水凝胶是一类拥有极为亲水三维网络结构的高分子聚合物，通常由亲水性高分子物质交联而成，能够吸收它本身质量几十倍到几千倍质量的液体进行溶胀而不溶解。壳聚糖是天然的高分子材料，来源广泛且价格便宜，由于其生物降解性和相容性好，能提高创伤愈合速度，在很多领域都有着广泛应用。

 

01壳聚糖基水凝胶的制备方法

水凝胶在微观上是立体的网络结构，组分和制备方法多样，因为聚合物的改变或是交联方法的改变都会在一定程度上影响复合水凝胶的理化性质。常用的水凝胶交联方法以物理交联和化学交联为主。

物理交联是指通过物理作用形成水凝胶，如静电、氢键等作用，最大的优势是细胞毒性小，且具有良好的可降解性和化学交联法难以做到的可逆性，但制成的水凝胶通常力学性能很差，长期稳定性差、易降解。

①静电相互作用。静电相互作用是通过阴离子分子和壳聚糖的氨基之间发生作用使其凝胶化。壳聚糖作为一种良好的生物相容性阳离子聚合物，具有广泛研究，尤其是与阴离子大分子聚合物DNA结合。研究报道，通过壳聚糖和DNA骨架之间的静电相互作用可制备一种新型可调、高度生物相容性和可注射的DNA-壳聚糖混合水凝胶。

②金属离子配位。金属离子配位是通过分子间的配位键来合成凝胶的，形成的水凝胶更加稳定。研究报道，通过三唑键合，金属配位制备基于壳聚糖/透明质酸的三联网络水凝胶，可通过改变壳聚糖、透明质酸摩尔比来调控水凝胶的机械性能和形态。将壳聚糖掺入热可重构琼脂糖凝胶介质中，通过强配位相互作用可制备一种新型的金属-生物聚合物配位双网络水凝胶，具有多种刺激的响应能力，自我修复，形状记忆和抗菌特性。此外，壳聚糖通过螯合机理可与多种金属离子具有配位能力。  

③疏水作用。以壳聚糖、羟丙基甲基纤维素( HPMC)和甘油为原料，在生理条件下可制备一种新型热敏水凝胶。HPMC通过大量的疏水作用促进壳聚糖热凝胶化。热敏感水凝胶的生理pH值为6.8-6.9，凝胶时间为15 min，具有良好的生物降解性能、较低的细胞毒性。

化学交联是指大分子链间由共价键结合而成，形成高分子聚合物的过程。壳聚糖基水凝胶的化学交联制备法可以分为引发剂引发、光引发及辐射交联法。虽然化学交联能改善水凝胶的稳定性和力学性能，但也有一个致命问题就是交联剂的大量残留使得水凝胶会存在细胞毒性，所以要想达到临床使用的最终目的，要用合适的方法将不适合与人体接触的交联剂充分除去。

①引发剂引发交联法。引发剂是能引起单体进行聚合的物质，可以使壳聚糖及其衍生物分子通过共价键结合在一起形成网状结构，提高材料的强度、弹性等性能。研究报道，以功能化的纤维素纳米纤维作为交联引发剂制备壳聚糖复合自修复水凝胶和形状记忆冷冻凝胶，纳米纤维素-壳聚糖复合水凝胶具有有效的自我修复和剪切稀化特性，且具有可调节的机械性能。使用漆酶活化的酚类作为交联引发剂形成壳聚糖水凝胶，生物相容性结果未显示对HEK293细胞系生长有明显的抑制作用，表明漆酶氧化的酚类化合物是一种合成壳聚糖水凝胶的新型绿色方法。以四甲基氯化磷作为引发剂合成壳聚糖共价水凝胶。该水凝胶具有pH敏感，低毒性，生物相容性和黏附性，并允许被包裹药物喜树碱的改性释放持续48小时。表明通过水凝胶口服喜树碱可以在吸收部位提供低浓度的药物，避免载体饱和，降低其肠道毒性

