生物醫(yī)用材料課件

第1章生物醫(yī)用材料發(fā)展概況1.1發(fā)展概況生物醫(yī)用材料(biomedicalmaterials)

生物材料(biomaterials)： 定義：它是對(duì)生物體進(jìn)行診斷、治療和置換損壞的組織、器官或增進(jìn)其功能的材料。發(fā)展概況：

20世紀(jì)中后期---高分子材料迅猛發(fā)展，推動(dòng)了生物醫(yī)用材料的發(fā)展，例如：透析膜、人工心臟材料、血管植入物、縫合線(xiàn)等。20世紀(jì)80年代后---組織工程產(chǎn)生：在材料結(jié)構(gòu)及功能設(shè)計(jì)中引入生物支架--活性細(xì)胞，構(gòu)建所希望的生物材料。---藥物緩釋材料、靶向藥物以及智能仿生材料的出現(xiàn)公元前5000年---人工牙植入口腔頜骨來(lái)修復(fù)失牙。1.2生物醫(yī)用材料分類(lèi)

按材料組成和性質(zhì)：

醫(yī)用高分子材料

生物陶瓷材料

醫(yī)用金屬材料

生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料按用途:骨骼-肌肉系統(tǒng)修復(fù)和替換材料：骨、牙、關(guān)節(jié)、肌腱等軟組織材料：皮膚、乳房、食道、呼吸道、膀胱等心血管系統(tǒng)材料：人工心瓣膜、血管、心血管內(nèi)插管等醫(yī)用膜材料：血液凈化膜、分離膜、角膜接觸鏡等組織粘合劑和縫線(xiàn)材料臨床診斷及生物傳感器材料齒科材料藥物釋放載體材料按生物化學(xué)反應(yīng)性：可生物降解和吸收材料（如：聚乳酸）惰性生物醫(yī)學(xué)材料生物活性材料（如：聚四氟乙烯）（如：羥基磷灰石）第2章藥物釋放載體材料2.1簡(jiǎn)介

優(yōu)點(diǎn)：藥物在血液中保持對(duì)疾病治療所需的最低濃度，保持血藥濃度恒定，避免了偏高時(shí)藥物中毒、偏低時(shí)治療無(wú)效的問(wèn)題。控制釋放：藥物以恒定速度、在一定時(shí)間內(nèi)從材料中釋放的過(guò)程。

理想藥物釋放體系具備以下功能：藥物控制釋放功能，使血藥濃度維持在所需范圍內(nèi)藥物靶向釋放功能，使藥物只輸送到治療目標(biāo)部位用藥量少毒副作用小服用方便，易于被患者接受在通常環(huán)境下具有一定化學(xué)和物理穩(wěn)定性藥物釋放體系發(fā)展概況：

20世紀(jì)50年代前，傳統(tǒng)型藥物制劑

50年代起，緩釋型藥物制劑（DSRP）

70年代起，控釋型藥物制劑（CRP）

80年代起，靶向型藥物制劑（TDDS）及智能型藥物制劑（IDDS或SDDS）2.2藥物釋放載體藥物釋放載體藥物釋放體系重要組成部分影響藥效的主要因素天然合成有機(jī)材料無(wú)機(jī)材料高分子材料有機(jī)材料無(wú)機(jī)材料高分子材料復(fù)合材料生物降解性和非生物降解性材料目前藥物載體大多是生物降解性高分子或高分子復(fù)合材料藥物釋放載體

必須具備以下條件：具有生物相容性和生物降解性降解產(chǎn)物必須無(wú)毒和不發(fā)生炎癥反應(yīng)高分子的降解必須發(fā)生在一個(gè)合理的期間具有可加工性、可消毒性、良好的力學(xué)性能2.3高分子藥物載體天然高分子：明膠、膠原、環(huán)糊精、纖維素、 殼聚糖等改性天然高分子：例如：甲醛交聯(lián)明膠進(jìn)行化 學(xué)和酶改性合成高分子：聚硅氧烷橡膠、聚酯、聚酸酐、 聚氨酯、聚苯乙烯等生物降解性高分子：聚酯、聚酸酐、聚酰胺等高分子載體

