21世纪的新材料

21世纪的新材料——有机（生化）纳米材料简介保定市华宇新型电于材料有限公司当集成电路代替电子管和半导体晶体管的初期，1959年诺贝尔物理奖获得者Feynman在美国加州理工学院召开的美国物理年会上预言：如果人们可以在更小尺度上制造并控制材料的性质，将会打开一个崭新的世界。这一预言在20世纪70年代之后是科学家把集成电路向大规模集成电路、超大规模集成电路发展到更高阶段。人类最终实现了洲际导弹、宇宙飞船和登上月球。为了把人造卫星发射到0环绕地球最近的轨道，一克重量的物体需要7公斤的燃料。没有大规模集成电路、超大规模集成电路的研制成功，”上天”是一句空话。21世纪是信息时代，也可以说是生化时代。最近有位英国科学家预言21世纪人类寿命将到120岁，更有科学家说，ZI世纪人将活到150岁......就国外资料有关有机（生化）纳米材料的研究和发展情况看，英国科学家最近预言人活120、150岁是有一定根据的。一、 有机（生化）纳米材料最重要的应用就是医药材料几乎包括所有生化药品，如抗癌药、抗心血管病药、抗艾滋病和糖尿病药，特别是改变遗传因子基因药DNA的研究。无论作为靶向药或控释剂的高分子微粒，粒径大小及分布对施药方式及疗效都有很大的影响。对于治疗栓塞性微粒药，一般要求粒径较大，大约30-80微米之间，根据毛细血管的管径来选择栓塞微粒药有大小，从而决定到达肿瘤的位置。例如作为靶向药的高分子微粒，其粒径大小不同，靶向作用的部位也不同。直径大于12微米的微粒用于动脉栓塞注射后，产生一级靶向至肝和肾，发挥了药的作用；粒径在0.1-2微米微粒，注射后很快被肝内网状内皮细胞系统所吞噬，之后到达肝内壁的星形细胞，达到三级靶向；粒径在3-12微米的微粒，可被肺摄取浓集于肺部；呼吸器官疾病施药，必须以小于3微米的微粒（气溶胶）吸入；粒径小于0.05微米的微粒，能穿过肝脏内皮或通过淋巴传递到达脾和骨髓，也可能到达肿瘤组织;聚乳酸及其一些共聚物（PELA，PLA-CL，PLGA等）作为可生物降解的高分子材料具有良好的生物相容性，其降解物在体内被代谢不残留。作为控释剂的聚乳酸的药效时间，药学家经过实验最长已经达到200天，一般也可以到1〜2个月。纳米生化材料是最有前景的应用是基因药的开发。由于超临界高压状态的细胞有”变软”的特性，以及纳米生化材料微小易渗透特征。从而能使医药家有能免改变细胞基因的可能性。<BR<p>英国理论物理学家斯蒂芬•霍金是继爱因斯坦之后最杰出的物理学家。他预测：未来一千年人类有可对DNA基因重新设计。为了设计DNA基因，生化纳米材料是必须具备的医药材料基础。纳米生化材料在医药领域中其他应用还有如人造皮肤和血管、以及实现人工移植动物器官的可能。二、 纳米聚合物用于制造高强度重量比的泡沫材料、透明绝缘材料（V0.05微米空隙）、激光掺杂的透明泡沫材料、高强纤维、高表面吸附剂、离子交换树脂、过滤器、凝胶和多孔电极等。三、 纳米催化剂纳米催化剂使催化剂的性能大大提高，有机合成的产品产率将大为提高；纳米炸药、高能燃料硝基胍、TNT...），将使炸药威力提高千百倍；纳米色谱载体（PS等）将使分析精度大为改善。四、 纳米日用化工纳米日用化工和化妆品、纳米色素、纳米涂料、纳米感光胶片、纳米精细化工材料（PMMA）等将把我们带到五彩缤纷的世界。五、 超导材料（铍、铜、钇）高温超导是现代高科技，而高温超导铍、铜、钇材料有"123"相和"211"相前驱体统一计划和粒度是铍、铜、钇超导材料的关键。六、推广前景和效益由于高科技产品的开发，超临界纳米材料产品很受欢迎，外商更感兴趣。因该产品开发市场范围广，技术含量高，销路较好，利润显蓍，市场前景好。成果扩大以后，能创造更好的经济效益和社会效益。