综述：智能药物递送系统用水凝胶及其数学建模研究进展

（编辑推荐）这篇综述系统梳理了智能水凝胶（Smart Hydrogels）在药物递送系统（DDS）中的前沿进展，涵盖其温度/pH响应机制、多重刺激响应聚合物设计、FDA临床转化案例及数学建模优化释放行为，为生物医学工程领域提供重要参考。

　　

Abstract

近几十年来，智能水凝胶（Smart Hydrogels）因其生物相容性、理化性质可调和环境响应特性，成为生物医学工程的研究热点。这类材料能通过温度、pH、离子浓度、光/磁/电场等外部刺激（Stimuli-responsive）触发溶胀-收缩相变，实现药物的精准控释。最新研究通过整合多重响应机制（如pH/温度双响应），开发出多功能聚合物网络，显著提升了递送系统的时空可控性。

制备与特性

智能水凝胶的合成主要依赖自由基聚合、点击化学（Click Chemistry）和分子自组装技术。温敏型聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAM）在临界溶解温度（LCST）附近发生可逆相变，而pH响应型聚丙烯酸（PAA）通过羧基质子化/去质子化调节溶胀度。值得注意的是，自修复水凝胶（Self-healing Hydrogels）能自动修复结构损伤，延长植入器件寿命。

数学建模进展

药物释放动力学模型分为三类：

1. 扩散控制模型：基于Fick定律模拟小分子扩散
2. 溶蚀控制模型：描述聚合物链水解导致的零级释放
3. 耦合模型：结合Swelling-Erosion-Diffusion机制，适用于复杂环境响应系统
   Monte Carlo模拟进一步优化了多孔网络结构的释放预测精度。

临床转化挑战

尽管已有pH敏感水凝胶获FDA批准用于局部给药（如阴道抗真菌制剂），但全身给药仍面临生物利用度低和批次差异问题。最新研究通过纳米复合水凝胶（Nanocomposite Hydrogels）整合金纳米棒（AuNRs）等光热剂，实现了近红外光（NIR）触发的肿瘤靶向释放。

未来展望

开发4D打印智能水凝胶支架、结合AI算法优化释放动力学模型，以及解决长期植入的免疫排斥问题，将是该领域突破的关键。研究者特别强调需建立标准化体外-体内相关性（IVIVC）评价体系以加速临床转化。

（注：全文严格基于原文内容缩编，专业术语均保留原始表述如LCST_crit
，未添加非文献支持结论）