合成高分子材料正逐漸取代天然高分子材料天然及合成高分子材料對(duì)比天然高分子材料優(yōu)點(diǎn)：生物相容性好，無(wú)毒副作用缺點(diǎn)：力學(xué)性能較差，藥物釋放速度不可調(diào)控合成高分子材料優(yōu)點(diǎn)：力學(xué)性能更好、更全面，藥物釋放速度可通過(guò)調(diào)節(jié)高分子載體材料的降解速度來(lái)控制，易于對(duì)載體進(jìn)行修飾缺點(diǎn)：需要選擇生物相容性好且毒副作用小的載體，這類(lèi)載體材料的選擇范圍較窄2.4天然生物降解材料1）I型膠原來(lái)源：哺乳動(dòng)物體內(nèi)結(jié)締組織，構(gòu)成人體約30%的蛋白質(zhì)，共14種，I型最豐富且性能優(yōu)良。結(jié)構(gòu)：三股螺旋多肽，每一個(gè)鏈有1050個(gè)氨基酸，一級(jí)結(jié)構(gòu)富有脯氨酸和羥脯氨酸，第三個(gè)總是甘氨酸，結(jié)構(gòu)有序.規(guī)整的螺旋結(jié)構(gòu)--免疫原性較溫和;體外可形成較大的有序結(jié)構(gòu)--強(qiáng)度良好的纖維;物理或化學(xué)交聯(lián)--提高強(qiáng)度且延長(zhǎng)了降解時(shí)間；可提供細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、增殖、代謝的一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)性能：用途：膠原分子可以作為組織修復(fù)的支架材料;可作為藥物控釋載體References(from):

1)BryanJeun;HyukjinLee;SaurabhAggarwal;HailinWang;QiangLi;SukyeonHwang.

“ApplicationofCollageninDrugDelivery”2)“Recombinantcollagenandgelatinfordrugdelivery”JournalMetadataSearch:Elsevier-AdvancedDrugDeliveryReviews①成纖維細(xì)胞在膠原上生長(zhǎng)時(shí)，代謝和形態(tài)與其在體內(nèi)生長(zhǎng)極為相似.Yannas等人首先用膠原--硫酸軟骨素多孔交聯(lián)的支架成功制得人工皮膚，能治療嚴(yán)重?zé)齻牟∪?。作為眼藥水的膠原保護(hù)層，可防止藥物角膜前流失舉例：結(jié)構(gòu)：

由雙糖重復(fù)單位聚合成高分子直鏈的雜多糖，一般包括一個(gè)醛酸部分（己糖醛酸）和一個(gè)胺基糖部分（N-乙酰氨基己糖),

主要成分為透明質(zhì)酸。2)氨基葡聚糖來(lái)源：

植物中

易于進(jìn)行化學(xué)修飾，無(wú)免疫原性，不產(chǎn)生炎癥或免疫排斥反應(yīng)，但強(qiáng)度和穩(wěn)定性較差。①組織修復(fù)材料（尚有爭(zhēng)論）②醫(yī)療裝置（較硬的骨架）用途：性能：3）殼聚糖(chitosan)結(jié)構(gòu)：以?-1，4鍵合的多糖，氨基帶有正電荷

來(lái)源：節(jié)足動(dòng)物的甲殼和細(xì)菌細(xì)胞壁中，產(chǎn)量豐富，價(jià)格低廉性能：⑴無(wú)免疫原性--很好的植入材料⑵可進(jìn)行化學(xué)修飾--強(qiáng)度不同的纖維材料⑶可進(jìn)行交聯(lián)--凝膠材料⑷利用帶電性能可以調(diào)控物理和化學(xué)性質(zhì)用途：⒈藥物釋放包埋材料⒉膜屏蔽材料⒊接觸鏡⒋細(xì)胞培養(yǎng)抗凝劑及血液抗凝劑作為藥物釋放材料的文獻(xiàn)報(bào)道：ChandyT,RaoGH,WilsonRF,DasGS,“DevelopmentofPoly(lacticacid)/ChitosanCo-matrixMicrospheres:ControlledReleaseofTaxol-HeparinforPreventingRestenosis”,DrugDelivery,2001,8(2),77-86RisbudMV,BhondeRR,“Polyacrylamide-ChitosanHydrogels:inVitroBiocompatibilityandSustainedAntibioticReleaseStudies”,DrugDelivery,2000,7(2),69-754）聚羥基烷基酸酯(polyhydroxyalkanoates)來(lái)源：由微生物制成，分子量由一萬(wàn)到十幾萬(wàn)，研究最多的是聚?-羥基丁酸酯（PHB）結(jié)構(gòu)：性能：均聚物高度結(jié)晶性、脆、憎水性低毒、可在體內(nèi)降解成D-3羥基丁酸（人體血液成分）可進(jìn)行共聚改性用途：⒈藥物控釋⒉縫合線(xiàn)⒊人工皮膚舉例：聚羥基丁酸與30%羥基戊酸共聚，商品名為:Biopol.材料由原來(lái)的高結(jié)晶度、脆、憎水，變?yōu)榻Y(jié)晶度低、柔順、易于加工的醫(yī)用材料.2.5.1羧甲基纖維素鈉(Sodiumcarboxymethylcellulose,SCMC)來(lái)源:

纖維素的羥基羧甲基醚化的產(chǎn)物2.5人工半合成高分子材料結(jié)構(gòu):性質(zhì):

陰離子型高分子電解質(zhì),溶于水成粘稠溶液,加熱會(huì)成果凍.

用途:常與明膠配合作復(fù)合囊材(1-5g/LSCMS和30g/L明膠按體積比2:1混合),用于口服腸道靶向藥劑.2.5.2鄰苯二甲酸醋酸纖維素(Celluloseacetatephthalate,CAP)結(jié)構(gòu)：來(lái)源:

纖維素部分羥基乙酸酯化,再用鄰苯二甲酸酯化性質(zhì):

強(qiáng)酸中不溶解，可溶于pH>6的水溶液，分子中含有游離羧基，其相對(duì)含量決定其水溶液的pH值及能溶解CAP的溶液最低pH。用途：可單獨(dú)作為囊材使用，用量一般在30g/L，也可以與明膠配合使用。2.5.3甲基、乙基纖維素（MC、EC）結(jié)構(gòu)：性質(zhì)：化學(xué)穩(wěn)定性高，不溶于水、甘油和丙醇，可溶于乙醇，遇強(qiáng)酸易水解。用途：適用于多種藥物的微囊化載體，但對(duì)強(qiáng)酸性藥物不適合。2.5.4羥丙甲纖維素(HPMC)：結(jié)構(gòu)：性質(zhì)：穩(wěn)定性高，能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，有表面活性，能溶于冷水成為黏性膠體溶液用途：⒈藥物賦型劑和包衣⒉微囊和微球及納米粒的載體2.5合成生物降解材料2.5.1聚羥基乙酸均聚物

合成方程式:結(jié)構(gòu)式:特點(diǎn):⑴結(jié)晶性高,40%-50%結(jié)晶度⑵熔點(diǎn)高,225℃⑶不溶于有機(jī)溶劑,只溶于六氟異丙醇強(qiáng)溶劑中用途: ⑴可做內(nèi)植骨釘,如商品名為Biofix的產(chǎn)品.⑵可做縫線(xiàn),如商品名為Dexon的產(chǎn)品

(3)因結(jié)晶度高,難溶性,均聚物不適合做藥物 控釋載體2.5.2聚乳酸均聚物合成方程式:結(jié)構(gòu)式:

PLA有兩種光學(xué)異構(gòu)體，可形成四種不同構(gòu)型的聚合物：特點(diǎn):D-PLAL-PLADL-PLA（外消旋）DL-PLA（內(nèi)消旋）半結(jié)晶聚合物，熔點(diǎn)：185oC，強(qiáng)度高，降解吸收時(shí)間長(zhǎng)（3~3.5年），適用于承載裝置，制作內(nèi)植骨固定裝置。無(wú)定形聚合物，Tg約為65oC，降解和吸收速度較快（3～6月），主要作藥物控釋載體和軟組織修復(fù)材料。L-PLA：DL-PLA：用途：⒈胰島素的聚乳酸雙層緩釋片⒉慶大霉素的聚乳酸圓柱體⒊激素左炔諾酮的空心聚乳酸纖維劑等2.5.3聚羥基乙酸和聚乳酸的改性二嵌段共聚物：