药物加工过程中的粉体问题朱世斌（国家药品监督管理局培训中心）王玉琪（中国药学会）影响药物疗效的因素化学结构--是前提，关键因素，但不是唯一因素.青霉素类、磺胺类、喳诺酮类、水杨酸类中药（青蒿素、黄连素、麻黄素）药物制剂--是非常重要的因素，给药途径不同，疗效差别很大.<BR<p>（大输液、冻干粉针、注射液、滴眼剂、滴鼻剂、栓剂、膜剂、口服液、片剂、胶囊），制剂质量对疗效影响很大（处方合理性、主药含量、辅料性能溶出度、生物利用度）生理因素--个体因素。性别、年龄、体质、饮食、服药方法药物制剂发展阶段药剂学（Pharmaceutics）是研究药物剂型配制理论、生产技术、质量控制、合理应用以及充分发挥药物疗效等内容的综合性技术科学。药剂学发展的四个阶段第一阶段：普通剂型（ORDINARYDRUG）普通的丸剂、片剂、胶囊剂和注射剂等。其中口服制剂只限于崩解度试验水平：第二阶段：缓释制剂和前体药物（SustainedofExtendedReleasePreparation，Prodrug）在普通剂型基础上增加了溶出度试验：第三阶段：控释制剂给药系统（ControlledReleaseDrugDeliverySystem,CRDDS）再增加生物利用度试验（血药浓度测定）。使药物能定时、定量释放，疗效高，副作用小，使用方便。口服或局部用药可以代替静脉滴注给药；第四阶段：靶向给药系统（TargetDeliverySystem,TDS）让药物能定时、定速、定量、定向集中于病灶（靶部位），不伤害其它健康组织，真正实现高效低毒或无毒。药物加工过程化学会成生化提纯细菌发酵--原料药--药物制剂（GMP）中药材<BR<p>生物工程粉体对药物制剂的影响粉体学（Micromeritics）的概念固体细小粒子的集合体。包括药剂学中粒径较小的粉末和粒径较大的颗粒，（0.1um〜mm）。粉粒的理化特性对药物制剂工艺及质量有明显影响，是药剂学重要基础知识之一。粉体学研究预域粉体学是定量地研究粉体性质的科学。粉体学应用于制剂工业已有40年的历史，目前已成为制剂，特别是固体制剂研究和生产的重要理论和手段，对保证产品质量和生产过程控制起重要作用。粉体的性质1粒子大小与粒度分布组成粉体的粒子大小，对粉体的性质有重要影响，粒子大小可用粒径表示。（定方向径、等价径、有效径、平均粒径）粒子大小不同，使粉体相对密度和流动性差异很大。所以，粒度分布也是粉体的重要基本性质。2粒子形态常用的定量的描述方法有均匀度、形态系数等。3粒子的比表面积粉体的表面积常用单位重量的表面积表示。粉体的比表面积是其重要的基本性质，对粉体的吸附作用，溶解速率等都有重要影响。4粉体的密度和孔隙率5粉体的流动性6粉体的润湿性粉体学在药剂学中的应用粉体的理化特性对制剂工艺的影响对混合均匀性有影响（粗细、密度、形态）对分剂量准确性有影响（堆密度、流动性、粗细），，对可压性有影响（结晶形态、颗粒大小、粒度分布）粉体的理化特性对制剂有效性的影响难溶性药物的溶解与比表面积有关，粒子小比表面积大，溶解性能好，疗效好。药物的溶出性还与其可湿性有关，疏水性较强的药物在减少粒径同时还应改善其可湿性。缓释制剂控制粒子大小可以控制表面积大，粒子大，表面积小，药物吸收减慢，药效可以延长。粉体的理化特性对制剂稳定性的影响混悬液（如硫酸钡造影剂）属于动力学不稳定体系，在放置中微粒易下沉，下沉的速度与粒径平方成正比，常用减小粒径的方法来增加混悬液的动力学稳定性。粒度分布的均匀性也影响混悬液的稳定性，粒子均匀可防止结块。粉末气雾剂应防止粒子凝聚。粉体的理化特性对制剂安全性的影响＜BR＜p＞静脉注射混悬液粒子应在1pm以下，否则引起微血管栓塞：肌肉注射混悬液粒子应在10pm以下：混悬型滴眼剂（醋酸可的松）粒子应在10pm以下；治疗指数低的药物粒径减小后，药物的毒副作用也将增大。