第1章 绪论 药用高分子材料.ppt

药用高分子材料学 药用高分子材料学 绪论 第一章 第一章绪论 目录 一 课程的目的和任务二 基本概念三 药用高分子材料的历史沿革四 高分子材料在药剂学中的应用五 我国药用高分子材料的发展概况六 药用高分子辅料发展面临的新挑战七 有关药用高分子材料的国内外法规和参考资料 一 课程的目的和任务 本课程的目的 1 了解高分子材料学的最基本理论2 了解药剂学中常用的高分子材料的结构 物理化学性质 性能及用途3 能初步应用这些基本知识来理解和研究高分子材料在一般药物制剂 控释制剂及缓释制剂中的应用 本课程主要内容 1 高分子材料的一般知识 合成反应及化学反应 高分子材料的化学特性和物理 力学性能 2 药用高分子材料的来源 生产 化学结构 物理化学性质和应用 二 基本概念 1 高分子药物即把生理活性物质用化学的方法挂接到高分子上 使其达到持续释放和定位释放药物的目的 或本身具有强烈活性的高分子化合物 主要依靠高聚物本身的物理化学作用来发挥药效 如作为血浆和营养输液用的右旋糖酐以及补血剂右旋糖酐铁等 2 药用高分子化合物专指药物制剂加工过程时使用的高分子化合物 如稀释剂 粘合剂 包衣等 本身没有药效 只在药品中起一些从属的或辅助的作用 区别 药用高分子化合物与高分子药物 药用高分子材料 药用高分子材料 polymersforpharmaceuticals 指具有生物相容性 经过安全评价且应用于药物制剂的一类高分子辅料 也就是药品生产和制造加工过程中使用的高分子材料 如 聚乙烯醇聚丙烯 药用高分子材料学 药用高分子材料学 pharmaceuticalpolymermaterialscience 是研究药用高分子材料的结构 理化性质 工艺性能及用途的理论和应用的学科 是药剂学和高分子材料学的交叉学科 也是新制剂开发和研究的重要桥梁学科 药物 指具有预防 治疗 诊断人的疾病的物质 是各种原料药 原生药和药剂的总称 原料药 指通过化学合成 生物发酵 原生物提取等制得的药物 药物制剂 具体的药物品种 由原料药和药物辅料构成 剂型 为适应治疗或预防的需要而制备的药物应用形式 称为药物剂型 简称剂型 常见剂型有液体剂型 注射剂型 输液型 散剂 片剂 胶囊剂 丸剂 软膏剂等 药物辅料 在药物制剂中加入的一些有助于成型 稳定 增溶 助溶 缓释 控释等不同功能作用的辅料 这些用于制造和调配药物制剂的各种必需品 成为药物制剂辅料 简称药用辅料 药物辅料的作用 可改善药物的稳定性和成形性 为新型药剂提供所需的智能 如 对pH 温度和酶敏感 改善 调节药物的通透性 成膜性 粘着性 润滑性 溶解性 载药量 溶胀性和对生物组织的粘附性以及生物相容性 生物可降解性等 生物相容性 指材料在生物体内保持相对稳定 不被排斥和破坏的生物学性质 一般包括细胞相容性 组织相容性和血液相容性 药物安全性评价 确定药物安全剂量范围 毒性表现和毒性作用部位 确保药物的安全性 高分子 通过一定形式的聚合反应生成具有相当高的分子量的大分子 一般指聚合物或结构上包括聚合物的分子 高分子材料 以高分子化合物为基础的材料 由相对分子量较高的化合物构成的材料 包括橡胶 塑料 纤维 涂料 胶黏剂和高分子基复合材料 药物传递系统 指治疗药物的不同给药形式 包括缓控释制剂 靶向给药系统 粘膜给药系统 