药用高分子材料介绍

1、现代药剂学高分子材料在药剂中的应用介绍高分子材料作为药物的载体，应具备的条件：适宜的载药能力；载药后有适宜的释药能力；无毒、无抗原性并且具有良好的生物相溶性。此外，根据制剂的加工成型要求，还应具备适宜的分子量和理化性质。一、高分子材料的基本概论（一）高分子化合物的概念高分子化合物（macromolecules）简称高分子。它大致分为有机高分子化合物（简称有机高分子）和无机高分子化合物（无机高分子）。高分子化合物又称为聚合物或高聚物，是指分子量在104以上的一类化合物。它们是由许多简单的结构单元以共价键重复连接而成的分子。（二）重复单元是高分子链的基本组成单位。聚乙烯CH2CH2n。方括号表示重

2、复连接，指整个分子中由许多个这样的重复单元依次相连而成，n是重复单元的个数，又叫聚合度(Degree of Polymerization)。它是一个平均值，即该聚合物中所含同系分子重复单元数的平均值。测定方法或计算方法不同，得到的平均值的大小和含义不同。聚合物的分子量M是重复单元分子量Mo与聚合度（DP）的乘积：M=MoDP例如，聚氯乙烯分子量为5万15万，重复单元分子量Mo=62.5，则平均聚合度DP=8002400。也即一个聚氯乙烯分子由8002400个氯乙烯结构单元组合而成的。重复单元连接成的线型大分子，类似一条长链，因此，有时，将重复单元称为链节（link）。对于聚乙烯、聚氯乙烯这类分

3、子，它们的重复单元与合成它们的起始原料的组成相同，仅仅是电子结构稍有改变，所以这类高分子的重复单元就是单体单元，或者说，它是由一种单体聚合而成的聚合物，称为均聚物。由两种以上单体共聚而成的聚合物叫做共聚物。这些高分子的重复单元与单体结构不完全相同。（三）高分子化合物的命名1.习惯命名按照习惯，聚合物往往根据来源和制备方法来命名。天然高分子大都有专门的名称。如，纤维素、淀粉、蛋白质，还有甲壳素、阿拉伯胶、海藻酸等。这些名称一般不反映物质的结构。有些高分子化合物由天然聚合物衍生或改变而来，它们的名称则是在天然聚合物名称前冠以衍生物的基团。如，羧甲基纤维素、羧甲基淀粉等。对合成聚合物而言，习惯上以聚

4、合物的合成原料或链节来源的单体为基础进行命名。这种命名在一定程度上反映高分子的化学结构特征，比较简单。通常以单体或假想单体为基础，前面加一个“聚”字，就称为聚合物的名称。如，聚乙烯、聚氯乙烯，聚丙烯酸等。由两种以上单体共聚得到的高分子，习惯上在单体名称后面加上“共聚物”三个字。如，乙烯醋酸乙烯共聚物。2.商品命名许多高分子材料都有它们各自的商品名称，而这些商品名称大都比较简单而又被普遍采用。如，尼龙66。尼龙66是聚己二酰己二胺的商品名。尼龙代表聚酰胺一大类，第一个数字代表二元胺的碳原子数，第二个数字代表二元酸的碳原子数。3.系统命名习惯命名和商品命名应用普遍，但不够科学，有时会引起误解，根据

5、结构，并不能说明单体来源。 为澄清聚合物命名工作中的混乱现象，国际纯化学和应用化学联合会（IUPAC）提出了以化学结构为基础的系统命名法。其规则如下：（1）确定重复单元结构；（2）排好重复单元中次级单元的次序；（3）根据化学结构命名重复单元；（4）在重复单元名称前加一个“聚”字，即为聚合物的名称。根据IUPAC命名原则，对乙烯基聚合物，书写重复单元时，应先写有取代基的部分。（四）聚合反应由低分子单体合成聚合物的反应叫做聚合反应。（1）按元素组成和结构变化分类加聚反应、缩合反应（2）按反应机理分类连锁反应、逐步反应二、高分子材料的结构特征高分子化合物的巨大分子量和它们的特殊结构，使得它们具备了低