药物微粉化的方法粉体的形成有两条途径：一是从大块固体粉碎：二是从分子或离子凝聚具体方法有：机械粉碎法：高速粉碎机、胶体磨、气流粉碎机物理化学法：快速冻干法、喷雾干燥法、微粒结晶法、溶剂化物法、固体分散法。【例一】气流粉碎机对药物的微粉化华东理工大学开发了符合GMP的JGM-Y系列药用扁平式气流粉碎机，从1992年起，对尿素、碳酸氢钠、丙硫咪唑、硫糖铝、SMZ、普鲁卡因青霉素、大观霉素、环丙氯地酮、珍珠粉、何首乌、当归、益母草、花粉等药品的粉碎。几种药物经气流粉碎前后对照表品名原料（目）粉碎后效果大观霉素40〜2005〜15Um^m（最大不超过25呻）细度与药效与美国普强公司一样普鲁卡因青霉素125^m（最大不超过20pm）符合国内外药典珍珠超细粉120〜3002pm以下增加人体吸收花粉破壁粉碎类球状类片状颗粒变轻【例二】速尿缓释骨架片的制备处方：成分用量（g）速尿25.0TYIS25.0PEG60005.0硬脂酸镁0.5硅胶2000.2微孔聚丙烯44.3制法：将上述各组分分别粉碎，粒径小于200pm,混合均匀后压成片剂。药片直径12mm，片形双凸片，片重224.6士3.6mg。体外溶出速率测定：于PH6.8磷酸盐缓冲液中8小时释放93.6%。现代给药系统中粉体技术的应用用于制备水不溶性药物注射剂传统的解决方法：一是用有机溶剂使药物溶解：二是用超出其物理性质范围外pH值的溶液使之溶解；三是用增溶剂增加药物溶解度。现代给药系统有一种解泱办法是将药物制成超微球。超微球是一种固体颗粒，大小从50纳米到几微米不等。它是将药物溶解，再将其制成囊状物或包在聚合物基质中。【例三】用于蛋白质疗法的Prolease微球系统Prolease微球系统是由一种干粉组成的生物降解聚合微球，在一种聚合体基质中含有一种蛋白质。用于治疗许多迄今为止尚不能治愈的病症（丙型肝炎、多发性硬化症、内分泌失调和各种癌症）。Prolease微球系统的制作过程是由以下几个步骤组成的：1用稳定的赋形剂通过喷雾冷冻干燥药物溶液，从大量的蛋白质中制备冷冻干燥过的蛋白质颗粒；2经超声波处理制成匀浆以减小药物颗粒体积，制备一种药物--聚合物（PLG）悬浮液；3在液态氮中雾化，产生冷冻的药物--聚合物微球；4用乙醇提取聚合物的溶剂：5过滤和真空干燥以生产最终的干粉产品。胰岛素口服给药系统胰岛素口服要解决胃内酸降解、胃肠内酶水解、穿透胃肠粘膜及肝脏首过作用四个问题。胰岛素普通制剂直接口服后，吸收只有l%。因此，口服给药的关键是如何提高生物利用度。l纳米囊Damge将胰岛素制成聚氨基丙烯酸异丁酯纳米囊，以25〜100国际单位/公斤为计量，降糖效果可持续6〜8天。2微球制剂Morishita等将胰岛素用EudfapitL100制成微球制剂，口服有效率为3.6%。3粉末吸入剂将胰岛素制成粉末吸入剂，用于肺部给药已取得重大进展。国外已进入1期与2期临床，这是胰岛素非注射途径最具实用价值的给药剂型与途径。纳米药物制剂纳米材料是晶粒尺寸小于100nm（纳米）的单晶体或多晶体，具有独特的小尺寸效应和一须或界面效应等，因而表现出许多优异的性能和全新的功能，在药学领域有着广泛的应用前景.固体药物的超微粉碎--纳米技术有机药物经超微粉碎可提高其生物利用度、制剂的均匀性、分散性和吸收性。通过等离子技术制得的”纳米钙”作为补钙剂已在国内使用。有机药物采用机械方法纳米化尚不多见。一种喷气对撞式粉碎机采用二路以超声速度喷射固体粉末,对撞后可产生二倍于音速的撞击力，以达到超微粉碎的目的，使粉末粒度达到纳米.<BR<p>最近，美国科研人员利用〃纳米药物制剂〃的新工艺，将水溶性不高或难溶药物的分子加工成纳米颗粒，从而大大提高某些药物的生物利用度。如高效价的’阿酶素〃注射剂（Doxid）、〃克霉唑〃制剂、〃戊聚糖多硫酸酯〃、〃阿糖胞苷〃；用于器官