PEG-PGA；PEG-PLA三嵌段共聚物：

PGA-PEG-PGA；PLA-PEG-PLA親水性和降解性可調(diào)控1）親水性共聚物：⒈多肽和蛋白質(zhì)藥物控制釋放與血液接觸的表面和組織粘合劑⒉智能控釋體系如：商品名為垂普啉（Tryplin)

PLGA包載促黃體激素（LHRH）治療乳腺癌和前列腺癌，1針/月，6-10針即可完全抑制癌的發(fā)展。日本和美國(guó)年產(chǎn)值10億美元用途：2）聚合物合金

可提高產(chǎn)品的力學(xué)強(qiáng)度和硬度及抗彎強(qiáng)度用途：作內(nèi)植骨固定裝置

如：L-PLA與聚富馬酸酯合金3）自增強(qiáng)復(fù)合材料

如：PGA纖維增強(qiáng)PGA板，抗彎強(qiáng)度可達(dá)到

300MPa2.5.4聚己內(nèi)酯（PCL）結(jié)構(gòu)式：高分子量的PCL制備方法同聚乳酸（開(kāi)環(huán)聚合）⒈P(pán)CL半結(jié)晶態(tài)聚合物,結(jié)晶度約為45%⒉超低玻璃化溫度(Tg=-62oC)

和低熔點(diǎn)(Tm=57oC)⒊良好的藥物通透性及熱穩(wěn)定性

(分解溫度=350oC)性質(zhì):用途:⒈用于可溶蝕的擴(kuò)散型控釋放裝置⒉降解吸收時(shí)間長(zhǎng)，用于長(zhǎng)效抗生育制劑⒊可制成微球、微膠囊、膜、纖維棒狀及納米粒子制劑⒋可與PLA、PEG等共聚賦予材料特殊性能馮新德院士首次合成PCL與DL-PLA的嵌段共聚物,當(dāng)組分比為CL:LA=60:40時(shí),達(dá)到穩(wěn)態(tài)零級(jí)釋放.如:

2.5.5聚酸酐如：二羧酸乙酸酐二酸酐預(yù)聚物

純化

真空

10～20萬(wàn)聚酸酐

結(jié)構(gòu)式：合成：熔融縮聚回流性質(zhì)：⑴高結(jié)晶度⑵芳香族聚酸酐是高熔點(diǎn)和難溶解聚合物⑶脂肪族聚酸酐熔點(diǎn)較低，能溶于大多數(shù)溶劑：二氯甲烷、氯仿等⑷脂肪族：芳香族=1：1時(shí)無(wú)定型態(tài)⑸共聚后熔點(diǎn)降低且溶解性改善⑹表面溶蝕降解機(jī)制(surfaceerodingdegradation)目前只有聚酸酐和聚原酸酯是表面熔蝕降解機(jī)制舉例：用雙-對(duì)羥基苯氧基丙烷和癸二酸反應(yīng)生成的聚酸酐制成含有卡氮芥（BCNU）的微球，治療致命性腦癌惡性膠質(zhì)瘤，已獲得美國(guó)FDA批準(zhǔn)。應(yīng)用：藥物控釋載體適用于大分子生物活性藥物。如：蛋白、多肽和DNA藥物2.5.6聚磷腈結(jié)構(gòu)式：合成方法：性質(zhì)：⒈水解后生成磷酸和銨鹽⒉調(diào)節(jié)不同側(cè)鏈基團(tuán)可得到性能不同的藥物控釋載體如：側(cè)鏈為溫度響應(yīng)或PH響應(yīng)的智能型水凝膠藥物體用途：可制備環(huán)境響應(yīng)性藥物釋放裝置2.5.7氨基酸類(lèi)聚合物Ⅰ聚氨基酸Ⅱ假性聚氨基酸Ⅲ氨基酸-非氨基酸共聚物氨基酸類(lèi)聚合物分為三類(lèi)：Ⅰ聚氨基酸優(yōu)越性：可降解生成簡(jiǎn)單的α-氨基酸缺點(diǎn)：成本高，除聚谷氨酸外，其他聚氨基酸難溶于水或常規(guī)有機(jī)溶劑。如：⒈1968年Miganae等人合成了聚谷氨酸纖維（外科縫線(xiàn)）天然多肽序列聚氨基酸。熱-機(jī)械，電-機(jī)械和化學(xué)-機(jī)械之間的能量轉(zhuǎn)換功能和逆相轉(zhuǎn)變。肌肉骨骼的修復(fù)裝置，眼科裝置，機(jī)械或電感應(yīng)式藥物控釋裝置。

