生物降解材料及药物控制释放材料

生物降解材料及药物控制释放材料12材化 胡晓东

生物降解材料

生物降解或生物分解，是由微生物把某些物质 以化学分解成自然元素。通常在关系到生态环境， 废物管理，生物医药，自然环境(生物修复)。 可生物降解的物质，一般是有机物质，如植物 和动物，或相似的人工物质。有些微生物具有一 种自然的微生物代谢能力，能降解和改造巨大的 化合物Page 2

生物降解材料 天然可降解高分子材料 天然高分子材料具有良好的降 解性、透气性、安全性、经济 性 纤维素可降解材料

木质素可降解材料甲壳素可降解材料 淀粉可降解材料

蛋白质

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生物降解 天然高分子可降解材料发展 前景 天然高分子可降解材料的发 展任重而 道远。目前天然高 分子可降解材料的开发与应用存在的 主要问题是: ( 1 ) 产品 价格高; ( 2 ) 产品性能和用途的限制; ( 3 ) 使用性能与传统材 料相比还不尽人意。但我们相信随着石油资源的日益枯 竭、 环保意识的不断增强和环保法规的进一步完善, 天然高分子

可降解材料市场仍将迅速增长, 尤其是在塑料薄膜、包装材料、医用材料等领域的应用, 具有很广阔的前景。

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生物降解 合成可降解性高分子 近年来 , 生物可降解合成高分子材料在医药领域得到广泛的应用 。用 于手术或伤口闭合的各种缝合线 ,手术植入及骨科固定装臵 ,血管或泌 尿系统用的移植固定膜 ,引导组织再生材料 , 用于人体组织或器官损 伤修复 、替代的活细胞支架以及药物控制释放的载体材料 , 包括各 种用于装载药物的埋植棒 、 微球 、 凝胶和膜 。合成高分子与天然 高分子材料相比有更多的优势 , 没有抗原性 、 物理化学性能可以预 测且可以重复制备 ,通过分子设计 ,可以在材料上引入特殊的功能基 团 , 实现靶向给药 。

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生物降解 常用合成可降解高分子

聚乳酸 ( PLA) 由乳酸环状二酯 ( 丙交酯) 开环聚合而成 。因为乳酸 分子中有一个不对称碳原子 , 存在两种旋光异构体 ,D-型和 L-型 , L型存在于自然界中 。因此聚乳酸有四种形态 ,即PLLA、 PDLA、 P DLLA 和 meso-PLA。通常合成的聚乳酸是一种由 D-和 L- 型异构体 组成的外消旋的混合物 , 具有较低的结晶度和熔点 , 降解速率较快 。 因为聚乳酸的降解是单纯的酯键的水解 , 所以结晶度高的 L-P LA、 D-PLA 要比非晶态的 (D , L) -PLA 难于水解[3 ]。PLA 的熔点约 170 ℃。

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生物降解

聚乙醇酸 ( PG A) 是一种线型烷基聚酯 ,由乙交酯开环聚合而成 。 乙 交酯由乙醇酸脱水制备 。PGA 结晶度较高 , 可达到 50 %。 熔点高 , 不溶于普通的有机溶剂 ,但

是可以溶解于高氟代有机溶剂如六氟异丙 醇等 。PG A 的降解比 P LA快 , 由于 P LA 的甲基侧链使其疏水性较 强 。PG A 是至今获得的亲水性最强的合成聚酯高分子 。单纯的 PG A 机械强度较差 ,而且脆性大 ,难于加工 。因此人们常常将这两种单 体复合共聚 ,以改善材料的机械性能和降解性能

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生物降解 生物降解高分子的降解机理 生物降解是指复合大分子或细胞在体内通过溶解 、 简单水解或酶降 解转化为较小分子量的中间产物或者小分子最终产物的过程 。在这 个转化过程当中 , 生物降解高分子被裂解成碎片 ,碎片进一步转化或 代谢成小分子 ,被排出生物体 。 聚合物的降解基于其在高分子链上的 断裂位臵 , 可归纳为三种类型 ① 水溶性高分子通过交联转化为不溶性高分子 , 降解时其交联键或分子 骨架被水解破坏 , 高分子重新变为水溶性分子 ,例如由甲醛或戊二醛 交联制备的白蛋白及明胶微球的降解 ; ② 非水溶性的高分子通过水解 、 离子化或质子化而转变成水溶性分子 ;

③ 疏水性高分子通过分子骨架断裂转变为水溶性小分子 。

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生物降解 绝大部分合成的可生物降解高分子材料的生物降解都属于 Ⅲ 型降解 。 影响高分子材料降解的主要因素有 : ① 单体的组成 、结构和化学性质 ,即化学键的稳定性

② 物理性质 , 如亲水性 、结晶度 ,可以通过单体的化学组成和加工条件 控制③ 聚合物的分子量 ;

