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水凝膠（Hydrogel）是一類極為親水的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)凝膠，它在水中迅速溶脹并在此溶脹狀態(tài)可以保持大量體積的水而不溶解。

水凝膠為具有親水性聚合物鏈的3D網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，且含水量為90％-99％，有助于有效的氧氣與物質(zhì)交換。

水凝膠的多聚體系統(tǒng)可為細(xì)胞的移植和分化、內(nèi)源性再生、生物修復(fù)、傷口愈合及藥物持續(xù)傳遞提供良好的基質(zhì)，而其三維網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)則可模擬原始細(xì)胞外基質(zhì)的微結(jié)構(gòu)，為細(xì)胞存活提供活體生態(tài)條件。

水凝膠是一種新型醫(yī)用材料，可廣泛應(yīng)用于骨科領(lǐng)域，包括骨與軟骨組織工程、皮膚創(chuàng)面愈合等。

醫(yī)用水凝膠的應(yīng)用

Ⅰ 在骨組織中的應(yīng)用

骨缺損為骨科臨床常見(jiàn)病，目前多采取自體或異體骨移植的方法治療。

水凝膠是一類獨(dú)特的支架材料，具有由交聯(lián)的高分子鏈組成的三維親水網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在吸收相當(dāng)于自身體積幾倍數(shù)量的水后仍可保持不分解。因此，水凝膠可以模擬自然的組織環(huán)境，為缺損部位提供結(jié)構(gòu)支持，使骨缺損通過(guò)內(nèi)在愈合機(jī)制修復(fù)。

例如：①、將雙相磷酸鈣陶瓷微粒作為礦化骨基質(zhì)嵌入 含有透明質(zhì)酸－g－殼聚糖－ｇ－聚（Ｎ－異丙基丙烯酰胺） （HA－CPN）的溫度敏感性水凝膠基質(zhì)中，并用富含血小板的血漿對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)化，該復(fù)合物可捕獲兔脂肪來(lái)源的干細(xì)胞，并具骨誘導(dǎo)能力，可提升細(xì)胞增殖速率和堿性磷酸酶活性，促進(jìn)鈣沉積和細(xì)胞外基質(zhì)礦化，并上調(diào)成骨標(biāo)志基因表達(dá)，將該構(gòu)建體植入兔顱骨缺損處后缺損部位有新骨形成，證實(shí)該溫度敏感性復(fù)合水凝膠可促進(jìn)兔脂肪來(lái)源干細(xì)胞的骨生成，有望應(yīng)用于骨組織工程。

②、用貽貝激發(fā)的聚多巴胺（PDA）在聚乙烯（PE）水凝膠上原位合成銀納米粒子（AgNP）并對(duì)其予以礦化，發(fā)現(xiàn) AgNP/PDA 水凝膠具有抗菌和促進(jìn)移植物礦化的雙重功能，可促進(jìn)骨骼生成，并具有上調(diào)骨涎蛋白、堿性磷酸酶、骨鈣蛋白及 Runt相關(guān)轉(zhuǎn)錄因子等成骨標(biāo)志物表達(dá)的能力；體內(nèi)實(shí)驗(yàn)也證實(shí)，該水凝膠可有效修復(fù)上頜骨缺損，并可顯著抑制金黃色葡萄球菌和大腸桿菌的生長(zhǎng)，在修復(fù)伴有感染的骨缺損情況中可加快愈合進(jìn)程。 

Ⅱ  在軟骨組織中的應(yīng)用

年齡增加、外傷和關(guān)節(jié)退行性改變均可成為軟骨損傷的危險(xiǎn)因素。軟骨由于缺乏血管、神經(jīng)、淋巴網(wǎng)絡(luò)和原始細(xì)胞等，很難實(shí)現(xiàn)自我修復(fù)，一旦損傷，通常需要通過(guò)外科手段進(jìn)行替換。軟骨組織工程目的在于制備有功能且無(wú)瘢痕的組織。水凝膠作為適用于組織工程的支架材料之一，已被廣泛研究。 

