給病人注射幾個月就能溶解的凝膠，可以代替每天一次或每周一次的要求。但是為了使它成為可能，研究人員必須首先創(chuàng)造一種類似果凍的物質(zhì)，這種物質(zhì)可以違抗自然的基本法則之一。
凝膠是通過將聚合物混合到液體中形成粘性物質(zhì)而形成的，這對于從固定頭發(fā)到眼睛上的浮動隱形眼鏡的一切都是有用的。
研究人員希望通過將藥物化合物混合并注射到患者體內(nèi)來開發(fā)用于醫(yī)療保健的凝膠，這樣凝膠可以在幾個月內(nèi)釋放出活性藥物成分，從而避免每周或每天進行針灸。
然而，礙事是一個很容易理解的問題，因為在海灘上使用發(fā)膠和在暴風雪中使用發(fā)膠的區(qū)別——寒冷和炎熱會改變凝膠的特性。
材料科學與工程助理教授埃里克埃里克阿佩爾說：“我們可以在室溫下制造出具有適當緩釋特性的凝膠，但一旦注射進去，人體的熱量會很快將其溶解，藥物釋放過快?！?
在《自然通訊》雜志發(fā)表的一篇論文中，Apel和他的團隊詳細介紹了他們成功地邁出了制造具有耐熱性和熱力學定律巧妙彎曲的可注射凝膠的第一步。
阿佩爾描述了打破規(guī)則背后的科學，其方式類似于制作果凍：將固體成分倒入水中，然后加熱并攪拌均勻。當混合物冷卻時，分子結合在一起，果凍就凝固了。然而，如果果凍被重新加熱，固體會液化。
Jello的例子說明了兩個熱力學概念之間的相互作用：焓(用于測量添加到材料中或從材料中減去的能量)和熵(用于描述能量變化如何使材料在分子水平上或多或少有序)。Appel和他的團隊必須制作一種不會融化的藥用果凍，這樣當冰冷的固體被人體加熱時，就失去了它的時間釋放特性。
為此，斯坦福大學的研究團隊創(chuàng)造了一種由兩種固體成分組成的凝膠，即聚合物和納米粒子。聚合物很長，像面條一樣，有自然纏結的趨勢，而納米粒子(只有人類頭發(fā)寬度的1/1000)促進了這一趨勢。研究人員首先將聚合物和顆粒分別溶解在水中，然后將它們攪拌在一起。當混合組分開始結合時，聚合物就緊緊地包裹在顆粒周圍。第一作者安東尼余是斯坦福大學的研究生，現(xiàn)在麻省理工學院做博士后。
聚合物和顆粒之間的強親和力擠出夾在它們之間的水分子，隨著更多的聚合物和顆粒凝結，混合物在室溫下開始凝膠化。至關重要的是，這種凝膠化過程是在不增加或減少能量的情況下實現(xiàn)的。當研究人員將這種凝膠暴露在人體溫度(37.5C)下時，它不會像普通凝膠那樣液化，因為分子Velcro效應使熵和焓(順序和溫度分別變化)大致與熱力學保持平衡。
Appel說，需要做更多的工作來使可注射的緩釋凝膠對人類使用安全。雖然這些實驗中的聚合物是生物相容的，但這些顆粒來自聚苯乙烯，而聚苯乙烯通常用于制造一次性餐具。他的實驗室一直在嘗試用完全生物相容的成分制造熱力學中性凝膠。
如果他們成功了，那么在資源貧乏的地區(qū)，很難管理目前可用的短效藥物，延遲釋放凝膠可能被證明用于提供抗瘧疾或抗艾滋病毒治療。
Appel說：“我們正在嘗試制作一種可以用針注射的凝膠，然后會有一個小點，在三到六個月內(nèi)溶解非常緩慢，以提供持續(xù)的治療。”“這將改變?nèi)蛑卮蠹膊〉挠螒蛞?guī)則?！?
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