④ 聚合物器件的几何因素 , 如大小 、形状 、 表面积⑤ 添加剂及环境因素 ,如 p H 条件 、离子强度

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药物控制释放材料 随着现代医学的高度发展, 高分子材料广泛应用于医学领域, 它作为药 物控制释放的载体是最热门的方向之一 药物 控制释放体系, 是利用天然或合成的高分子化合物作为药物载体 或介质, 制成一定的剂型, 然后臵于释放的环境中, 载体中的生物活性 物质通过扩散或其它途径 释放到环境中, 从而达 到治疗疾病的目的。 高分子的药物控制释放体系与某些传统的给药方式相比, 具有长效、 高效、 低毒、缓释、选择性好、副作用小等优点 一般来说, 用于药物控制的高分子材料可分为生物降解型和非生物 降解型。 对药物控制释放体系来说, 生物降解型高分子优于非生物降解型。 前者在其发挥医疗作用后, 能在体内降解成小分子被吸收或排出体外。 目前, 脂肪族聚酯类是应用较为广泛的生物降解型高分子材料。

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药物控制释放材料 高分子药物控制释放体系, 根据药物控制释放的机理可分为四种。 扩散药物控制体系 该种体系是目前 采用的最为广 泛的一种形 式, 一般 分为储 藏型 ( rese

rvior devices ) 和 基质型 ( matrix devices) 两种。 化学控制体系

溶剂活化体系磁控制体系

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药物控制释放材料一. 扩散药物控制体系 该种体系是目前 采用的最为广 泛的一种形式, 一般 分为储 藏型 ( reservior devices ) 和 基质型( matrix devices) 两种。

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在储藏型中, 药物被聚合物包埋, 通过在聚合物中的扩散释放到环境中。在 该型中, 高分子材料通常被制成平面、 球型、 圆筒等形式。药物位于其中, 随时间变化成恒速释放对于生物降解型高分子材料, 药物恒速释放的条件是高 分子膜的降解时间要比药物释放时间足够长 在基质型中, 药物是以溶解或分散的形式和聚合物结合在一起的对于生物 降解型高分子材料, 药物释放的状态既可受其在聚合物中溶解性的控制,也可 受到降解速度控制。如果降解速度大大低于扩散速度, 扩散成为释放的控制因 素; 反之, 如果药物在聚合物中难以移动, 则降解为释放的控制因素。

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3. 用于扩散控制药物释放体系的高分子材料主要有: 硅橡胶、 水凝胶、 乙烯与 醋酸乙烯酯聚合物( E V A ) 、 聚乙烯醇( P V A ) 等。其中, EV A 由于它良 好的化学稳定性和生物相容性, 已成为在扩散控制体系中被使用最多的聚合物。

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药物控制释放材料二.化学控制药物释放体系 化学控制药物释放体系包括两种形式。即降解体系和侧链体系 1. 降解体系 降解体系可以是储藏型或基质型。它的药物载体主要为聚酯类 ( 如:聚 乳酸PLA、聚乙交酯PGA等)。这是因为PLA和PGA的降解产物乳酸 和羟基乙酸无毒,并且可最终代谢为CO2和H2O。 对于理想的降解体系药物载体 高分子材料来说, 一般具有以下几个特 点: ① 具有疏水性、 不溶胀特点 ② 具有充分的致密度, 防止扩散 ③ 具有易化学改变的结构并与药物无反应 ④ 具有整体及降解的各阶段产物的机体无害性 ⑤ 完善的物理性质 ⑥ 易于合成及低成本Page 13

药物控制释放材料2. 侧链体系 侧链体系药物载体可以是降解型, 也可以是非降解型。 侧链体系的药物是通过水解或酶解的键连接在聚合物的主链或侧基上 ( 侧基可以用来改变药物释放的速度) , 释放受到键的降解影响。它水 解的机理也就是药物 聚合物酯键的水解。这种药物体系的优点是水 解量不大,药物本身可占体系的 80%

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药物控制释放材料三.溶剂活化控制药物释放体系 在溶剂活化体系中, 聚合物作为药物载体通过渗透和溶胀机理控制药 物释放。前者运用半透膜的渗透原理工作, 药物释放受到药物溶解度 的影响, 而与药物的其它性质无关。现在已经成功生产了一种叫 Ac utin 的口服液, 可以稳定释放药物达 16 h。后

者是运用溶胀现象来释 放药物, 药物通常被溶解或分散在聚合物当中, 开始时并无药物扩散, 当溶剂扩散到聚合物中, 聚合物开始溶胀, 温度降低, 高分子链松弛, 药 物才被扩散出去。 因此, 在这种控制中, 需要可以溶胀高分子材料为药物载 体。如:EVA , PVA, 甲 基丙烯酸 -2- 羟基已酯 HA MA 等。

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药物控制释放材料四.磁性药物控制释放体系 将药物与铁粉微粒包埋在聚合物载体内, 在外磁场的作用下控制药物 释放。已有报道的两种磁体系都是以 EV A 为载体。

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引用文献 吉林工学院学报 第 22 卷 第 3 期 文章编号: 1006 -2939 ( 2001) 03-0038-03 《高分子材料在药物 控制释放方面的应用》 杨亚楠, 尹静波, 刘芳 化工新型材料 第39卷 第5期 《天然高分子可降解材料的研究与发展》 何乐、陈复生、刘伯业、 孙倩

材料科学与工程学报 第22卷 第4期 文章编号 : 1004- 2 793X ( 2004) 04 2 0623 -2 -04 《药用合成 可降解高分子材料研究》谢德明1^ Diaz E (editor). Microbial Biodegradation: Genomics and Molecular Biology 1st. Caister Academic Press. 2008. ISBN 1-904455-17-4. 化学推进剂与高分子材料 第 3 卷第 1 期 《生物降解高分子材料在医药领域中的应用》陈志祥、张 政委、田华、高林

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