軟骨組織工程所需的水凝膠材料不但要具有生物相容性，而且要兼具一 定的機(jī)械性能。

① 聚多巴胺／硫酸軟 骨素／聚丙烯酰胺水凝膠，具有良好的組織黏附性和堅(jiān)韌的機(jī)械性能。與傳統(tǒng)的硫酸軟骨素水凝膠相比，該水凝膠能夠促進(jìn)軟骨的形成和分化，可為軟骨細(xì)胞生長(zhǎng)和軟骨再生創(chuàng)造無(wú)生長(zhǎng)因子的仿生微環(huán)境，并可滿足軟骨修復(fù)的機(jī)械要求。

② Deng 等通過(guò)雙物理交聯(lián)策略開(kāi)發(fā)了新型κ－角叉菜膠／ 聚丙烯酰胺雙網(wǎng)絡(luò)水凝膠，該水凝膠顯示出優(yōu)異的 斷裂拉伸應(yīng)力 [（1320±46）kPa］和韌性［斷裂能：（6900±280）kJ/m³］，并具有優(yōu)異的干細(xì)胞相容性，適用于軟骨組織工程。 

③ 可注射水凝膠可用于微創(chuàng)修復(fù)手段，因而更具可操作性。Qi等將絲膠蛋白轉(zhuǎn)化為功能性絲膠蛋白甲基丙烯酰，后者包載軟骨細(xì)胞后，可在UV光照射下通過(guò)光交聯(lián)形成原位水凝膠，在向體內(nèi)注 入該水凝膠８周后，有效的人造軟骨即可形成，其細(xì)胞外基質(zhì)組分積累量增加，且軟骨關(guān)鍵基因表達(dá)上調(diào)，在分子水平上類似于天然軟骨。

Ⅲ 在皮膚創(chuàng)面愈合中的應(yīng)用

皮膚作為覆蓋于人體表面的器官，很容易受到各種外界損傷。大面積皮膚缺損由于供區(qū)皮膚難以獲得、恢復(fù)期較長(zhǎng)及手術(shù)本身會(huì)帶來(lái)?yè)p傷，修復(fù)較為困難。作為新型的傷口和創(chuàng)面敷料，水凝膠具有較高的保水能力和很好的生物相容性，可促進(jìn)細(xì)胞遷移和再上皮化，已獲得廣泛關(guān)注。

① 開(kāi)發(fā)可光交聯(lián)的絲膠蛋白水凝膠（SMH）并 將SMH作為新型傷口敷料植入小鼠全層皮膚缺損模型以修復(fù)缺損，結(jié)果顯示其不僅可以實(shí)現(xiàn)皮膚的無(wú)痕愈合，而且有利于毛囊和皮脂腺等皮膚附屬物的功能性再生。此外，為解決關(guān)節(jié)處的皮膚創(chuàng)面愈合，設(shè)計(jì)具有合適機(jī)械性能的傷口敷料有重要的實(shí)際意義。

②一種可自我修復(fù)的多功能可注射膠束／水凝膠復(fù)合材料，發(fā)現(xiàn)其具有與人體皮膚相當(dāng)?shù)哪Ａ考傲己玫纳炜s性、壓縮性和黏合性，且自愈能力、止血性能和生物相容性均良好，為關(guān)節(jié)處皮膚創(chuàng)面的愈合提供了良好的選擇。具有良好機(jī)械性能、可自我修復(fù)的水凝膠作為皮膚創(chuàng)面愈合的 敷料材料應(yīng)用前景廣闊。

醫(yī)用水凝膠的意義

水凝膠的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的特性使其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中不斷發(fā)展，成為新型的醫(yī)用材料。隨著制備工藝的成熟和應(yīng)用方法的深入研究，水凝膠在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有著廣闊的應(yīng)用前景。

隨著社會(huì)的需求，各種生物醫(yī)用材料層出不窮，但是水凝膠成本低、功能多、可再生、可降解以及具有良好的生物相容性，使得它在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域備受矚目。水凝膠在骨科領(lǐng)域中的應(yīng)用主要集中于組織工程、創(chuàng)面愈合以及藥物傳遞等研究，其中的部分研究已經(jīng)應(yīng)用于臨床中。

水凝膠材料的研發(fā)推進(jìn)了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展，文中提到的不少研究依舊處于研究階段，還未能應(yīng)用于實(shí)際中，期待有朝一日，這些研究得以運(yùn)用，造福人們。