制备的人工皮肤可以提供一个模拟天然皮肤结构和功能的平台，促进受损皮肤的修复和再生。
研究人员已经成功地将水凝胶材料用于治疗烧伤、创伤和溃疡等皮肤缺损疾病。
此外，水凝胶材料还可以用于神经再生。
由于神经系统的特殊性，受伤后的神经再生非常困难。
然而，水凝胶材料的生物相容性和注射性使其成为神经再生的理想材料。
研究人员已经利用水凝胶材料制备了一种人工神经导管，用于促进神经细胞的生长和再生。
这种人工神经导管可以被注射到损伤区域，提供一个良好的生长环境，促进受损神经的再生和修复。
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Abstract：Hydrogels are widely used in the fields of pharmacology and tissue engineering. In this article，
the hydrogels design methods based on chemical and physical crosslinking are reviewed. Chemically crosslinked hydrogels are formed by radical polymerization，chemical reaction of complementary groups， high energy irradiation and enzymatic reactions，and physically crosslinked hydrogels are formed by ionic interactions，crystallization，hydrogen bonds and hydrophobic interactions. Key words：hydrogels；tissue engineering；physical crosslinking；chemical crosslinking；cells
GONG Zheng1，DING Shanshan2，YIN Yuji1，CUI Yuanlu2，YAO Kangde1
(1 School of Materials Science and Engineering，Tianjin University，Tianjin 300072，China；2 Center of Traditional Chinese Medicine，Tianjin University of Traditional Chinese Medicine，Tianjin 300193，China)
水凝胶是由亲水性聚合物链构造的具有三维交 联网络结构的高聚物和介质共同组成的多元体 系[1]，此网络因存在物理或化学交联结构而不溶于 水，使其在溶液或生物体中保持了完整性。充斥于 聚合物网络中的水分使交联的大分子链伸展，从而 整个材料具备了流体的性质。同时，由于人体组织 大多是由蛋白质和多糖网络组成的含有大量水的水 凝胶材料[2]，使得水凝胶材料在药物控释、软组织 支架构建及活性细胞包载等生物医用材料方面得到 了广泛的应用。自 1960 年 Wichterle 和 Lim 制备出 聚（甲基丙烯酸-2-羟基乙酯）水凝胶以来[3]，有关 高分子水凝胶的设计与合成研究十分活跃。近年来， 结构和性能各异的新型高分子水凝胶在组织工程中 的应用引起了人们极大的兴趣。
织工程中，用以克服传统治疗方法如，自体移植和 替代物植入所带来的二次损伤和痊愈困难等缺 点[8]。研究显示，在 37 ℃下将兔骨髓干细胞微囊 化后加入到 OPF 中，与载有β1-转化生长因子的 明胶微粒混合形成的水凝胶可有效保持微囊化兔 骨髓干细胞在培养期间的生物活性并分化形成软 骨细胞[9]。
一些天然多糖物质也可通过引发剂交联形成具 有独特作用的高聚物水凝胶。欧车前（Psyllium） 是一种具有药用价值的天然多糖，可通过凝胶化形 成新型药物释放系统。Singh 等[10]将 N,N′-亚甲基双 丙烯酸酰胺（N,N′-MBAAm）作为交联剂，以过硫 酸铵为引发剂引发欧车前与聚丙烯酰胺形成聚合网 络。这种 pH 敏感型水凝胶网络可对环境作出响应， 用于肠道的特定药物释放。
Leach 等[13]用紫外光交联制备了甲基丙烯酸缩 水甘油酯改性的透明质酸（glycidyl methacrylateHA，GMHA）衍生物水凝胶，研究表明此水凝胶 具有细胞相容性和生物可降解性，既能保持透明质 酸本身促进内皮细胞增殖的生物活性，又能在一定 程度上起到血纤维蛋白的作用。Blanchette 等[14]用 同样的方法制备了包载有争光霉素（bleomycin）的 聚 （ 甲 基 丙 烯 酸 - 接 枝 - 乙 二 醇 ） [poly(methacrylic acid-g-ethylene glycol)，P(MAA-g-EG)]凝胶微球，
Balakrishnan 等[19—20]制备了氧化海藻酸钠-明 胶共价交联水凝胶并评价了其生物相容性。这种可 注射水凝胶可以精确控制凝胶时间，无毒且可降解， 包载表皮生长因子后可促进伤口的愈合。
收稿日期：2008–02–05；修改稿日期：2008–05–14。 基金项目：国家自然科学基金资助项目（30670572）。 第一作者简介：宫政（1983—），男，硕士研究生。联系人：尹玉姬， 博士，副教授，主要从事生物材料和功能材料的研究。电话 022– 27401902；E–mail yinyuji@。
