給病人注射幾個(gè)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(duì)于從固定頭發(fā)到眼睛上的浮動(dòng)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(gè)月內(nèi)釋放出活性藥物成分，從而避免每周或每天進(jìn)行針灸。
然而，礙事是一個(gè)很容易理解的問題，因?yàn)樵诤┥鲜褂冒l(fā)膠和在暴風(fēng)雪中使用發(fā)膠的區(qū)別——寒冷和炎熱會(huì)改變凝膠的特性。
材料科學(xué)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(dāng)緩釋特性的凝膠，但一旦注射進(jìn)去，人體的熱量會(huì)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(tuán)隊(duì)詳細(xì)介紹了他們成功地邁出了制造具有耐熱性和熱力學(xué)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(xué)，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(dāng)混合物冷卻時(shí)，分子結(jié)合在一起，果凍就凝固了。然而，如果果凍被重新加熱，固體會(huì)液化。
Jello的例子說明了兩個(gè)熱力學(xué)概念之間的相互作用：焓(用于測(cè)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(tuán)隊(duì)必須制作一種不會(huì)融化的藥用果凍，這樣當(dāng)冰冷的固體被人體加熱時(shí)，就失去了它的時(shí)間釋放特性。
為此，斯坦福大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)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(zhǎng)，像面條一樣，有自然纏結(jié)的趨勢(shì)，而納米粒子(只有人類頭發(fā)寬度的1/1000)促進(jìn)了這一趨勢(shì)。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(dāng)混合組分開始結(jié)合時(shí)，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(xué)的研究生，現(xiàn)在麻省理工學(xué)院做博士后。
聚合物和顆粒之間的強(qiáng)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(jié)，混合物在室溫下開始凝膠化。至關(guān)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(shí)現(xiàn)的。當(dāng)研究人員將這種凝膠暴露在人體溫度(37.5C)下時(shí)，它不會(huì)像普通凝膠那樣液化，因?yàn)榉肿覸elcro效應(yīng)使熵和焓(順序和溫度分別變化)大致與熱力學(xué)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(duì)人類使用安全。雖然這些實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室一直在嘗試用完全生物相容的成分制造熱力學(xué)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(huì)有一個(gè)小點(diǎn)，在三到六個(gè)月內(nèi)溶解非常緩慢，以提供持續(xù)的治療?！薄斑@將改變?nèi)蛑卮蠹膊〉挠螒蛞?guī)則?！?
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