6、分子化合物所不具备的一系列独特的物理力学性质，而这些性质是由高分子的结构所决定的。（1）一次结构是指单个大分子内与结构单元有关的结构。（2）二次结构是指涉及单个大分子构象的结构。是由若干重复单元组成的链段。当高分子链之间通过化学链相联结，由线型高分子或支化型高分子转变成为一个网状三维结构的体型高分子时，称为交联现象。交联程度很高的高分子不溶解，不熔融、不变形；交联程度低时，高分子能在溶剂中发生溶胀，在加热时发生软化和变形。（3）三次结构在单个大分子二次结构的基础上，许多大分子聚集成聚合物，产生了三次结构。也即高分子的聚集态结构。是指单位体积内许多大分子链之间的排列、堆砌方式，即分子间结构。链结

7、构和聚集态结构都是高分子的微观结构。高分子的化学结构和空间结构，是构成高分子材料的一些基本性质的基础，直接影响材料的熔点、溶解度、粘性等许多性能。各层包含的内容：一次结构(化学结构)原子类型与排列、结构单元链接次序、链结构的成分、支化、交联；二次结构（构象）单个高分子在空间的存在状态、伸展链、无规线团、折叠链、螺旋链；三次结构(聚集态结构)织态结构、伸展链结晶、折叠链结晶、双螺旋、非晶态结构、粉条状；三、高分子溶液（一）溶解过程高分子溶于溶剂后，溶解很缓慢，有膨胀现象。原因是高分子表面上的分子链段最先被溶剂化，因分子链很长，还有一部分聚集在内部的链未被溶剂化，不能溶出，直到整个链均被溶剂化，才

8、能溶到溶剂中，溶剂分子在高分子表面起溶剂化作用的同时，溶剂分子也由于高分子链段的运动，而扩散到高分子溶质的内部去，使内部的链段逐步溶剂化。使高分子溶质产生胀大的现象称为溶胀。溶胀的概念：即溶剂分子扩散进入高分子，使其尺寸增大的现象叫溶胀。随着溶剂分子不断向内扩散，必然使更多的链段松动。外面的高分子链首先达到全部被溶剂化而溶解，里面又出现新表面，溶剂又对新表面溶剂化而溶解，直到最后所有的高分子都转入溶液，这时才算是高分子溶质被全部溶解而成均匀的溶液，所以，溶胀是溶解前必须经过的阶段，是聚合物溶解过程所特有的现象。溶胀分两类： 第一，无限溶胀。线型高分子溶于良溶剂时，能无限地吸收溶剂，直到溶解成均

9、相溶液为止，即无限溶胀的结果是溶解。第二，有限溶胀。高分子吸收溶剂溶胀到一定程度后，不论与溶剂接触多久，吸入的溶剂量不再增加而达平衡，体系始终保持两相，这种现象称为有限溶胀。（二）溶剂的选择原则：第一，极性相似原则；第二，溶剂化的原则；第三，内聚能密度（或溶度参数）相近原则。以上三原则并不是彼此孤立的，而是分别从不同的角度在实践中总结出来的一些规律，这些规律是相互联系的，所以，在选择溶剂时，应将三原则综合起来考虑，并结合一定的试验，同时还要结合高分子使用的目的，才能选出适宜的溶剂来。高分子溶解的影响因素是多方面的、情况是复杂的。（三）凝胶的概念：溶胀的三维网状结构高分子称为凝胶。第一类凝胶 第

10、二类凝胶化学交联 物理交联不可逆 可逆稳定 性能不太稳定四、高分子材料的物理化学性质（一）分子量及分布高分子的分子量有两个特点：其一分子量大，一般在103107（多数为104106）之间；其二，无论是天然的或是合成的，分子量具有分散性。因此，高聚物分子量或聚合度是一个平均值，有个分布的概念。这种分子量的不均一性，又叫多分散性。1、分子量根据统计方法不同，平均分子量的表示方法有所不同，包括：（1）数均分子量Mn；（2）重均分子量Mw；（3）粘均分子量Mv2、分布以Mw / Mn 比值代表分子量的分布宽窄。分子量的分布也是影响聚合物特性的因素之一，低分子部分使聚合物强度降低，分子量过高部分又使成型