透皮给药系统和智能型给药系统 缓释制剂 指用药后能在较长时间内持续缓慢释放药物以达到延长药效目的的制剂 控释制剂 药物从制剂中按一定规律缓慢 恒速释放 使机体内药物浓度保持相对稳定 靶向制剂 凡能将治疗药物专一性地导向所需发挥作用的部位 靶区 而对非靶组织没有或几乎没有相互作用的制剂统称为靶向制剂 缓释制剂 控释制剂与普通制剂的差异 普通制剂必须一日给药几次 且每次给药后血药浓度都会出现峰谷现象 缓控释制剂使血药浓度平稳 避免峰谷现象 有利于降低药物的毒副作用 最小中毒剂量 最小有效浓度 三 药用高分子材料的历史沿革药物制剂领域中 高分子的应用具有久远的历史 早期 天然高分子材料 如淀粉 多糖 蛋白质 胶质和粘液质等作为药剂的粘合剂 赋形剂 乳化剂和助悬剂等 近代 改性的天然高分子材料或合成高分子材料作为辅料在药物制剂中进行应用 人类的远古时代 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 如阿胶的生产原料驴皮是胶原蛋白 属于天然高分子材料 明朝大医药家李时珍在 本草纲目 中说 阿胶 本经上品 弘景曰 出东阿 故名阿胶 东阿县做为阿胶发祥地 利用天然高分子生产阿胶已有两千多年的悠久历史 胶原蛋白的结构与特性 此外 淀粉 多糖 蛋白质 胶质和粘液汁等天然的高分子材料在传统的药剂中是不可缺少的粘合剂 赋形剂 乳化剂 助悬剂 在我国古代的医药典籍中己屡见不鲜 胶原蛋白是一种生物性高分子材料 是胶原纤维经过部分降解后得到的具有较好水溶性的蛋白质 具有稳定的三股螺旋结构 1920年德国人史道丁格 Standinger 发表了划时代的文献 论聚合 他提出了 高分子 长链大分子 的概念 史道丁格学说在1932年法拉第学会上得到公认 他预言了一些含有某些官能团的有机物可以通过官能团间的反应而聚合 比如聚苯乙烯 聚甲醛等 后来都得到了证实 为了表彰他的杰出贡献 1953年72岁的他登上了诺贝尔化学奖的领奖台 史道丁格是高分子科学的奠基人 高分子科学的奠基人H Standinger博士 1930年高分子概念被承认后 合成的高分子材料大量涌现 在药剂工业方面的应用日益广泛 显示了高分子材料的重要性 20世纪30年代聚维酮合成成功 1939年取得专利 聚维酮可提高血浆胶体渗透压 增加血容量 它在医药品中可作为血浆代用品使用 用于外伤性出血及其他原因引起的血容量减少 聚维酮 聚乙烯吡咯烷酮 PVP 聚维酮是一种水溶性的合成聚合物 主要成分为N 乙烯吡咯烷酮 是一种具有高效粘合性的聚合物 主要作为固体制剂湿法制粒的粘合剂 聚维酮在医药上有广泛的应用 为国际倡导的三大药用新辅料之一 可作为粘合剂 助流剂 润滑剂 助溶剂 分散剂 酶及热敏药物的稳定剂 聚维酮还可与碘合成PVP I消毒杀菌剂 PVP在医药上还可用作低温保存剂 采用PVP产品作辅料的药物已有上百种 PVP在药学领域中的应用 药物制剂的发展经历了四个时代 第一代 简单加工口服与外用的膏丹丸散第二代 片 颗粒剂 胶囊 注射剂第三代 药物传递系统 缓控释制剂 前体与透皮给药制剂 第四代 靶向制剂 第一代 普通丸剂 国家药典委员会专家张志芬教授指出 药物传递系统 drugdeliverysystem DDS 的出现是现代药剂学领域中现代科学技术进步的结晶 而这一结晶的出现很大程度依赖于高分子材料 