第 11 期
宫政等：组织工程用水凝胶制备方法研究进展
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这种凝胶微球对 pH 值敏感，具有选择释放性，能 增强与肠内上皮细胞的相互渗透性从而提高药物利 用率，是一种比较理想的口服药物载体材料。Yeo 等[15]深入研究了紫外光交联壳聚糖水凝胶在心肌梗 塞治疗中的应用。此凝胶体系由壳聚糖与丙烯酰-聚 乙二醇-RGD 多肽（Acr-PEG-RGD）组成，在预聚物 中加入血管内皮细胞生长因子（VEGF）和碱性成纤 维细胞生长因子（bFGF）并在低能量紫外光照射下 交联形成的水凝胶可促进生长因子的持续释放。 Pitarresi 等[16]在无光引发剂条件下将甲基丙烯酸-葡 聚糖（methacrylated dextran，DEX-MA）和甲基丙烯 酸-α, β-聚（N-2-羟乙基）-DL-天冬酰胺[methacrylatedα,β-poly(N-2-hydroxyethyl)-DL-aspartamide ， PHM] 光照共交联形成水凝胶。该水凝胶表现出耐胃肠液 水解的特性，可有效促进药物释放，延长释放时间， 达到治疗肠道炎症的目的。
但是值得注意的是，当采用光引发方式制备水 凝胶时，引发效率相对较低，对于较大缺损部位的 修复，很难做到结构均匀[1,17]。 1.3 结构互补基团之间反应产生的交联
一些生物相容性聚合物结构中通常含有—OH、 —COOH、—NH2 等基团，这些基团不仅使聚合物 有很好的水溶性，而且通过结构互补官能团之间发 生席夫碱、加成及缩合等化学反应，彼此之间形成 共价交联键，利用这一特性可设计和合成组织工程 用水凝胶。
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化工进展
2008 年第 27 卷
成主要靠次级键价力的作用如离子间相互作用、氢 键及结晶作用、疏水性相互作用等，而化学交联型 水凝胶通过共价键形成。本文将从这两个方面对组 织工程用水凝胶的设计与合成进展进行阐述。
经物理或 化学交联
高分子
图1
水分子
交联点 交联的高分子网络
水凝胶的化学交联及物理交联示意图[5]
型水凝胶的研究进展，对比了各种交联机制的优缺点，并对水凝胶在组织工程领域中的进一步应用进行了展望。
关键词：水凝胶；组织工程；物理交联；化学交联；细胞
中图分类号：Q 81；R 318.08
文献标识码：A
文章编号：1000–6613（2008）11–1743–07
Optimized design of hydrogels for tissue engineering
1 化学交联形成的水凝胶
化学交联型水凝胶是运用传统的合成聚合物的 方法或光聚合、辐射聚合等技术，引发共聚或缩聚 反应产生共价键而形成的共价交联网络。 1.1 自由基聚合反应产生的交联
自由基聚合反应交联是用于水凝胶设计与合成 比较常用的方法。常用的引发剂有热不稳定的过氧化 物体系和氧化还原体系。目前自由基聚合主要采用两 种途径：一是通过一种或多种低分子量的烯类单体在 交联剂的存在下直接进行聚合反应； 二是先使原本 不具有聚合反应活性的水溶性聚合物转变为含有可 聚合反应基团的衍生物，再进行交联共聚反应。
另外，通过 HEMA 与一些响应性单体共聚交联 可以得到基于该凝胶的环境敏感材料。Atta 等[7]以 三聚氰胺甲基丙烯酰胺及三聚氰胺丙烯酰胺作为交 联剂通过自由基聚合制备了具有 pH 值敏感性和热 敏感性的甲基丙烯酸-2-羟乙酯（HEMA）-N-乙烯基 吡咯烷酮水凝胶。
聚富马酸乙二醇酯（OPF）广泛应用于软骨组
使用醛类化合物特别是戊二醛交联含有羟基或 氨基的水溶性聚合物是设计和合成水凝胶比较常用 的方法，但戊二醛本身的毒性会影响细胞的生长。 因此 Draye 等[18]将葡聚糖部分氧化形成缩醛结构与 明胶交联发生席夫碱反应制备水凝胶。这种自交联 体系避免了小分子毒性交联剂的使用，水凝胶的后 处理简单且生物相容性良好，可用做烧伤敷料。
组织工程的概念由美国的 Langer 与 Va用细胞生物学和工
程学的原理和方法，研究和开发能修复和改善损伤 组织结构与功能的生物替代物的一门科学。
目前组织工程用水凝胶分为天然高分子水凝 胶、合成高分子水凝胶和天然与合成高分子复合水 凝胶三大类，既要求生物相容性又期望有细胞和分 子响应性，这是目前面临的最大挑战。为了得到所 需性能的水凝胶，其设计和合成应从物理性能、传 质性能和生物相互作用等多方面综合考虑。迄今为 止，水凝胶的设计与合成主要有物理交联和化学交 联两种途径，如图 1 所示，其性能也因原料、交联 密度和亲疏水性而各异[5]。物理交联型水凝胶的形
不同水溶性聚合物（包括天然的、半合成的和 合成的）可转变为带有可聚合反应基团的衍生物后 再交联形成水凝胶[11]。亲水性聚合物经过改性为可 聚合的衍生物再与适当的交联剂发生反应，通过调 节反应条件可获得所需力学性能的水凝胶。 Pourjavadi 等[12]以过硫酸铵为引发剂，以亚甲基二 丙烯酰胺为交联剂将甲基丙烯酰胺接枝到角叉菜胶 （Carrageenan）主链上并在碱性条件下形成新型的 强吸水性水凝胶，该水凝胶对 pH 值敏感且在碱性 条件下表现出较高的溶胀性能。 1.2 光引发聚合反应产生的交联
摘 要：高分子水凝胶作为一类重要的生物材料被广泛应用于生物医药和组织工程领域。本文综述了基于化学交联