高分子材料在生活中的广泛应用.docx
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高分子材料在生活中的广泛应用
高分子材料在生活中的广泛应用
高分子材料是由相对分子质量较高的化合物构成的材料。
我们接触的很多天然材料通常是高分子材料组成的，如天然橡胶、棉花、人体器官等。
人工合成的化学纤维、塑料和橡胶等也是如此。
一般称在生活中大量采用的，已经形成工业化生产规模的高分子为通用高分子材料，称具有特殊用途与功能的为功能高分子。
高分子是生命存在的形式。
所有的生命体都可以看作是高分子的集合。
树枝，兽皮，稻草等天然高分子材料是人类或者类似人类的远古智能生物最先使用的材料。
在历史的长河中，纸，树胶，丝绸等从天然高分子加工而来的产品一直同人类文明的发展交织在一起。
从十九世纪开始，人类开始使用改造过的天然高分子材料。
火化橡胶和硝化纤维塑料（赛璐珞）是两个典型的例子。
进入二十世纪之后，高分子材料进入了大发展阶段。
首先是在1907年，LeoBakeland发明了酚醛塑料。
1920年HermannStaudinger提出了高分子的概念并且创造了Makromolekule这个词。
二十世纪二十年代末，聚氯乙烯开始大规模使用。
二十世纪三十年代初，聚苯乙烯开始大规模生产。
二十世纪三十年代末，尼龙开始生产。
在经历了二十世纪的大发展之后高分子材料对整个世界的面貌产生了重要的影响。
时代杂志认为塑料是二十世纪人类最重要的发明。
高分子材料在文化领域和人类的生活方式方面也产生了重要的影响。
按用途一般将通用高分子材料分为五类，即塑料、橡胶、纤维、涂料和黏合剂。
通用高分子材料的力学性能参见高分子物理学。
塑料
塑料根据加热后的情况又可分为热塑性塑料和热固性塑料。
加热后软化，形成高分子熔体的塑料成为热塑性塑料，主要的热塑性塑料有聚乙烯（PE[1]）、聚丙烯（PP[2]）、聚苯乙烯（PS[3]）、聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA，俗称有机玻璃[4]）、聚氯乙烯（PVC[5]）、尼龙（Nylon[6]）、聚碳酸酯（PC[7]）、聚氨酯（PU[8]）、聚四氟乙烯（特富龙,PTFE[9]）、聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET，PETE[10]）、加热后固化，形成交联的不熔结构的塑料称为热固性塑料：
常见的有环氧树脂[11],酚醛塑料,聚酰亚胺,三聚氰氨甲醛树脂等。
塑料的加工方法包括注射，挤出，膜压，热压，吹塑等等。
橡胶
橡胶又可以分为天然橡胶和合成橡胶。
天然橡胶的主要成分是聚异戊二烯。
合成橡胶的主要品种有丁基橡胶、顺丁橡胶、氯丁橡胶、三元乙丙橡胶、丙烯酸酯橡胶、聚氨酯橡胶、硅橡胶、氟橡胶等等。
纤维
合成纤维是高分子材料的另外一个重要应用。
常见的合成纤维包括尼龙、涤纶、腈纶聚酯纤维，芳纶纤维等等。
涂料
涂料是涂附在工业或日用产品表面起美观或这保护作用的一层高分子材料。
常用的工业涂料有环氧树脂，聚氨酯等。
黏合剂
黏和剂是另外一类重要的高分子材料。
人类在很久以前就开始使用淀粉，树胶等天然高分子材料做黏合剂。
现代黏合剂通过其使用方式可以分为聚合型，如环氧树脂；热融型，如尼龙，聚乙烯；加压型，如天然橡胶；水溶型，如淀粉。
药物释放系统的发展方向与趋势