11、加工时塑化困难。不同的聚合物材料应有其合适的分子量分布。例如，合成纤维用的聚合物分子量分布应尽可能均一，即分布要窄，而合成橡胶的分子量分布宽一些也可。（二）高分子材料的力学性质1、温度与力学状态（1）高分子热运动的特点第一，热运动单元具有多重性；第二，高分子热运动是一个松池过程；第三者，热运动与温度有关。（2）无定形聚合物的两种转变和三种力学状态玻璃态高弹态粘流态力学状态链段被冻结，侧基支链运动部分链段可滑移，整个分子被冻结链段可运动，整个分子链都运动加外力主链上的键长、键角小改变分子链被拉直，变形很大粘性流动除外力形变立即回复形变可逆回复形变不能回复玻璃态变形温度高弹态粘流态TgTf一般，高

12、度交联的聚合物只有玻璃态，没有高弹态和粘流态，少量交联的聚合物会出现高弹态，没有粘流态。玻璃化温度是衡量聚合物耐热性的一个指标，与结构有关。（3）玻璃化温度的影响因素促使Tg增高的因素：增大分子量、分子量分布窄、主链引入芳杂环、芳环或稠环，侧链基团刚硬或位阻小，链结构对称性大和规整性大，含极性基团及增大链间作用力、氢键或交联键等。促使Tg降低的因素：分子量分布宽，主链柔顺、无序共聚、无定形或加入增塑剂。（三）药物通过聚合物的传质过程在药物制剂中，药物通过聚合物的扩散，简要来说分为两类：一是贮库装置；二是骨架装置。药物一般是溶解或分散在装置中，药物由装置的扩散过程有以下几个过程：（1）药物溶出并

13、进入周围的聚合物或孔隙；（2）由于存在浓度梯度，药物分子扩散通过聚合物屏障；（3）药物由聚合物解吸附；（4）药物扩散进入体液或介质。五、各类型性质特点及其应用（一）纤维素类纤维素广泛存在于自然界中，是植物纤维的主要组分之一。分子为长链线型高分子化合物，它的结构单元是吡喃D葡萄糖，由若干个葡萄糖以 14甙键连接构成。纤维素大分子中，每个葡萄糖单元中，有3个醇羟基（其中1个伯醇羟基，2个仲醇羟基）。这些羟基的存在，可以使纤维素以生氧化、酯化、醚化、形成分子间氢键、吸水（与水形成氢键）、溶胀、以及接枝共聚等反应。而甙键的存在，温度适宜时，在酸性条件下，发生水解降解。纤维素对酸不稳定，对碱相对稳定，但

14、在高温下，纤维素也碱性降解。目前，用得较多的是纤维素的衍生物。1、羧甲基纤维素(Carboxy Methyl Cellulose ，CMC)应用用于混悬剂的助悬剂、乳剂的稳定剂、增稠剂、软膏和糊剂的基质，片剂的粘合剂、崩解剂，缓释材料、薄膜包衣材料。CMCNa与金属离子配位可以延迟片剂变色，也可作皮下或肌肉注射的混悬剂的助悬剂，以延长药效。但，CMCNa不宜于静脉注射。原因是沉着于组织内。CMCNa无毒，不被胃肠道消化吸收，内服吸收肠内水份而膨化，容积增大，刺激肠壁，作膨胀性通便药，在胃中微有中和胃酸作用，可作为粘膜溃疡保护剂。交联CMCNa的特点是：不溶于水而吸水性良好，可作片剂的崩解剂，并