應(yīng)用：⒉美國(guó)Urry公司合成的頡-脯-甘-頡-甘(VPGVG)為重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的氨基酸，成膜交聯(lián)后有如下性能：Ⅱ假性聚氨基酸

用非酰胺鍵選擇性地取代傳統(tǒng)的酰胺鍵生成類(lèi)似聚氨基酸的聚合物，如：羧酸酯鍵、碳酸酯鍵、脲鍵等。定義：優(yōu)勢(shì)：⒈可明顯改善其物理、化學(xué)和生物學(xué)性能⒉保留了傳統(tǒng)聚氨基酸的無(wú)毒和生物相容性⒊合成時(shí)不需要昂貴的N-羧酸酐，成本大大降低編號(hào)聚合物性質(zhì)用途1聚N-?；?4-羥基脯氨酸酯(pal-Hyp.ester)/藥物控釋制劑和骨植入裝置

2聚N-?；?L-色氨酸酯

/3聚氨酸-亞胺碳酸酯(DTH亞胺碳酸酯)無(wú)定型態(tài)，溶于非極性溶劑(己烷),分子量10萬(wàn)時(shí)，抗張強(qiáng)度34～40MPa脆性，降解速度快,藥物控釋制劑4聚氨酸-碳酸酯(DTH碳酸酯)柔韌性，降解速度慢，長(zhǎng)效控釋制劑表2-3新型假性聚氨基酸Ⅲ氨基酸與非氨基酸共聚物如：PEG-聚天門(mén)冬氨酸

(由不溶→水溶性膠囊)PEG-聚賴(lài)氨酸(不在臟器中積蓄)優(yōu)勢(shì)：改善溶解性、力學(xué)性能、親水性；更具有可修飾性2.6水溶性高分子

典型的PEG：可同其它聚合物共混、共聚等來(lái)改善聚合物材料的親水性及血液相容性其它：殼聚糖、明膠、聚L-谷氨酸等2.7智能型藥物載體殼聚糖:

含有-NH2基團(tuán)，經(jīng)過(guò)戊二醛或三聚磷酸鹽交聯(lián)后形成水凝膠。

PH＞7高分子鏈間（-NH2）有氫鍵生成并有疏水鏈相互作用力凝聚收縮，藥物包埋其中不釋放。

PH＜7高分子鏈上帶正電荷（-NH3

）高分子鏈互相排斥而溶脹于水中成凝膠狀，藥物通過(guò)擴(kuò)散釋放出。（1）對(duì)PH敏感的水凝膠藥物載體+高分子鏈上含有-COOH

PH＞7時(shí)，以-COO

存在，高分子鏈間相互排斥，以溶解或凝膠狀存在，藥物經(jīng)擴(kuò)散釋放出。PH＜7時(shí)，以-COOH

存在，高分子鏈?zhǔn)杷嗷プ饔眉版渻?nèi)氫鍵生成而凝聚收縮，藥物包括其中不釋放。聚α-甲基丙烯酸或聚α-乙基丙烯酸類(lèi)：—

LCST：LowerCriticalSolutionTemperature(線(xiàn)型)LowerCriticalSwollenTemperature(交聯(lián)型)（2）對(duì)溫度敏感的水凝膠藥物載體交聯(lián)型線(xiàn)型如：聚N-取代基丙烯酰胺類(lèi)Ref.:H.Y.Liu,X.X.Zhu,“LowercriticalsolutiontemperaturesofN-substitutedacrylamidecopolymersinaqueoussolutions”,Polymer,1990,40,6985-6990PolymersAbbrev.RR’LCST(℃)Poly(acrylamide)PAAHHSolublePoly(N,N-dimethylacrylamide)PDMAMeMeSolublePoly(N-ethylacrylamide)PEAHEt82Poly(N-isopropylamide)PIPAHiPr32Poly(N,N-diethylacrylamide)PDEAEtEt32~34Poly(N-tert-butylacrylamide)PTBAHtBuInsoluble表2-4聚N-取代基丙烯酰胺LCST值如：R.Langer等

