海藻酸水凝胶微球的制备及性能研究(3)
海藻酸钠的分子量影响以其为基的生物材料的降解速率和机械性能。基本上高分子量减少用于降解的活性位置数量，这导致更低的降解速率。除此之外，由于微观和宏观结构都改变，降解也本能地影响机械性能[11]。
海藻酸钠作为美国食品和药品管理局认可的高分子聚合物，已经作为最重要的生物材料之一被应用在再生医学，营养补品，半渗透分离等各种不同领域[12]。本文主要探讨海藻酸钠及其衍生物形成的生物材料如水凝胶，微球等。
1.2.1 水凝胶
在生物医学领域，水凝胶是一类具有较大开发潜力的材料，是由高水含量亲水聚合物形成的三文交联网络。水凝胶在水中可迅速溶胀至平衡体积，且能保持其形状和三文空间网络结构而不被溶解,是自然界中普遍存在的一种物质形态。并且在一定的条件下还可以脱水退溶胀，是一类集吸水、保水、缓释为一体的功能高分子材料[13]。
与其他生命组织材料相似，在接触到体液、血液及人体组织时，水凝胶因为表面难以粘附细胞和蛋白质，能够表现出很好的生物相容性。水凝胶，在性质上和细胞外基质部分相似，吸水后能够减轻与周围组织的摩擦等相互作用，因而比其它任何合成材料都更为接近活体组织，在改善材料的生物性能方面效果明显。在组织工程和生物医药等领域，水凝胶得到了广泛应用，可以用于组织工程支架材料、药物缓释剂、人造皮肤等。并且水凝胶性能一直在改善，从而促进生物医学技术的提高[14]。
当细胞被整合在水凝胶中时，水凝胶的高溶胀形式会促使凝胶排出细胞代谢废物，并且将营养物质运输进来。此外，相比于开放式手术，可注射水凝胶的一个优势是利用微创技术进行手术。一般来说，在中性环境中，海藻酸钠是亲水的，并且溶于
水呈粘稠状，这对原位水凝胶的形成是最重要的。离子相互作用、相变、细胞交联、自由游离基聚合和西弗碱反应等多种方法已经被用于制备海藻酸钠水凝胶。由于在主链上存在羧基，海藻酸钠水凝胶会呈现pH值敏感性。又由于羧基离子的膨胀扩张，在增加pH值时，pH值敏感性通过增加溶胀比表现出来[15]。
海藻酸钠与二价阳离子进行离子交联形成水凝胶，是最常用的制备海藻酸钠凝胶的方法。二价阳离子与G单体相互作用产生离子桥，从而形成简单凝胶。海藻酸钠溶液中M单体块与二价阳离子形成弱连接，但是G单体块能与二价阳离子产生强交互作用连接。Ca2+，Mg2+，Fe2+，Ba2+等等都能与海藻酸键合形成水凝胶，但一些键合能力强的阳离具有一定毒性，因此在生物医学中实际应用很少，通常选用Ca2+作为海藻酸的交联剂[16]。
氯化钙（CaCl2）是使用最频繁的一种交联剂。Ca2+与生物大分子链上-COO－产生离子键合作用，形成水凝胶。由海藻酸钠的化学结构可知，G单元和M单元的结构不同，在海藻酸钠与Ca2+反应生成水凝胶过程中，连续的M嵌段、连续的G嵌段和MG交替嵌段所起的作用也有所不同。海藻酸钠分子链中只有G能与Ca2+键合，所以G含量高的海藻酸钠最适合形成海藻酸钙凝胶[17]。在协同作用下，两个连续的G嵌段结合起来，形成了结构中间的亲水空间，当Ca2+占据亲水空间时，Ca2+与G嵌段上多个氧原子发生螯合，形成三文网状结构水凝胶（图1.2）。离子交联海藻酸钠水凝胶主要靠G嵌段与Ca2+的相互作用形成凝胶。而连续的M嵌段由于韧性偏大而易导致弯曲，不能和Ca2+形成三文网状结构，当Ca2+浓度达到非常高时，才能发生聚电解质行为反应，由羧基阴离子生成伸展的交联网状结构。在形成水凝胶的过程中，MG交替嵌段将各嵌段连接起来，而不是直接作用[18]。
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