20世纪90年代以来，药物剂型和制剂研究已进入药物释放系统（drugdeliverySystemDDS）时代。
新型药物释放系统已成为药学领域的重要发展方向，第6届药剂学国际会议论文所占比重基本反映了当前国际上药剂学研究的重点，主要有：
①缓释、长效制剂；②靶向给药制剂；③皮肤给药制剂；④粘膜给药制剂。
1口服缓释控释给药系统（Sustainedandcontrolled-releasedrugsdeliverysystem）这类制剂要求平稳血药浓度到以提高病人在疾病状态下的药效为目标。
1.1口服缓释、控释给药的特点
1.1.1适宜于制成缓控释制剂的药物范围广泛
（1）首过作用强的药物中已有不少被研制成缓释及控释制剂；
（2）一些半衰期很短或很长的药物制成缓释或控释制剂；（3）头孢类抗生素缓释制剂、头孢氨苄缓释胶囊；（4）一些成瘾性药物制成缓释制剂以适应特殊医疗应用。
1.1.2一天一次的给药系统:
每日给药一次的制剂，便于患者服用，在保证有效治疗浓度的同时，降低药物的毒副作用，避免耐药性的产生。
1.1.3流体缓释及控释制剂:
一些缓释微粒或微囊也可直接制备成混悬剂，缓释乳剂是利用一些脂肪醇或脂肪酸酯等为外相，以水及水溶性高分子为内相，凝胶缓释制剂是利用一些高分子材料粘性的特点制备的凝胶状制剂直接服用后在胃肠液内形成粘稠液体，减慢药物吸收速率而发挥缓释作用。
1.1.4复方缓释及控释制剂
复方缓释及控释制剂多数仅对其中一种药物进行控释，而另一药物系以速释组分存在制剂中，这部分药物大多数有较长的半衰期或通常也仅需一天一次给药。
1.2缓控释制剂技术
缓控释制剂的三种类型：
定时、定速、定位释药。
缓控制剂属于定速释放型，常用的技术有膜控释和骨架控释，而高分子交换树脂和渗透泵等技术要求高，不易推广。
便于实现工业化生产的新技术有：
多层缓释片和包衣缓释片技术，一次挤出离心制丸工艺，药物与高分子混溶挤出工艺，不溶性高分子固体分散技术等。
1.2.1定速释放技术
是指制剂以一定速率在体内释放药物。
基本符合零级释放动力学规律，口服后在一定的时间内能使药物释放和吸收速率与体内代谢速率相关，定速释放可减少血药浓度波动情况，增加病人服药的顺应性。
借助于改变片剂的几何形状来控制药物的释放。
迭层扩散骨架片，双凹形带孔包衣片，环形骨架片等。
1.2.2定位释放技术:
位释放可增加局部治疗作用或增加特定吸收部位对药物的吸收。
在口腔或胃肠道适当部位长时间停留，并释放一定量药物，以达到增加局部治疗作用或增加特定吸收部位对药物的吸收。
利用一些比重小于水以及具有高粘性的材料也可以使制剂在胃内滞留较长时间并定速释药。
胃内滞留系统有，胃漂浮系统，胃内膨胀系统，生物粘附系统。
小肠定位给药系统（肠溶制剂）避免药物在胃内降解或对胃的刺激，提高一些药物的疗效。
常用的技术有，利用结肠高PH生理环境溶解适宜聚合物包衣材料，或利用结肠特殊酶或正常菌落分解特异性聚合物如α-淀粉、果胶钙等。
1.2.3定时释放技术:
定时释放可根据生物时间节律特点释放需要量药物，使药物发挥最佳治疗效果。
定时释放又称为脉冲释放，即根据生物时间节律特点释放需要量的药物，针对某些疾病容易在特定时间发作的特点，研究在服药后可在特定时间释药的制剂，如通过调节聚合物材料的溶蚀速度可在预定时间释药，释药的时间根据药物时辰动力学研究结果确定。
此外，有人研究了电控制PDDS，超声波控制PDDS和微波辐射PDDS等。
2靶向给药系统（TargeteddeliverydrugssystemTDDS）
2.1概况
