科研水凝胶纳米组合-外部刺激响应型水凝胶的分类

水凝胶和纳米颗粒结合，可扩大在生物医学领域的应用范围。通过简单灵活的选择不同类别的纳米材料/水凝胶，或调节纳米颗粒-水凝胶的物化相互作用，可以获得大大超出传统水凝胶的性能。

 

根据刺激的类型，可以分为内部刺激（即正常或患病/受伤组织的特征）和外部刺激（即热，光照，机械力，磁场或超声波）。纳米复合材料水凝胶的组装方法也可以分为四种，即：在纳米颗粒存在下进行水凝胶交联；在交联的水凝胶模板中原位形成纳米颗粒；纳米颗粒通过向内扩散并入交联的水凝胶中；作为水凝胶交联剂的纳米颗粒。以下介绍外部刺激响应纳米复合水凝胶：

1. 热响应型

 

该水凝胶可以在外部温度升高时释放其荷载的物质。这种混合平台展示了高温触发的药物输送，以及能够远程控制从惰性、细胞相容性状态切换到因按需化疗药物释放而产生的高度细胞毒性状态。

2. 光响应型

 

A)聚多巴胺纳米颗粒作为聚乙二醇基水凝胶的交联剂，负载抗肿瘤药物SN38。这种混合平台展示了按需脉冲式化疗药物的输送，并极大地促进了体内肿瘤的减少。

B)基于金纳米颗粒和纳米壳层在绿光和近红外照射下的不同光热活性的特定波长水凝胶致动器。

C)含有上转换纳米粒子和可光激活细胞黏附基序的光响应性纳米复合水凝胶可以按需黏附细胞并以时空可控的方式形成互联的微血管网络。

3. 磁响应型

 

A)在静磁场的作用下，负载了消炎痛和SPIONs（超顺磁性氧化铁纳米粒子）的普朗尼克水凝胶网络由于SPIONs的运动以及水凝胶网络的破坏而显著增加了消炎痛的释放。

B)SPION通过将传入的刺激转换为局部散热来对外部施加的交变磁场做出反应。通过引入热敏生物材料，这种磁热转换效应可以被用来制造纳米复合水凝胶，在交变磁场的作用下加热并释放被包裹的生物分子。

4. 机械刺激响应型

 

A) 拉伸触发的生物活性物质从机械可变形水凝胶库复合纳米胶囊中递送。药物释放随着拉伸应变或循环次数的增加而增加，这被探索用于体外抗癌和抗微生物递送以及通过胰岛素递送的体内糖尿病管理。

B)机械变形胶束作为水凝胶交联剂，用于按需压缩响应型地塞米松的输送。

5. 超声波响应型

超声波在医学上已广泛用于对内部组织成像，由于其安全性和非侵入性，允许对疾病进行诊断和治疗。类似于其他外部刺激输入，超声波可用于远程触发按需药物输送，并能够设计具有深层组织穿透的治疗平台。有研究基于离子交联藻酸盐基质的超声响应纳米复合水凝胶，该基质包含与骨形态发生蛋白-2结合的金纳米粒子。混合平台可以以大圆盘形构建体和水凝胶微珠(直径250um)的形式进行处理，与未受刺激的对照组相比，两者在脉冲超声刺激后均显示出加速的纳米粒子释放，分别为6倍和10倍。

另一项研究中，胰岛素负载的聚(乳酸-羟基乙酸共聚物)纳米胶囊被包封在以可给药微凝胶形式加工的三聚磷酸交联壳聚糖水凝胶基质中。这种混合平台作为一个动态分层储库，胰岛素被动地从纳米胶囊中释放出来，并暂时保留在基于水凝胶的基质中，然后在周期性超声刺激下释放出来。

刺激响应纳米复合水凝胶领域正在迅速兴起，并在开发复杂的生物功能平台方面建立了新的基准，这些平台比常用的静态平台具有显著优势。如本文所概述的，由纳米粒子和水凝胶结合产生的功能增益显示了巨大的设计灵活性和独特的机会来组装具有奇异特征和增强的生物医学性能的生物医学装置。

小编瑞禧生物，YQ2021.1    微信：15029296053