生物相容性高分子與水凝膠

研究中使用到一些生物相容性高分子，本節將簡述這些高分子的特 性。

1.3.1 幾丁聚醣(Chitosan)與褐藻酸鹽(Alginate)

Chitosan具有良好的生物相容性及生物降解性，體內的lysozyme可將 其分解。與chitosan相關的研究非常豐富，在製作藥物輸送裝置時經常被 拿來當作主要的組成，與交聯劑或微乳化製程製備微奈米球，包覆各種 藥物、包含蛋白質藥物(Pan et al., 2002；Peniche et al., 2003)。chitosan帶 正電可包覆帶負電的DNA，作為無病毒之基因載體(Yuan et al., 2009)；可 將蛋白質固定化在chitosan上應用於生物感測器；chitosan可以螯合金屬離 當具有潛力(Muzzarelli, 2009)。另外也有文獻使用低毒性之epoxy

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compound (ethylene glycol diglycidyl ether)當作交聯劑(Chen et al., 2009)，

結構式如圖1-13所示。圖1-12為交聯劑種類及與chitosan交聯後的化學 式。離子性交聯劑則以三聚磷酸(tripolyphosphate)最常被使用，主要用來 製備奈米球(Janes et al., 2001)。

Alginic acid是天然高分子，由(1-4)-linked β-D-mannuronate (M) 與 α-L-guluronate (G)組成的多醣共聚物，其鈉鹽溶於水可為帶負電之聚電解 質(polyelectrolyte)。Alginic acid在褐藻(brown algae)細胞壁中有豐富的含 量，無毒性且生物相容性佳。Alginic acid可與鈣離子交聯形成水凝膠。

另外也可與chitosan形成離子性交聯之凝膠。圖1-11為Chitosan與Alginic acid之結構式。

圖 1- 11 Chitosan 與 Alginic acid 結構式(Yapar et al., 2009)。

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圖 1- 12 幾丁聚醣之各種交聯劑(Bhattarai et al., 2009)。

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1.3.2 聚乙烯醇(Polyvinyl alcohol)

聚乙烯醇是一種白色粉末狀、片狀或絮狀固體，玻璃轉化溫度 60～

85°C。聚乙烯醇含有許多醇基，具有極性，且可與水形成氫鍵，故能溶 於極性的水；聚乙烯醇也可溶於熱的含羥基溶劑如甘油、苯酚等，不溶 於甲醇、苯、丙酮、汽油等一般有機溶劑。按聚合度可分為超高聚合度

（分子量 25～30 萬）、高聚合度（分子量 17～22 萬），中聚合度（分子 量 12～15 萬）和低聚合度（分子量 2.5～3.5 萬）。醇解度一般有完全醇 解（醇解度 98～100％）、部分醇解（醇解度 87～89％）和醇解度 78％三 種。產品牌號中一般將聚合度的千、百位數字放在前面，醇解度放在後 面，例如聚乙烯醇 17-99 即表示聚合度為 1700，醇解度為 99％。

Poly(vinyl alcohol)(PVA)是一種人工合成且具有生物相容性的高分子 材料，它有良好的成膠、成膜特性，因此多年來被應用於生醫材料、生 物感測器、藥物控制釋放等領域。

PVA 水凝膠具有以下優點，無生物毒性、不致癌、具生物相容性、

價錢便宜。其製備的方法有 (1) chemical cross-linking: 利用交聯劑如戊二 醛(Glutaraldehyde)進行化學交聯，多餘的交聯劑很難去除，圖 1-14 為兩

圖 1- 13 Chitosan 之交聯劑 epoxy compound (Chen et al., 2009)。

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者之交聯反應(Mansur et al., 2008)；(2)γ-irradiation: 以γ射線或電子束 照射 PVA 水溶液進行化學性交聯，優點是無毒且可不必添加任何詴劑，

缺點是設備極昂貴；(3)freezing-thawing method:為一種物理性交聯的方 式，利用 PVA 結晶的特性以多次冷凍再解凍的方式製備出 PVA 水凝膠，

隨著循環數的增加凝膠之機械強度愈強。以物理性交聯的 PVA 水凝膠不 需添加任何交聯劑所以無毒性，且機械強度較前兩方法強，保水度佳，

著實適合用於生物醫學上的研究(Hassan and Peppas, 2000)。

圖 1- 14 PVA 與 glutaraldehyde 的化學交聯是經由 H⁺的催化(Mansur et al., 2008)。

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