由于药物是在靶部位释放，可以提高靶组织的药理作用强度和降低全身的不良反应，载体的趋靶性和长循环是药物载体的研究向药物一抗体共轭，载体－抗体介导、载体物理或化学修饰、纳米粒等发展以达到更高级靶向目的。
对多种靶向给药系统的靶向机制、制备方法、特性、体内分布和代谢规律等都有了较为清楚的认识。
但是TDDS研究成果在生产和临床上的应用还存在不少问题，如载药量小的问题，稳定性差的问题，临床给药的制剂学问题，体内代谢动力学模型问题；TDDS的质量评价项目和标准问题，体内生理作用问题等等，这些都是脂质体、微球（囊）等胶体型靶向给药系统需要研究解决的问题。
2.2靶向制剂技术
靶向给药系统有前体药物合成和药物载体（脂质体、单克隆抗体、红细胞等）途径，发展趋势是利用脂质体、类脂质、蛋白、可生物降解高分子聚合物作为载体将药物包封或嵌入种种类型的胶体系统。
在结肠靶向给药的制备方面是包衣法。
2.3制剂的靶向性
靶向性是脂质体作为药物最突出的特征。
它有天然靶向性、隔室靶向性、物理靶向性和配体专一靶向性四个类型，近年有新类型的脂质体－空间稳定脂质体（S－liposome）又称长循环脂质体。
2.3.1被动靶向制剂:
被动靶向制剂是将药物固定在一定大小的颗粒载体上，通过局部毛细血管的阻留而实现定位释放。
如将抗癌药固定在白蛋白、聚合物或磁性颗粒上可以达到在靶部位的定位释放作用，增强治疗效果。
2.3.2主动靶向制剂:
利用抗原－抗体或受体等分子亲和作用将药物定向分布在靶组织或靶细胞内。
2.3.3靶向作用的前体给药:
药物通过与单克隆抗体交联，或对药物进行不影响疗效的化学结构修饰等方法制成具有靶向作用的药物。
2.4肠道靶向制剂:
口服结肠定位释药系统（OCDDS）是通过传递技术口服给药后药物在上消化道并不释放而到达结肠定位释放，在人体回盲部发挥局部或全身作用的一种独特的作用形式。
4.1粘膜给药的种类:
粘膜给药有粘膜贴附剂、喷雾剂等，且有多种剂型从单层发展到多层，从缓释给药发展到贮库给药等。
主要包括除胃肠道以外的口腔给药、鼻腔给药、直肠给药、眼部给药和子宫阴道给药等。
用于口腔粘膜给药的剂型有贴片、贴膜、舌下片、舌下喷雾剂、咀嚼片等。
用于鼻腔粘膜给药的有滴鼻剂、喷雾剂、粉未制剂、微球制剂、凝胶制剂、脂质体多肽，蛋白质类药物。
用于直肠粘膜给药的有凝胶栓、渗透泵栓、微囊双层栓、中空栓等。
用于眼部粘膜给药的新剂型有亲水凝胶剂、脂质体、纳米粒剂、植入剂等。
用于阴道粘膜给药的有环剂、膜剂、栓剂、片剂、药膏、海绵剂等。
4.2吸收促进剂的应用:
对于口腔、眼、直肠、阴道粘膜给药系统存在的主要问题是制剂在这些腔道内的存留时间一般较短，药物吸收量有限。
因此，研究和开发在这些腔道内具有特殊粘附作用的生物粘附材料和新型渗透促进剂是解决这些腔道内粘膜给药系统现存问题的关键。
4.3常用的粘膜给药
4.3.1口腔粘膜给药，可延长制剂在胃肠道的停留时间，也可将药物制剂定位于胃肠道的病变部位，发挥靶向释药局部治疗作用。
结肠部位疾病等要求能在结肠定位释药，对在胃肠道上段稳定性差或吸收利用差而在结肠吸收利用较好的药物，可应用生物粘附作用实现结肠定位释药。
4.3.2鼻腔粘膜给药:
药物由鼻腔毛细血管进入体循环，不经门静脉进入肝脏，可避免肝首过作用，在胃肠液与胃肠壁膜中代谢的或首过作用的药物尤为适用。
鼻腔中粘液纤毛将药物从鼻甲部向鼻咽部清除，这样大大缩短了药物与吸附的接触时间，影响药物的吸收及生物利用度。
鼻粘膜吸收制剂发展较快，除了一些常规制剂，如滴鼻剂、喷雾剂、一些新型给系统也在鼻粘膜给药中得到应用，如微球缓释、控释制剂等。
