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水凝胶是由水溶性高分子经过交联后形成的，交联网络结构带有强亲水基团，在水凝胶遇水时溶胀，并能够吸收自身质量成百上千倍的水分，同时，保持大量水分而又不溶解于水，能够保持良好的稳定性，是很好的吸水材料。水凝胶具有良好的塑性能力，质地柔软，与活体组织质感相近，在生化性质上更类似于细胞外基质，相比其他人的合成生物材料而言，它更接近于生物体组织结构。壳聚糖基水凝胶由于其特殊的结构和良好的生物相容性能，可广泛应用于伤口敷料、药物递送系统、组织修复及体内植入材料等。

一、良好的创伤敷料

水凝胶物质作为一种新型的生活敷料，可以很好地包载药物，生物活性因子为创面营造湿润环境，加速创面愈合，阻止细菌感染创面。同时，具有可吸收伤口渗出液、保持伤口接触面的温度及湿度、良好的透气性、抗菌消炎等优点，在伤口愈合药物研发领域具有广阔前景。

壳聚糖大分子带正电荷的特性赋予其良好抑菌性，同时增强伤口止血敷料的附加性能，可促进伤口凝血。其止血机理为，壳聚糖的正电氨基与红细胞负电膜间产生静电作用引发红细胞凝集，并通过组织黏附封闭伤口止血。尽管壳聚糖能有效止血，但其基水凝胶的黏附力与水溶性不稳定，极大限制了体内应用。表皮止血可通过绷带、纱布等实现，但内脏器官因止血功能弱、机械性能低及出血量大而难以止血。因此，止血型壳聚糖基水凝胶需复合其他材料或化学改性以适应体内环境。有研究报道将壳聚糖与丝素蛋白通过单宁酸交联制备水凝胶，提升止血性能。该水凝胶在湿润状态下可有效封闭伤口，并保留壳聚糖的固有止血活性。在动脉与内脏出血模型中，相较于传统纱布，其可显著减少失血量并缩短止血时间。以二苯甲醛接枝聚乙二醇（PEGDA）、月桂酸端接壳聚糖（Chi-LA）及姜黄素负载的介孔聚多巴胺纳米颗粒（PDA@Cur）为原料，通过迈克尔加成反应制备水凝胶。该水凝胶止血性能优异，大鼠实验显示其减少失血量并缩短止血时间。结果表明，姜黄素的引入增强了生理环境下止血性能，而聚多巴胺的强黏附性协同提升止血效果。此外，在大鼠体内激光照射评估中，该水凝胶展现出优异抗菌性并促进伤口愈合。

壳聚糖在止血和抗菌方面有密切的联系。通过形成凝胶层而抑制细菌生长，壳聚糖基水凝胶能够在伤口周围创建良好的治疗环境，既可以迅速止血，又可以预防感染，为伤口的愈合提供有利条件。壳聚糖的抑菌作用与几个参量有关，首先是相对分子质量，分子质量越小，其抑菌作用越显著。另外一个参量是壳聚糖的脱乙酰化度，其正电荷数取决于脱乙酰化程度。壳聚糖及其衍生物在对抗细菌、真菌方面表现出显著的效果。一般在研究壳聚糖及其衍生物的抗菌性能时，常使用大肠杆菌、金黄色葡萄球菌和白色念珠菌作为测试菌株。研究报道，以氧化葡聚糖为交联剂制备的一种ε-聚（L-赖氨酸）修饰的聚乙烯醇（CP-VA-g-EPLy）壳聚糖（CS）/银（Ag）复合的可注射抗菌水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有明显的抑制作用。

壳聚糖及其衍生物具有无毒、止血抑菌的特性，同时也能促进伤口的愈合并减少瘢痕增生。壳聚糖可以通过促进上皮细胞的生长和抑制不正常纤维细胞的过度增生来防止瘢痕形成，同时促进巨噬细胞产生有助于创面愈合的活性因子，从而促进伤口的愈合。利用壳聚糖生物可降解、无毒和抗菌等特点制备壳聚糖-橙花叔醇复合水凝胶。对含有不同含量橙花叔醇的壳聚糖基水凝胶进行小鼠创面实验，并监测了伤口的愈合情况。结果表明，含有质量分数 2%橙花叔醇的壳聚糖基水凝胶具有良好的愈合作用，并且创面较商业软膏组更小。与用生理盐水和含有质量分数 4%橙花叔醇的壳聚糖基水凝胶处理的创面相比，含有质量分数 4%橙花叔醇的壳聚糖基水凝胶和商业软膏组的愈合速度较慢，并存在炎症细胞。还有研究报道，以京尼平交联的水溶性羧甲基壳聚糖为原料，制备了水凝胶、膜和海绵 3种敷料。结果表明，羧甲基壳聚糖海绵表现出最佳的伤口闭合和加速伤口修复的性能。由于伤口一般由细胞质基质损伤引起，引入单宁能更好地促进伤口愈合。

