斯坦福大学 信用:Pixabay/CC0公共域 凝胶是通过将聚合物混合到液体中形成粘性物质而形成的，这种粘性物质适用于从固定头发到使隐形眼镜漂浮在眼睛上的所有东西
研究人员希望通过混合药物化合物并给患者注射来开发用于保健应用的凝胶，以便凝胶在几个月内释放活性药物成分，从而避免每周或每天的针刺
但是阻碍是一个很容易理解的问题，就像在海滩上使用发胶和在暴风雪中使用发胶的区别一样——热和冷会改变发胶的特性
材料科学与工程助理教授埃里克·阿佩尔说:“我们可以在室温下制造出具有适当缓释特性的凝胶，但一旦我们注射了它们，体温会迅速溶解它们，并过快地释放药物。”
在2月发表的一篇论文中
在《自然通讯》杂志上，阿佩尔和他的团队详细介绍了他们成功的第一步，他们用一种混合物来制造耐温、可注射的凝胶，这种混合物被设计用来巧妙地改变热力学定律
阿佩尔用制作果冻的类比解释了这一违规背后的科学:将固体成分倒入水中，然后加热并搅拌以充分混合
当混合物冷却时，果冻随着分子结合在一起而凝固
但是如果果冻被加热，固体会重新液化
杰洛的例子说明了两个热力学概念之间的相互作用——焓和熵，焓衡量的是物质增加或减少的能量，熵描述的是能量变化如何使物质在分子水平上或多或少有序
阿佩尔和他的团队不得不制作一种不融化的药用果冻，这样当身体加热这种凉爽的固体时，果冻就失去了它的时间释放特性
为了实现这一目标，斯坦福团队创造了一种由两种固体成分——聚合物和纳米粒子——组成的凝胶
聚合物是长的，像意大利面条一样的线，有自然缠绕的倾向，纳米粒子只有人类头发宽度的1/1000，助长了这种趋势
研究人员首先将聚合物和颗粒分别溶解在水中，然后搅拌在一起
随着混合成分开始结合，聚合物紧紧地包裹在颗粒周围
“我们称之为我们的分子Velcro，”第一作者安东尼于说，他是斯坦福大学的研究生，现在是麻省理工学院的博士后
聚合物和颗粒之间的强大亲和力挤出了夹在它们之间的水分子，随着更多的聚合物和颗粒凝结，混合物在室温下开始凝胶化
至关重要的是，这种胶凝过程是在没有增加或减少能量的情况下实现的
当研究人员将这种凝胶暴露在体温下(37
它不像普通凝胶那样液化，因为分子Velcro效应使熵和焓——有序性和温度变化——与热力学大致保持平衡
阿佩尔说，将需要更多的工作来制造对人类使用安全的可注射、缓释凝胶
虽然这些实验中的聚合物是生物相容的，但这些颗粒是由聚苯乙烯衍生而来的，而聚苯乙烯通常用于制造一次性餐具
他的实验室已经在尝试用完全生物相容的成分制造这些热力学中性的凝胶
如果他们成功的话，缓释凝胶对于在资源不足的地区提供抗疟疾或抗艾滋病治疗是有价值的，因为这些地区很难使用目前可用的短效药物
“我们正在尝试制作一种凝胶，你可以用针注射，然后你会有一个小斑点，它会在三到六个月内非常缓慢地溶解，以提供持续的治疗，”阿佩尔说
“这将成为在全球范围内抗击重大疾病的游戏规则的改变者
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