鼻粘附型的片剂、膜剂、凝胶剂研究也较多。
鼻粘膜吸收促进剂：
大分子药物鼻粘膜吸收比较困难，可通过一些吸收促进剂来增加其对鼻粘膜的穿透作用，提高其生物利用度。
良好的鼻粘膜吸收促进剂应该对鼻粘膜刺激性小，促进作用强，对鼻纤毛功能影响小，无毒副作用。
常用的鼻粘膜吸收促进剂有：
胆盐如牛磺胆酸盐、甘胆酸盐、脱氧牛磺胆酸盐等以及牛磺二氢褐霉酸钠、聚氧乙烯－月桂醇醚等。
4.3.3眼粘膜给药:
药物通过眼部给药而吸收进入体循环的优点，简单、经济、有些药物通过眼粘膜吸收与注射给药同样有效，眼部给药可以避免肝脏首过作用。
眼部组织对免疫反应不敏感。
适用于蛋白质类、肽类药物。
药物通过眼部吸收仍存在许多问题，刺激性问题，药物剂量损失，药物在眼部的停留时间问题。
眼部给药量有限，且药物停留时间短，容易流失，因而生物利用度低。
为了提高眼角膜吸收的生物利用度，常需要使用吸收促进剂。
眼吸收促进剂对刺激性方面要求较高。
肽类药物的眼粘膜给药，给这类药物的方便有效地进入体内带来了新希望.眼部长效制剂的发展将使更多的药物能够有效地从眼粘膜吸收。
如眼用膜剂，以亲水性高分子材料为基质的凝胶剂等。
这些剂型能有效地延长药物与眼部的接触时间，并能有效地控制药物的释放速率。
四种制剂技术和特点比较
给药系统药代动力学特点常用技术备注
控缓释给药服用方便，释药平稳，峰谷小，副作用小定速：
膜控释，骨架控释第二代制剂
控缓：
控制计量给药速度并保持药效
缓释：
延缓药物的过程而延长药效
靶向给药：
将药物输送到机体的特定部位或器官
透皮给药：
经皮肤给药发挥全身治疗作用的控释膜剂
粘膜给药：
通过粘膜上皮细胞给药
控缓：
零级定量释药
缓释：
一级定比释药
定位释放，生物利用度高，毒副作用小，类型多避免首过效应和胃肠降解，生物利用度高，使用方便
透皮给药特点：
剂量小、生物利用度高，起效快
离子交换树脂，包衣技术，渗透泵
定位：
结肠靶向给药技术
定时：
脉冲释放
静脉乳剂技术，脂质体技术，磁性微球，单克隆抗体，毫微囊技术，药物前体化
膜渗透控释，骨架控释技术，微小贮库技术，粘合剂分散型技术，促渗技术，吸收促进剂
化学：
药物前体化
物理：
离子电渗，电穿孔，超声促渗，激光导入口腔给药，鼻腔给药，直肠给药发展日趋成熟
第四代制剂研究开发阶段
5.5.5新兴制剂技术研究重点
5新型给药系统:
蛋白质－多肽类药物（如胰岛素、促红素等）是无法制成口服制剂（片剂、胶囊或口服液）。
以锌为基质的胰岛素颊含服片，分子量在45KD以内的多肽药物均适合开发成为颊含服片剂。
5.1.3可在胃肠道内释放的智能化制剂:
这种新型制剂能停留在胃（肠）的某些特定部位，然后缓缓的释放出药物。
为了让某些制酸药或抗溃疡药可长时间地作用于胃部，利用树脂作为原料的微珠制剂。
进入胃内后可较长时间悬浮在胃液之中。
在酸性胃液溶化掉微珠表面的乙基纤维素后，其内部的碳酸氢钠可慢慢释放出来并中和掉过量的胃酸。
采用藻酸代树脂加成微珠，内装药物，再经冻干法干燥成为口服制剂。
5.1.4超微颗粒气雾剂:
纳米技术可加工成100nm左右的超微颗粒，再进一步加工成方便携带和使用的气雾剂，可大大提高多种药物的生物利用度。
5.2脑给药系统中的一些新方法:
血药屏障（brainbloodbarrier.BBB）的存在，使很多药物不能进入脑部，限制了脑部疾病的治疗。
为此研究了许多脑给药系统的技术。
通过鼻腔向脑输送药物：
