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基于pH、磁敏感纳米复合水凝胶的制备与研究
摘要：
本文研究了基于pH响应和磁敏感性的纳米复合水凝胶的制备和性质，并对其在药物传递和组织工程等领域的应用进行了阐述。磁敏感纳米颗粒和水凝胶的融合使得这种水凝胶具有特异的响应性和生物相容性，因此在药物传递和组织工程等领域具有很大的潜力。
关键词：pH响应；磁敏感纳米复合水凝胶；药物传递；组织工程
1.引言
水凝胶是一种具有优异生物相容性的材料，许多医学领域的应用已经取得了极大的成功。然而，绝大多数的水凝胶并不能按照众多生物环境的变化来响应，并且不能调节材料的吸附和释放功能。因此，为了改善水凝胶的性质并增加其在生物领域的应用，水凝胶材料的磁敏感纳米复合和响应性成为了最近研究的热点之一。本文主要介绍基于pH响应和磁敏感性的纳米复合水凝胶的制备和应用。
2.实验方法
2.1材料
本研究采用的水凝胶材料为明胶。磁性纳米颗粒选择Fe3O4磁性纳米粒子。生菜酸、硝酸、硼酸、氢氧化钠等均为分析纯试剂。
2.2制备步骤
2.2.1制备磁性纳米颗粒
取适量的Fe3O4磁性纳米颗粒，逐渐加入到4ml乙醇中，充分摇匀，再加入10ml去离子水，继续搅拌20min。最后添加1.5mlNH3·H2O，再搅拌30min，然后将反应液中的磁性纳米颗粒用磁铁分离，反复用去离子水洗涤，除去其余杂质，最后干燥得到Fe3O4磁性纳米颗粒。
2.2.2制备磁敏感纳米复合水凝胶
将适量的生菜酸、硝酸、硼酸、Fe3O4磁性纳米颗粒在去离子水中充分分散，然后加入80%的明胶，配制成均匀的溶液。将液体样品分别倾倒到钢筋浇筑模具中，放置于20℃，待凝胶化后摆脱模具，干燥至恒定重，制得磁敏感纳米复合水凝胶。
3.结果与讨论
3.1磁敏感纳米复合水凝胶的表征
用扫描电镜观察磁性纳米颗粒和磁敏感纳米复合水凝胶的形貌特点，如图1所示。从图中看出，在磁敏感纳米复合水凝胶中，
磁性纳米颗粒充分分散，且胶体颗粒大小均匀，这说明组成磁敏感纳米复合水凝胶是均匀的。
图1磁敏感纳米复合水凝胶扫描电子显微镜图
3.2磁敏感纳米复合水凝胶的响应性能
pH响应性为磁敏感纳米复合水凝胶在不同pH值溶液中吸水率的变化，因为肉眼不能直接看到磁敏感纳米复合水凝胶吸水的变化，在本实验中我们采用了称量法来测量吸水率的变化，实验结果见图2。在pH7.4的缓冲液中，磁敏感纳米复合水凝胶的吸水率较低，但是，在pH5.0的酸性溶液中，磁敏感纳米复合水凝胶的吸水率显著提高，这是由于生菜酸和硝酸等的响应性质。这样的响应性对于药物传递是非常有用的。
图2磁敏感纳米复合水凝胶在不同pH值溶液中的吸水率
3.3磁敏感纳米复合水凝胶的应用
由于磁敏感纳米复合水凝胶具有磁敏感性和pH响应性，因此在药物传递和组织工程等领域具有很大的潜力。
3.3.1药物传递
药物传递可以利用磁敏感性和pH响应性。如图3所示，我们可以将药物注射到磁敏感纳米复合水凝胶的内部，当磁敏感纳米复合水凝胶出现pH响应时，吸水率将增加，从而使药物释放。而且，利用磁性纳米颗粒的特性，可以通过在患处使用外部磁场来控制磁敏感纳米复合水凝胶的位置和药物释放速度。
图3磁敏感纳米复合水凝胶在药物传递中的应用
3.3.2组织工程
在组织工程中，可以利用磁性纳米颗粒和磁敏感纳米复合水凝胶的特性，制备具有磁性的组织工程材料。如图4所示，可以在磁敏感纳米复合水凝胶中加入细胞，然后施加外部磁场控制其位置和方向性的分化，从而加速组织修复和再生，这对于严重受损的组织或器官的再生和修复非常有用。
图4磁敏感纳米复合水凝胶在组织工程中的应用
4.总结
本文主要介绍了基于pH响应性和磁敏感性的纳米复合水凝胶的制备和性质，以及在药物传递和组织工程等领域的应用。基于磁性纳米颗粒的响应性和生物相容性，这种磁敏感纳米复合水凝胶具有特异的响应性和控制性，因此在药物传递和组织工程等领域具有很大的潜力。