微小磁球+藥物+乙烯-醋酸乙稀酯共聚物將胰島素等藥物包埋其中，磁場(chǎng)變化,聚合物內(nèi)部空隙變化提高藥物釋放速率飯前釋加磁場(chǎng)提高胰島素釋放量控制飯后血糖含量(3)磁性控制藥物釋放載體圖3-1磁性聚合物X-射線(xiàn)照片（4）微波及光敏控制釋放載體如：ZhangHaiqian等利用固相肽合成方法，將苯基偶氮苯基苯丙氨酸與RGD肽連接，得到光敏功能RGD肽。非天然氨基酸C端-RGD肽強(qiáng)結(jié)合力Hela細(xì)胞表面整合素RGD側(cè)鏈光敏基團(tuán)光致異構(gòu)化影響RGD肽與整合素的結(jié)合

靶向主動(dòng)靶向—

對(duì)表面進(jìn)行改性（配體等）被動(dòng)靶向—利用顆粒大小，表面性能差異2.8靶向藥物制劑2.8.1定義：(targeteddrugdeliverysystem)是能將藥物直接送達(dá)需藥目標(biāo)部位的藥物制劑。主動(dòng)靶向:

主要是設(shè)計(jì)新的生物活性分子，有效選擇特定的受體配體：抗體、酶、蛋白A、植物凝集素和糖①利用有識(shí)別能力的基因?qū)颍ㄖ鲃?dòng)靶向）2.8.2靶向藥物導(dǎo)向機(jī)制如：明膠干擾素復(fù)合物抗腫瘤效果＞單獨(dú)使用干擾素圖3-2藥物同配體的絡(luò)合及絡(luò)合物與目標(biāo)組織的結(jié)合

表2-5藥物（制劑）顆粒經(jīng)與其在體內(nèi)導(dǎo)向的關(guān)系顆粒粒徑在體內(nèi)的導(dǎo)向小于50um能穿過(guò)肝臟內(nèi)皮或通過(guò)淋巴傳導(dǎo)到脾和骨髓，也可達(dá)到腫瘤組織，最終到達(dá)肝0.1um～0.2um可被網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)巨噬細(xì)胞從血液中吸收，可通過(guò)靜脈、動(dòng)脈或腹腔注射1um是白細(xì)胞最易吞噬物質(zhì)的尺寸2um～12um可被毛細(xì)管網(wǎng)攝取，從靜脈注射7um～12um可被肺攝取，從靜脈注射大于12um阻滯在毛細(xì)管末端或停留在肝、胃及帶有腫瘤的器官中②利用藥物顆粒大小導(dǎo)向（被動(dòng)靶向）注射給藥是靶向藥物制劑的較好的給藥途徑如：將磁性鐵粉包裹到藥物制劑中優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，控制導(dǎo)向容易缺點(diǎn)：如何防止磁性物質(zhì)在體內(nèi)積累及不良反應(yīng)，制備難度較大。③利用磁性導(dǎo)向第三章藥物控制釋放機(jī)制1）擴(kuò)散控釋機(jī)制2）滲透泵控釋機(jī)制3）溶出控釋機(jī)制4）生物粘附控釋機(jī)制5）化學(xué)反應(yīng)控制機(jī)制6）膨脹控釋機(jī)制7）降解控釋機(jī)制1）擴(kuò)散控釋機(jī)制Dm=Doe(-E/RT)

Dm：擴(kuò)散系數(shù)Do：鎖固因子E：活化能R：常數(shù)T：溫度Dm與下列因素有關(guān)：高分子鏈長(zhǎng)、交聯(lián)度、密度、功能團(tuán)大小、填充劑含量、小分子擴(kuò)散等。圖3-1膜控釋制劑示意圖缺點(diǎn)：有崩解釋放危險(xiǎn)藥物載體：聚乙烯醋酸乙烯酯（EVA）：藥物的滲出速度