第二代 普通胶囊 第三代 缓释制剂 第四代 脂质体 高分子材料在透皮吸收制剂中的作用 药物透皮吸收新剂型 美 A F 基多尼厄斯主编郑俊民主译科学出版社 开发透皮吸收系统需要对聚合物作出合理的选择 特定药物及一些活性物质在聚合物的扩散必须具有我们希望的渗透速度 了解和熟悉药用高分子材料的基本知识 已成为药物制剂技术人员在设计新药 减少生产的疑难问题 缩短处方设计和开发时间等方面的迫切需要 高分子材料具有什么性质 性质 四 高分子材料在药剂学中的应用 一 药用高分子材料的分类情况 分类 按用途分类 传统剂型中应用的高分子材料 如作为片剂的赋形剂 粘合剂和润滑剂等 缓控释和靶向制剂 如作微丸的赋形剂 缓释包衣的衣膜等 包装用的高分子材料 制单膜包装材料的最主要的塑料品种是低密度聚乙烯 其次是高密度聚乙烯 聚丙烯和聚氯乙烯等 以及用聚苯乙烯 低密度聚乙烯 聚氨酯和聚氯乙烯制成的泡沫塑料包装材料等 按来源分类 天然高分子材料 主要来自于天然动植物 如蛋白质类 多糖类 淀粉 纤维素 天然橡胶等 半合成高分子材料 利用天然或生物高分子的活性进行化学反应引入新基团以及产生新结构的半合成高分子 如淀粉 纤维素的衍生物等合成高分子材料 以石油矿物为原料 经化学合成的高分子化合物以及经微生物发酵代谢或生物酶催化合成的高分子化合物 如聚乙烯醇 聚丙烯 聚乙烯 聚氯乙烯等 二 药用辅料的定义与要求 广义上指的是能将药理活性物质制备成药物制剂的各种添加剂 药用辅料 其中具有高分子特征的辅料 一般被称为药用高分子辅料 国际药用辅料协会 IPEC 对药用辅料的定义是 药用辅料是在药物制剂中经过合理的安全评价的不包括生理有效成分或前体的组分 它的作用有 1 在药物制剂制备过程中有利于成品的加工 2 加强药物制剂稳定性 提高生物利用度或病人的顺应性 4 增强药物制剂在贮藏或应用时的安全和有效 3 有助于从外观鉴别药物制剂 高分子材料作为药物载体的要求1 适宜的载药能力 2 载药后有适宜的释药能力 3 无毒 并具有良好的生物相容性 4 无抗原性 5 适宜的分子量和物理机械性能 以适应加工成型要求 不溶性骨架片释药过程 无毒 不引起炎症或溶血作用 生物相容性 材料在生物体内不被感到是异物的物质 抗原 凡诱发免疫反应的物质都可以称为抗原 主要指病原微生物及其代谢产物以及抗毒血清和药物等 抗原性 抗原与其所诱导产生的免疫效应物质 抗体或致敏淋巴细胞 发生特异性结合的特性 长久以来 人们都把辅料看作是惰性物质 随着人们对药物由剂型中释放 被吸收的性能的深人了解 现在人们己普遍认识到 辅料有可能改变药物从制剂中释放的速度或稳定性 从而影响其生物利用度 三 药用高分子材料在药物制剂中的应用 1 作为片剂和一般固体制剂的辅料 2 作为缓释 控释制剂的辅料 4 用作新型给药装置的组件 3 作为液体制剂或半固体制剂的辅料 5 作为生物粘着性材料 6 用作药物产品的包装材料 1 作为片剂和一般固体制剂的辅料 粘合剂 古代 采用淀粉 树胶等天然高分子作为粘结剂 近代 甲基纤维素 琼胶 明胶 微晶纤维素 糊精 乙基纤维素 羟丙甲纤维素等 稀释剂 稀释剂也叫 填充剂 把原药加工成粉剂时 或为了使其便于喷施所加入的进行稀释的惰性物质 如 粘土 高岭土 陶土 滑石粉等 崩解剂 崩解剂是指能使片剂在肠胃液中迅速裂碎成细小颗粒的物质 