15、能加速药物溶出。口服易糊化，老年人及儿童口服含CMCNa的固体剂有堵塞的危险，且作片剂的崩解剂性能不太好。钙盐CMCCa可取代钠盐，而且钙盐也适宜需要限制钠盐摄取的患者应用。CMCCa可做助悬剂、增稠剂、丸剂片剂的崩解剂、粘合剂、分散剂。CMC可做囊材。2、醋酸纤维素酞酸酯（邻苯二甲酸醋酸纤维素）（Cellulose Acetate Phthalte ，CAP ）应用胰酶能促进CAP消化，可作为优良的肠溶包衣材料。在药剂中用作微囊囊膜材料、缓释材料，用于肠溶性包衣缓释制剂、多层缓释片、缓释微囊的制造。作为衣材料，使用量为片芯重量的0.50.9%。3、羟丙基甲基纤维素（Hydtoxy Propy

16、l Methyl Cellulose ，HPMC ）应用HPMC安全无毒，口服不吸收，不增加食物的热量，可用作薄膜包衣材料和成膜材料，片剂粘合剂、滴眼剂的增稠剂，保护胶体，乳剂和混悬剂的稳定剂，用作阻滞剂、控释剂、致孔道剂和助悬剂。例如，萘普生骨架缓释片中以HPMC为骨架材料含49%。HPMC为亲水凝胶骨架材料，遇水或消化液骨架膨胀，形成凝胶屏障，控制药物溶出，调节HPMC与药物用量的比例，也可调节制剂的释药速度。4、羟丙基纤维素（Hydroxy Propyl cellulose ，HPC ）应用无毒，对皮肤无刺激，无致敏性，广泛用作粘合剂、成粒剂、薄膜包衣材料，高粘度型号能延缓片剂中药物的释

17、放，几种型号混用作长效制剂的骨架。在水中溶胀度大是它突出的特点，HPC本身粉末有很大的表面积和孔隙，加速吸湿速度，增加了溶胀性。用于片剂时易于崩解，同时粗糙结构与药物颗粒之间的较大镶嵌作用，使粘结强度增加，提高片剂硬度和光洁度。 LHPC的溶胀性随取代基的增加而增加，取代1%时溶胀度500%，取代15%时，溶胀度720%，而淀粉的溶胀度只有180%，微晶纤维素为135%。此外，还作为微囊包封的膜材、混悬剂的增稠剂、保护剂。（二）丙烯酸类（均聚物和共聚物）1、聚丙烯酸（Polyacylic acid ，PAA ）应用PAA和PAANa：主要用在软膏、霜剂等外用药剂及化妆品中作基质、作增稠剂、分散

18、剂、增粘剂，在食品中作保鲜剂、粘合剂。2、交联聚丙烯酸是一种吸水性树脂材料，在水中不溶，但能迅吸收自重数百倍的水而溶胀。吸水机理非一般毛细管现象，在交联的网状结构中，羧基仍可吸引水分子，产生很高的渗透压，结构内外的渗透压差和聚合物对水的亲和力，促使大量水迅速吸入。树脂网状结构的孔径、交联度、交联链链长、树脂粒度等均影响吸水能力。主要用于外用软膏和乳膏的水性基质。 3、丙烯酸树脂即甲基丙烯酸（酯）共聚物。是甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸等单体按不同比例共聚而成的一大类聚合物。应用：丙烯酸树脂是一类安全、无毒的药用高分子材料，动物口服半致死量LD50为628g/kg（小鼠、大鼠、狗）动物慢性毒

19、性试验也未发现组织及器官的毒性反应。主要用于片剂、丸剂、硬胶囊的薄膜包衣材料，肠溶号与其它高分子材料合用可达缓释的目的。肠溶号 用于胶囊剂、膜剂的制备，以调节药物的释放部位和释放速度。肠溶号 ，还可用于微囊的制备，以调节药物的释放速度，主要优点是成膜性好，膜致密有韧性，能抗潮，包衣时间短，操作简便，无粉尘，常与号 混用。胃溶号，主要用于易受胃酸破坏或胃刺激性较大的药物的包衣，也可作为防水隔离层使用。渗透型树脂主要用于控制药物释放速度，胃崩型树脂也能控制药物释放速度。胃溶号，主要用于易受胃酸破坏或胃刺激性较大的药物的包衣，也可作为防水隔离层使用。渗透型树脂主要用于控制药物释放速度，胃崩型树脂也能