利用壳聚糖包载药物/抗菌剂复合制备水凝胶敷料，单独以壳聚糖作为敷料局限性太大，如果与药物的抗菌功效相结合或在辅料中加入抗菌药物，则可以增加敷料的阻菌止血功效。有研究在氧化海藻酸钠/壳聚糖水凝胶中加入用乳化交联制备的盐酸四环素（TH）负载明胶微球，制备得到的复合水凝胶敷料可以显著地提高水凝胶自身的抗菌性和机械性能。

二、优良的药物载体材料

壳聚糖基水凝胶具有良好的生物相容性并且无毒可降解，具有很好的包载药物的能力。壳聚糖基水凝胶作为一类常用的药物载体，可作为有效辅助材料构建生物组织骨架，在实际应用中，其靶向作用可以达到两方面的效果：一是改变药物的使用方式和人体分布情况；二是通过控制释放时间来使其在指定部位产生药物作用。研究报道，以甲基丙烯酸甲酯和壳聚糖为单体，采用硫酸铵为引发剂，以氟尿嘧啶作为模板，通过自由基聚合制备接枝共聚凝胶，并在体外模拟结肠液试验药物的释放性能，结果发现其具有良好的结肠特异性药物传递行为。

壳聚糖基水凝胶载体作用于许多新的化合物大分子药物可以使其容易被释放出来。控释体系中药物的释放浓度相对稳定，从而可以更直接使用最有效的药物。而且药物释放完后壳聚糖基水凝胶能在体内降解成小分子被吸收或排出体外，从而避免了非生物降解物质代谢堆积。随着时代的发展，药物载体研究越来越深入，水凝胶作为卓越的药用材料发挥着越来越重要的作用。

三、理想的组织工程材料

壳聚糖水凝胶可用于构建生物组织骨架，BioSyntech Canada 公司研发了一种以壳聚糖和甘油磷酸二钠盐共聚制得水凝胶，在常温状态下该水凝胶是液态，当达到人体生理温度时成胶，因此，采用特定手段将其注射到人体所需部位可以用于修复或填充机体缺陷。同时，在该水凝胶制备过程中不适用交联剂和有机溶剂，有效降低了其潜在的生物毒性并提高了其生物相容性，在药物递送、眼部组织植入、骨或软骨填充材料等组织工程领域具有广阔的应用前景。

四、作为吸附材料应用

壳聚糖是极佳的水净化处理剂，壳聚糖水凝胶及其衍生物有着大量的活性氨基和羟基基团可以解离出阳性离子，壳聚糖基物质可与金属离子发生螯合作用，所以，可作为金属离子吸附剂；且壳聚糖基水凝胶可与染料（甲基橙，亚甲基蓝等）产生静电作用，可对解离出阴离子的有色染料产生吸附作用。因此，壳聚糖水凝胶在工业废水的治理方面有着至关重要的作用。有学者制备出的PVA-CS-GO复合水凝胶对Pb2+具有较好的吸附效果，并且通过多次的吸附与解吸实验，发现复合水凝胶具有优越的稳定性和可循环利用性。不过，壳聚糖基水凝胶在吸附应用方面的特性也存在局限，其对于一些不溶性的金属离子及其染料的吸附作用存在着缺陷。

参考资料

[1]赵奎,梁旭华,李星元.基于壳聚糖水凝胶的研究进展及其应用[J].科技与创新,2020,(03):150-152.

[2]安占超,周末,金政,等.壳聚糖基水凝胶在伤口敷料中的应用[J].黑龙江大学自然科学学报,2021,38(02):195-202+253.

作者简介：小米虫，药品质量研究工作者，长期致力于药品质量研究及药品分析方法验证工作，现就职于国内某大型药物研发公司，从事药品检验分析及分析方法验证。