从而使功能成分迅速溶解吸收 发挥作用 一般片剂中都加有崩解剂 常见的崩解剂 干淀粉 羧甲基淀粉钠 低取代羟丙基甲基纤维素 交联聚乙烯吡咯烷酮 泡腾崩解剂 润滑剂 润滑剂包括助流剂 抗黏剂 润滑剂 用以降低颗粒或片剂与冲模间摩擦力的辅料 助流剂 压片前加入 以降低颗粒间的摩擦力的辅料 抗粘着剂 压片前加入 用以防止压片物料黏着于冲模表面的辅料 硬脂酸镁 性质 不溶于水 醇 醚 微溶于热醇及苯 性质稳定 不自身聚合 对固态的附着性比滑石粉强 与颗粒混合后分布均匀而不易分离 比滑石粉强 用途 润滑 抗粘 助流 包衣材料 包衣材料 指20 100um厚的高分子衣膜材料 具有封闭孔隙及使粗糙表面光滑的作用 并且具有一定的防潮作用 包括 肠溶衣材料 水溶性包衣材料 水溶性胶囊剂材料 肠溶衣材料 指耐胃酸 在十二指肠很易溶解的聚合物 如聚丙烯酸酯 聚醋酸乙烯钛酸酯 水溶性包衣材料 淀粉衍生物 水溶性纤维素衍生物等 水溶性胶囊剂材料 明胶 聚乙烯酸丙烯酸共聚物 淀粉 壳聚糖等多糖类 2 作为缓释 控释制剂的辅料 缓释制剂 是指通过适当方法 延缓药物在体内的释放 吸收 分布 代谢和排泄过程 以达到延长药物作用的一类制剂 特点 服用方便 降低给药的频率 毒副作用小 控释制剂 通过控制衣膜定时 定量 匀速的向外释放药物的一种剂型 使血液浓度恒定 从而更好的发挥药效 作用 可以减少药用次数 又可以提高 延长疗效 并降低副反应 制成缓控释制剂的药物主要有以下几类 抗心律失常药 抗心绞 降压药 抗组胺药 支气扩张药 抗溃疡药 抗哮喘药 解热镇痛药 抗精神失常药 铁盐 钾盐 镁盐等 缓释和控释常用高分子材料 1 用于扩散控释的材料 2 溶解 溶蚀或生物降解的材料以及能形成水凝胶的材料 3 具有渗透作用的高分子渗透膜 4 离子交换树脂 1 用于扩散控释的材料 扩散控释包括膜控和骨架控释 常用的有纤维素衍生物 壳多糖 乙烯 醋酸乙烯共聚物 硅橡胶等 微孔膜包衣片释药原理 2 溶解 溶蚀或生物降解的材料以及能形成水凝胶的材料 常用的有交联羧甲基纤维素钠 羟丙甲纤维素 聚乙二醇 聚乙醇酸 聚乳酸 聚乙醇酸 聚乳酸共聚物 聚己内酯 交联聚维酮 黄原胶等 这一类聚合物具水溶性 水不溶性或生物降解性等不同性质 药物释放机理通过水膨化层的扩散 高分子链的松弛或高分子链的断裂等作用 溶蚀与扩散 溶出结合示意图 3 具有渗透作用的高分子渗透膜它们具有不同的水蒸气透过性 以下按每25um厚的膜 24h水蒸气的透过量 g 100cm2 的大小顺序列出 聚乙烯醇 聚氨酯 乙基纤维素 醋酸纤维素 醋酸纤维素丁酸酯 流延法制的聚氯乙烯 挤出法制的聚氯乙烯 聚碳酸酯 聚氟乙烯 乙烯 醋酸乙烯共聚物 聚酯 聚乙烯涂层的赛璐玢 聚偏二氯乙烯 聚乙烯 乙烯 丙烯共聚物 聚丙烯 硬质聚氯乙烯 膜 储库型透皮吸收制剂示意图 背衬层药物储库 控释膜 压敏胶皮肤 4 离子交换树脂此类高分子载体系用于离子药物的控制释放 离子交换树脂是由聚电解质 即带有大量离子基团的高分子 交联而成 具水不溶性 树脂 药物 X 树脂 X 药物 树脂 药物 Y 树脂 Y 药物 离子交换树脂示意图 目前药用的有波拉克林交换树脂 即二乙烯苯 甲基丙烯酸钾共聚物 英文名polacrilinpotassium 商品名AmberliteIRP 等 离子交换树脂具有阳离子或阴离子交换性能 