②光引发交联法。光引发交联法主要的光源为高能量的紫外线，光源引发分子链间的作用促进壳聚糖构成水凝胶结构。研究报道，在Irgacure2959存在下通过光引发聚合反应和紫外线照射将水溶性壳聚糖衍生物制得生物相容性壳聚糖水凝胶，该水凝胶的胶凝时间在5-50分钟的范围内可调节，具有更好的综合性能，特别是更好的生物相容性。通过核黄素产生的光诱导自由基引发壳聚糖与明胶发生交联反应合成壳聚糖-明胶(CS/GE)水凝胶珠。CS/GE水凝胶珠为粗糙的空心结构，核黄素和壳聚糖的存在为其提供了对大肠杆菌良好的抗菌活性。

③辐射交联法。辐射交联法是利用辐射源与物质的作用，电离并激发生成活化原子与分子，使物质之间进行交联。辐射交联法包括电子加速器和γ射线等，相对于以上方法具有操作便捷、易于控制、绿色环保等优点。利用冷冻循环和电子束辐射可合成壳聚糖复合水凝(TiO2/CMCS/PVA)，并对其抑菌性能和细胞毒性进行测定。复合水凝胶对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌都有较好的抗菌效果，同时该水凝胶对L929细胞无明显的毒性。

 

02壳聚糖基水凝胶的功能性改性

单一壳聚糖基水凝胶伤口敷料虽为较理想的选择，但仅含壳聚糖，结构单一，性能上仍无法满足市场需求，存在机械强度低、易脆、黏弹性及持水能力弱、自愈合功能与生物相容性较差等问题。为了克服这些缺点，壳聚糖常常需要与其他高分子材料复合制成复合水凝胶，来改善上述问题，或者是用目前探讨更多的生物化学改性方法促使其在水中能更好地溶解，以此提高其性能。

①pH 敏感型壳聚糖基水凝胶

壳聚糖分子中含有大量氨基基团，使其具有 pH 依赖性，因此在生物传感和药物输送体系构建中被广泛应用。在酸性溶液中，壳聚糖的氨基发生质子化（—NH₃⁺基团产生静电斥力），从而提高壳聚糖基水凝胶的吸水性，其溶胀程度由质子化程度决定。壳聚糖基水凝胶可调节伤口酸碱度，适当 pH 值调节能创造良好酸碱平衡环境，抑制细菌生长并促进伤口愈合。此外，调节壳聚糖基水凝胶的 pH 值接近人体 pH 值，可减少与伤口组织相互作用时的不良反应，促进修复与愈合。通过添加不同添加剂、与其他聚合物接枝/混合，或与阴离子聚合物制备聚电解质配合物，均可调节壳聚糖的 pH 敏感性。pH 敏感型材料可根据人体器官环境 pH 差异，通过自组装包埋药物，实现靶向释放。

②温度敏感型壳聚糖基水凝胶

传统水凝胶需植入体内，无法原位注射，给患者带来创伤和经济负担。为解决此问题，研究开发了可注射的体温敏感型水凝胶。此类水凝胶在室温下呈溶液状态，可通过注射器注入人体；在生理条件下，随体温升高转变为凝胶状态。温度敏感型壳聚糖基水凝胶能形成凝胶结构，接触伤口时迅速转化为液态，有效贴合伤口表面并阻隔外界污染物。其通过创造湿润环境促进愈合，同时提供保护与适宜温度，助力细胞增殖和组织再生。

可注射温度敏感型水凝胶解决了传统水凝胶需植入的问题，具有显著优势，室温下为可注射溶液，体温下转化为凝胶状态，紧密贴合伤口以阻隔污染物并促进愈合。同时，其控释功能可定向释放药物，为损伤治疗提供了更简便、经济的选择。

 

参考资料       

[1]郗传曦,李亚宁,徐广宇,等.壳聚糖基水凝胶伤口敷料的研究进展[J].中国造纸,2024,43(03):56-64.  

[2]李月生,饶璐,刘东亮,等.壳聚糖基水凝胶的制备及应用研究进展[J].湖北科技学院学报,2023,43(04):150-156.       

[3]房丽华,杨亚.壳聚糖基水凝胶敷料研究进展[J].辽宁丝绸,2023,(02):12-13.

 

来源：CPHI制药在线

关键词： 壳聚糖 水凝胶 制备