雌二醇、多巴胺、孕酮、神经生长因子等，通过鼻腔给药直接进入脑脊液。
脑内植入：
将全合成的、生物相容性好、可生物降解的高分子材料与药物制成小丸，圆片，微球植入脑内。
药物与谷氨酸结合：
一般透过血脑屏障的药物要求是相对分子量小于400，为亲脂性，对一些不能穿透的药物可采用与L－谷氨酸结合，利用谷氨酸作为载体使之透过血脑屏障。
5.3免疫隔离释药系统:
用胶囊包裹啮齿动物的胰岛，植入人体内，由胶囊隔离人体免疫系统的细胞和抗体分子进入胶囊与动物胰岛产生免疫反应，而人体的营养物质可通过胶囊为胶囊内的胰岛提供养分，由动物胰岛分泌出的胰岛素起调节血糖作用。
这一释药系统称为免疫隔离释药系统，也称为生物杂交释药系统或胶囊包裹细胞释药系统。
最近，又发展了“微囊包裹释药系统”。
缓释、控释药用高分子材料的研究和应用
1概述
在药物制剂领域中，高分子材料的应用具有久远的历史。
人类从远古时代在谋求生存和与疾病斗争的过程中，广泛地利用天然的动植物来源的高分子材料，如淀粉、多糖、蛋白质、胶质等作为传统药物制剂的黏合剂、赋形剂、助悬剂、乳化剂。
上世纪30年代以后，合成的高分子材料大量涌现，在药物制剂的研究和生产中的应用日益广泛。
可以说任何一种剂型都需要利用高分子材料，而每一种适宜的高分子材料的应用都使制剂的内在质量或外在质量得到提高。
上世纪六十年代开始,大量新型高分子材料进入药剂领域,推动了药物缓控释剂型的发展.这些高分子材料以不同方式组合到制剂中,起到控制药物的释放速率,释放时间以及释放部位的作用。
与以往的常规剂型如片剂、胶囊、注射剂比较，缓释、控释制剂的主要优点是①能够减少给药次数，改善患者的顺应性；②减少血药浓度的峰谷现象，降低毒副作用，提高疗效；③增加药物治疗的稳定性。
另外克服缓控释制剂还可以避免某些药物对胃肠道的刺激性，避免夜间给药。
由于这些优点，缓控释制剂被称为继常规制剂后的第二代和第三代药物制剂。
是目前发展最快，产业化水平最高的新型药物制剂。
在缓控释制剂中，高分子材料几乎成了药物在传递、渗透过程中的不可分割的组成部分。
可以说缓控释制剂的发展虽然与制药设备的不断发展更新有关，但起主要作用的是新辅料的开发与应用。
一种新辅料的应用，可开发出一大批制剂产品，并促进一大批制剂产品的质量提高，取得十分显著的经济效益和社会效应。
2缓控释制剂的分类:
缓控释制剂作用机理有多种，制备工艺也千差万别，因此有多种不同的分类方法。
粗略说来，有下列几类：
2.1贮库型（膜控制型）:
控释制剂该类制剂是在药库外周包裹有控制释药速度的高分子膜的一类剂型,根据需要,可以制备成多层型,圆筒型,球型或片型的不同形式,并有相应的制备方法。
如以乙基纤维素、渗透性丙烯酸树脂包衣的各种控释片剂、以乙烯－醋酸乙烯共聚物为控释膜的毛果芸香碱周效眼膜、以硅橡胶为控释膜的黄体酮宫内避孕器，以微孔聚丙烯为控释膜、聚异丁烯为药库的东莨菪碱透皮贴膏。
其中以各种包衣片剂和包衣小丸为常见。
2.1.1微孔膜控释系统在药物片芯或丸芯上包衣，包衣材料为水不溶性的膜材料（如EC、丙烯酸树脂等）与水溶性致孔剂（如聚乙二醇、羟丙基纤维素、聚维酮）的混合物。
制剂进入胃肠道后，包衣膜中水溶性致孔剂被胃肠液溶解而形成微孔。
胃肠液通过这些微孔渗入药芯使药物溶解，被溶解的药物溶液经膜孔释放。
药物的释放速度可以通过改变水溶性致孔剂的用量来调节。
2.1.2致密膜控释系统这种膜不溶于水和胃肠液，但水能通过。
胃肠液渗透进入释药系统，药物溶解，通过扩散作用通过控释膜释放。