3 作为液体制剂或半固体制剂的辅料 属于这类的高分子材料有纤维素的酯及醚类 卡波沫 泊洛沙姆 聚乙二醇 聚维酮等 它们可作共溶剂 脂性溶剂 助悬剂 胶凝剂 乳化剂 分散剂 增溶剂和皮肤保护剂等 4 用作新型给药装置的组件 这类聚合物为水不溶性 有乙烯 醋酸乙烯共聚物 聚酰胺 硅橡胶 对苯二甲酸树脂 聚三氟氯乙烯和聚氨酯树脂等 5 作为生物粘着性材料属于这类的高分子材料有纤维素醚类 羟丙基纤维素 羧甲基纤维素钠 海藻酸钠 聚卡波菲 聚乙烯醇及其共聚物 聚维酮及其共聚物 羧甲基纤维素钠及聚异丁烯共混物等 生物黏附片示意图 用作药物产品的包装材料属于这类的高分子材料有高密度聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚碳酸酯 氯乙烯 偏氯乙烯共聚物等 近60年世界塑料产量比较图 五 我国药用高分子材料的发展概况 一 我国药用高分子材料的研究和开发取得的成绩1 淀粉的改性产物 羧甲基淀粉钠 可压性淀粉 纤维素及其衍生物 微晶纤维素 低取代羟丙基纤维素 羟丙甲纤维素 丙烯酸树脂类 肠溶型 胃崩型 胃溶型 渗透型 等 有的已有大吨位的生产能力 我国自主研发 生产的淀粉系列产品 合成的聚合物 如泊洛沙姆 卡波沫 聚维酮 聚乳酸 己内酯 丙交酯嵌段共聚物 聚乙二醇 聚乙烯醇 乙烯 醋酸乙烯共聚物 EVA 苯乙烯 二乙烯苯树脂 聚甲基丙烯酸体乙氧基乙醋 聚乳酸 聚甲基氰基丙烯酸 交联羧甲基纤维素 乳酸 羟基乙酸共聚物等 有的已获批准生产 有的工在开发之中 应用于药物包装的高压聚乙烯 聚丙烯 聚氯乙烯 聚碳酸酯 聚酯等塑料 近年来发展速度相当快 塑料眼药水瓶 软膏管 水剂瓶 薄膜袋 聚氯乙烯和铝箔复合材料泡罩包装等都已普遍使用 羧甲基纤维素生产设备图 二 我国药用辅料与发达国家相比 在数量和质量上都存在明显差距 主要有5大原因 发展起步时间晚我国的药用辅料是从上个世纪90年代后期开始发展起来的 药品生产的发展带动了药用辅料的发展 发展时间较短 结构还不尽合理 布局比较散乱我国主要的辅料生产企业只有五六家 大多由化工厂和食品生产企业生产 缺乏专业性强的辅料生产厂家 而且大都规模小 品种少 产品能真正符合药典标准的则更少 现行法规存在许多不明确和不完善之处如药品管理法第十一条规定 生产药品所用的原辅料必须符合药用标准 但许多运用十分成熟的辅料却没有药用标准 如香精 色素 单甘酯 二氧化硅 有的有药用标准 却无资质的厂家生产 无批准文号 如蔗糖 硬脂酸 甘油等 药用辅料专门法规滞后我国药用辅料一直参照药品管理药用辅料生产企业发放 药品生产许可证 但辅料又并非药品 存在许多特殊性 企业难以执行 2006年3月份国家药监局刚出台 药用辅料生产质量管理规范 而 药用辅料注册管理办法 至今尚未出台 药用辅料标准制定滞后据统计发达国家药用辅料收载药典品种约300种左右 我国2005版药典收载只72种 许多药用辅料标准已远不适应药品生产对辅料使用的需求 如 羟丙甲纤维素 药典粘度范围为5 75mPa S 但许多药品生产工艺需要用1000 4000mPa S的产品作为粘合剂 目前药用辅料标准的不健全与不完善 直接影响到药用辅料的监管工作 特别是市场监督 由于缺乏统一的标准或标准的不完善 造成药用辅料质量的混乱 造成了辅料质量不稳定 