2）滲透泵控釋機(jī)制：K：透過(guò)速度常數(shù)A：藥物釋放面積L：藥物載體的厚度PS：飽和溶液滲透壓C：常數(shù)圖3-2微孔控制釋藥示意圖可通過(guò)加入NaCl、KCl、葡萄糖等提高滲透壓藥物載體：有機(jī)硅、聚乙烯醋酸乙烯酯、聚丙烯酸甲酯（PMAA）、聚丙烯酸（PAA）、纖維素衍生物等3）溶出控釋機(jī)制圖3-3基體式藥物釋放制劑KD：溶解速度常數(shù)；V：介質(zhì)體積；CS：飽和藥物濃度；C：瞬時(shí)藥物濃度藥物不會(huì)崩解釋放且簡(jiǎn)單但藥釋速度會(huì)隨時(shí)間而減小藥物載體：硅橡膠、聚乙烯醋酸乙烯酯、乙基纖維素、聚乙烯醇（PVA）、聚苯乙烯等優(yōu)點(diǎn)：4）生物粘附控釋機(jī)制藥物通過(guò)粘附在腦粘膜、胃壁、腸壁、鼻粘膜、皮膚等，粘附力隨高聚物的遇水(變粘)，靜電作用和結(jié)合于細(xì)胞表面部位的變化，可達(dá)到控制釋放效果。

經(jīng)皮釋放，皮膚的角質(zhì)層具有控制釋放功能24h～48h只讓5％～10％藥物得到釋放。如：5）化學(xué)反應(yīng)控制機(jī)制圖3-4高分子藥物示意圖特點(diǎn)：（1）高分子基體用量少（2）含藥量較高（80%）羥丙基纖維素、聚乙烯醇（PVA）、海藻酸鈉、甲基纖維素、聚丙烯酸等6）膨脹控釋機(jī)制（類(lèi)似于溶出控釋機(jī)制）藥物載體：7）降解控釋機(jī)制與高分子載體的降解機(jī)制和速度有關(guān)藥物載體：可降解性高分子材料特點(diǎn)：通過(guò)高分子材料的降解可控制藥物的釋放速度第四章納米藥物與制劑納米粒子（Nanoparticle）：也叫超微顆粒1～100nm粒子或微小結(jié)構(gòu)，處于原子簇和宏觀物體交界的過(guò)渡區(qū)域。性質(zhì)：表面效應(yīng)、小尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)4.1納米藥學(xué)的產(chǎn)生與發(fā)展新興交叉學(xué)科—納米醫(yī)學(xué)納米藥物：納米復(fù)合材料或納米組裝體系基本內(nèi)涵：以納米顆粒以及它們組成的納米絲、管、囊為基本單元在一維、二維和三維空間組裝排列或具有納米結(jié)構(gòu)的體系

美國(guó)、日本、德國(guó)---21世紀(jì)科研重點(diǎn)發(fā)展項(xiàng)目。美國(guó)近80％納米技術(shù)專(zhuān)利—與醫(yī)藥有關(guān)

美國(guó)FDA已批準(zhǔn)幾種抗癌納米藥物制劑進(jìn)入市場(chǎng)

如：阿酶素納米脂質(zhì)體制劑于2000年進(jìn)入市場(chǎng)。納米載藥系統(tǒng)—研究熱點(diǎn)（已有20年）“廣譜速效納米抗菌顆?！眲?chuàng)傷貼、潰瘍貼、燒燙傷敷料—進(jìn)入規(guī)?；a(chǎn)“納米中藥”技術(shù)已申請(qǐng)專(zhuān)利納米技術(shù)—醫(yī)學(xué)領(lǐng)域廣泛的應(yīng)用前景國(guó)內(nèi)：①納米載體尺寸小，可進(jìn)入毛細(xì)血管，胞飲方式吸收②納米載體比表面高——藥物增溶③延長(zhǎng)藥物半衰期④解決口服易水解藥物的給藥途徑⑤制備成靶向定位系統(tǒng)⑥消除生物屏障對(duì)藥物作用限制如：血腦屏障、血眼屏障、細(xì)胞生物膜屏障4.2納米載藥系統(tǒng)特點(diǎn):4.3納米藥物的種類(lèi)納米藥物納米載體藥物納米顆粒型單純藥物①較高的載藥量＞30％②較高的包封率＞80％③制備和純化方法簡(jiǎn)便，易于擴(kuò)大生產(chǎn)④載體材料可生物降解，低毒或無(wú)毒⑤適當(dāng)?shù)牧脚c粒形⑥較長(zhǎng)的體內(nèi)循環(huán)時(shí)間4.3.1理想的納米藥物應(yīng)該具備：①簡(jiǎn)單納米藥物—裸納米粒子適于口服、注射給藥途徑，提高吸收和靶向性。4.3.2納米藥物的分類(lèi)：②納米囊和納米球—納米粒粒徑＜100nm載體：PLA，PLGA，Chitosan，gelatin等，包載親水性或疏水性藥物。適于靜脈、肌肉、皮下注射緩控釋作用，以及非降解性材料制備的口服給藥。③納米脂質(zhì)體（liposome）粒徑～100nm，由磷脂及附加劑制備親脂部分：脂肪酸基親水部分：含羥基的含氮化合物