20、控制药物释放速度。（二）乙烯类1、聚乙烯醇（Polyvinyl alcohol，PVA）由聚醋酸乙烯在碱催化下醇解制得。而不是由单体直接聚合而成。应用PVA是一种很好的水溶性膜剂材料；有增溶、乳化作用；化妆品中作增稠剂、增粘剂，在皮肤、毛发表面可成膜；用于亲水凝胶骨架材料；用于PVA微球的制备。2、聚维酮Povidone， polyvinyl pyrrolidone（PVP）PVP应用液体药剂中，PVP浓度10%以上时有明显的助悬、增稠效果和胶体保护作用。也用为分散剂、助溶剂、前体药物制剂载体、成膜材料、包衣材料、缓释骨架材料等。以1025%的PVP溶液分散溶解青霉素、可的松、普鲁卡因、胰岛素

21、等药物，使得在体内缓慢释药，延长药效。（四）其它1、聚乙二醇（ Polyethylene glycol，PEG）应用根据分子量大小不同用途不同。中美英国家药典均有收载。低分子量PEG的应用：作溶剂、助溶剂、乳剂的稳定剂等。中等分子量：用作水溶性软膏基质和栓剂基质。高分子量的应用：可增加低分子量液态PEG的粘度和成固性。采用热共熔法制备一些难溶性药物的低共熔物，以加速药物的溶解和吸收。较高分子量（4000，6000）的PEG的应用：良好的包衣材料、膜材和囊材，增塑剂、润滑剂和滴丸基质。2、聚乳酸（PolyLactic Acid ，PLA）应用PLA是目前研究最多的可生物降解的材料之一。用作医用手

22、术缝合线以及注射用微囊、微球、埋植剂等制剂的材料。聚乳酸水解降解的最终产物是水和CO2，中间产物乳酸也是体内的正常糖代谢产物。故PLA无毒、无刺激并具有很好的生物相容性。3、环糊精（ Cylodextrin，CYD）环糊精的应用：在药剂中用作包合物。能被环糊精包合的物质范围很广：稀有气体，卤素等无机化合物和许多有机化合物及其它药物。各种物质被子包合后，（1）可增加药物的稳定性；（2）溶解度；（3）降低药物的刺激性、毒副作用、掩盖苦味；（4）提高药物的生物利用度。（四）具体应用1、固体分散体是指药物（难溶）高度分散于载体中，形成一种以固体形式存在的分散系统。特点是利用不同性质的载体使药物在高度分

23、散状态下，达到不同要求的用药目的。主要缺点是：药物的分散状态稳定性不高，久贮地老化。分类（按药剂学释药性能）：速释型固体分散体、缓释型固体分散体、定位释药型固体分散体。2、包合物通过包合技术形成一类独特形式的络合物称为包合物。是一种分子的空间结构中全部或部分包入另一种分子而成的。具有包合作用的外层分子称为主分子（host molecule），被包合到主分子空间中的小分子物质称为客分子（guest molecule或enclosed molecule）。包合物又称为分子胶囊。按结构和性质分类：多分子包合物、单分子包合物和大分子包合物。按几何形状分类：管状包合物、笼状包合物和层状包合物3、靶向靶向

24、制剂也称为靶向给药系统（targeting drug system，TDS）是指载体将药物通过局部给药或全身血液循环而选择性地浓集定位于靶组织、靶器官、靶细胞或靶细胞内结构的给药系统。药物载体有：微囊、微球、脂质体、乳剂等。脂质体（liposomes）作为药物载体最突出的特征就是靶向性。结构特点脂质双层封闭泡囊。乳剂的靶向性特点在于对淋巴的亲和性。水溶性药物制成W/O及W/O/W型复乳，经过肌内或皮下注射后浓集一淋巴系统。常用乳化剂包括：天然的、合成的、固体的乳化剂天然乳化剂：阿拉伯胶、大豆磷脂及卵磷化、胆固醇、纤维素衍生物、明胶等。天然乳化剂由于亲水性强，能形成O/W型乳剂，多数粘度较大，能增加乳剂的稳定性，使用这类乳化剂时，需加防腐剂。合成乳化剂：离子型和非离子