不同生产生厂的同一辅料 甚至同厂同品种的不同批号之间的质量都有差异 六 药用高分子辅料发展面临的新挑战 药用高分子材料的研究在我国还有宽广的发展前途 重点体现在以下几个方面 1 开发性能优良的 国外已收载入法定文件中的药用聚合物 如高粘度羟丙基纤维素 甲基纤维素 乙基纤维素 胃内漂浮制剂 非泡腾型 特点 自身密度小于胃内容物 组成 主药亲水性聚合物 羟乙基纤维素 海藻酸钠等 调节药物释放材料 乳糖 丙烯酸树脂 低密度材料 脂肪醇 脂肪酸 蜡 材料 聚碳酸酯药物 呋塞米 中空 药用高分子材料的研究在我国还有宽广的发展前途 重点体现在以下几个方面 2 针对现已开发应用的高分子辅料规格不齐和型号不全情况 开发多种型号的产品 如乙基纤维素 中型号 标准型号 羟丙甲纤维素 HPMC2910 208 2906 等 环糊精及衍生物空间结构 3 利用天然资源及化学修饰方法 寻找新的可供药用的高分子材料 特别是能改善药物释放及传递性能 提高溶出度和释放度 生物粘着性及溶胀性 较小的毒性 刺激 性和免疫抗原性的高分子辅料 4 开发新的化学实体 NCE 由于辅料不像药品 使用者是药厂 附加值相对较低 长期的安全性试验投资大 回收期长 这方面需要有关部门加大支持力度 5 开展再加工辅料产品的研究和生产 如多种辅料的微丸 微球 微粒 复合辅料以及薄膜包衣的水分散体等 以改善各种常用辅料的应用性能 人工合成甲壳素 6 完善药用高分子辅料的质量标准 全面地开展工艺和物理化学性能的研究 缩短与国外质量的差距 经典的对辅料的研究 一般只限于物理药学的方法 如溶解度 吸水性 挥发性和有限的功能性研究 现代的辅料研究 对辅料的多种功能性的研究 如片剂辅料要研究可压性 流动性 成粒性 松密度或实密度与水分的相互作用等 这类性质对于优化处方 有效地传递药物具有重要的意义 目前对药用高分子材料的检测标准不一致 造成国际市场上的供货混乱 近年来 世界上一些主要工业发达国家 欧洲共同体 日本 美国 的药品管理部门和生产部门组成 人用药品注册技术规范国际协调会 简称ICH 对药品及药用辅料标准进行协调工作 在改革开放新形势下 ICH动向对发展我国高分子辅料事业具有现实的意义 七 有关药用高分子材料的国内外法规和参考资料 1 中华人民共和国药品管理法 简称药品管理法 全面系统地规定了对药品及其有关材料的管理 药品管理法第二章第六条规定 生产药品所需的原料 辅料以及直接接触药品的容器和包装材料 必须符合药用要求 药用高分子辅料理所当然地应符合药品管理法的所有规定 作为药物制剂人员 不但要了解遵守国家药品立法的重要意义 而且要懂得如何更好地去执行它 2 药用辅料生产质量管理规范 关于印发 药用辅料生产质量管理规范 的通知国食药监安 2006 120号各省 自治区 直辖市食品药品监督管理局 药品监督管理局 为加强药用辅料生产的质量管理 保证药用辅料质量 国家局在充分征求各方面意见的基础上 制定了 药用辅料生产质量管理规范 现印发给你们 请结合本地实际情况参照执行 在执行中有何意见和建议 请及时与国家局药品安全监管司联系 国家食品药品监督管理局二00六年三月二十三日 药用辅料生产质量管理规范第一章总则第二章机构 人员和职责第三章厂房和设施第四章设备第五章物料第六章卫生第七章验证第八章文件第九章生产管理第十章质量保证和质量控制