药物的释放速度由膜材料的渗透性决定，选用不同渗透性能的膜材料及其混合物，可调节释药速度达到设计要求。
常用膜材料有EC，丙烯酸树脂RL、RS型、醋酸纤维素等。
2.1.3肠溶性膜控释系统这种膜材料不溶于胃液，只溶于肠液，如肠溶性丙烯酸树脂，羟丙甲纤维素酞酸酯等。
为了达到缓控释目的，这类膜材常常与其它成膜材料混合使用，如不溶性的EC，水溶性的HPMC等。
在胃中药物释放很少或不释放，进入小肠后，肠溶材料溶解，形成膜孔，药物可通过膜孔的扩散作用从释药系统释放。
药物的释放速度可通过调节肠溶性材料的用量加以控制。
如采用丙烯酸树脂肠溶Ⅱ号、HPMC、EC等不同配比，制成的硫酸锌包衣颗粒，其体外释放时间可达24小时。
2.2骨架型（基质型）控释制剂该类制剂制备简单,不需控释膜,将药物直接分散在高分子材料形成的骨架中,药物释放速度取决于骨架材料的类型和药物在该材料中的扩散速度。
如以PVA和PVP为骨架的硝酸甘油贴膏，以HPMC、Carbopol为骨架材料的各种缓释片剂、以HPC/Carbopol为粘附材料的黏膜粘附制剂等。
2.2.1不溶性骨架缓控释系统采用无毒塑料如无毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚氧硅烷等作为骨架基质材料，加入药物，再用丙酮等有机溶剂为润湿剂制成软材，制粒，压片。
这些材料口服后不被机体吸收，无变化地从粪便排出。
应用这类材料制成的释药系统一般适合于水溶性药物。
如国外有用聚氯乙烯制成的硝酸异山梨酯、硫酸奎尼丁控释片上市。
2.2.2亲水凝胶骨架缓控释系统采用亲水性高分子材料为片剂的主要辅料，如甲基纤维素、羟丙甲纤维素（K4M，K15M、K100M）、Carbopol，海藻酸钠，甲壳素等，这些材料的特点是遇水以后经水合作用而膨胀，在释药系统周围形成一层稠厚的凝胶屏障，药物可以通过扩散作用通过凝胶屏障而释放，释放速度因凝胶屏障的作用而被延缓。
材料的亲水能力是控制药物释放的主要因素。
例如双氯芬酸钾为非甾体消炎镇痛药，半衰期短，1天需服用3～4次，且对胃肠道刺激性较强，可引起胃出血和胃溃疡。
有报道研制了一种双氯芬酸钾水凝胶骨架缓释片，它以羟丙甲纤维素（HPMCK4M）为主要骨架材料，并辅以其它阻滞剂，以调节释药速度。
可供选择的疏水性阻滞剂有乙基纤维素、硬脂酸，肠溶性丙烯酸树脂等。
为达到适宜的释药速度，还可加入亲水性的材料作填充剂或致孔剂，如乳糖、微晶纤维素、聚维酮（PVP）。
上述辅料和药物混合后，采用粉末直接压片工艺压制成片，人体生物等效性试验表明，该制剂口服后，半小时可达到有效治疗浓度，12小时内缓慢释药，可维持较长时间有效浓度，1天仅需服用1～2次。
以上材料中若再加入一些蜡类和脂肪酸酯类，制成的片剂比重小于1，服用后可在胃液或食糜中飘浮较长时间，有利于药物持久释放。
一些主要在胃内吸收或主要在胃中发挥治疗作用的药物制剂（如抗幽门螺旋杆菌的抗生素），可考虑制成胃内飘浮片。
2.2.3蚀性骨架缓控释系统这类骨架材料多采用脂肪和蜡类物质如蜂蜡、硬脂酸丁酯等。
口服后，固体脂肪或蜡在体液中逐渐溶蚀，药物从骨架中释放。
释放速度取决于骨架材料的用量及其溶蚀性。
制备常用方法是将药物趁热溶于或混悬于脂肪或蜡类物质材料中，冷却后磨成颗粒装入胶囊或压制成片。
2.3微囊和微粒型控释制剂可以看成是微型化的贮库制剂和骨架制剂,大小在1mm以下,
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