PEG表面修飾：延長(zhǎng)循環(huán)，立體穩(wěn)定。特點(diǎn)：適于靜脈注射，口服及透皮給藥途徑水溶性藥物脂溶性藥物磷脂雙分子層SLN：由多種類(lèi)脂材料（脂肪酸、脂肪醇及磷脂 等）形成的固體顆粒，又稱(chēng)類(lèi)脂納米粒。成分：脂類(lèi)（熔點(diǎn)高，常溫固態(tài)）乳化劑及共乳化劑水制備方法：高速熱勻漿法；高壓冷勻漿法溶劑乳化/蒸發(fā)法；微乳稀釋法④固體脂質(zhì)納米粒（SolidLipidNanoparticles,SLN）優(yōu)點(diǎn)：（1）性質(zhì)穩(wěn)定，制備簡(jiǎn)單，可進(jìn)行大規(guī)?；a(chǎn),具有一定緩釋作用。（2）適于難溶性藥物：如阿霉素和環(huán)孢霉素的包裹。（3）可靜脈注射或局部給藥，靶向定位，控釋作用。缺點(diǎn)：（1）載藥量低，貯存不穩(wěn)定，如：凝膠化、粒徑增大、藥物泄漏等）（2）存在多種膠體結(jié)構(gòu)（3）呈現(xiàn)爆發(fā)釋放模式⑤聚合物膠束嵌段或接枝聚合物（親水性—疏水性）自組裝形成納米膠束，增溶和包裹藥物。

如：PLA-PEG，以及殼聚糖衍生物等聚合物膠束。

特點(diǎn)：適合攜帶不同性質(zhì)藥物溫度控制PH控制磁性控制等⑥智能化納米藥物傳輸系統(tǒng)運(yùn)用納米技術(shù)制造粒徑＜100nm的中藥有效成分、有效部位、原藥及復(fù)方制劑。如：1998年，華中科技大學(xué)徐碧輝等發(fā)現(xiàn)：中藥牛黃加工至納米級(jí)水平時(shí)，具有驚人的理化性質(zhì)及療效，且具極強(qiáng)的靶向作用。⑦納米中藥中藥現(xiàn)代化技術(shù)4.4納米藥物膠囊材料及載體材料生物降解性和生物相容性性質(zhì)穩(wěn)定，無(wú)毒、無(wú)刺激性不影響藥理作用及含量合適的釋藥速率具有一定強(qiáng)度、穩(wěn)定性和可塑性可進(jìn)行化學(xué)修飾（1）要求：天然、半合成、人工合成高分子材料（同第三章）（2）包括：（3）舉例：天然高分子：海藻酸鹽、環(huán)糊精合成高分子：樹(shù)枝狀大分子（Dendrimer)4.4.1海藻酸鹽（Alginicacid）圖4-1海藻酸鈣凝膠粒的制備示意圖特點(diǎn)：

（1）能與二價(jià)金屬離子（Ca2+)形成配合物—

凝膠

（2）穩(wěn)定存在，很好的生物相容性和黏膜靶

向性

（3）制備方法溫和

（4）可通過(guò)pH控制釋放速度（同殼聚糖），

具有小腸靶向性

成球后在藥液中溶脹與海藻酸鈉溶液混合直接包入載藥途徑：4.4.2環(huán)糊精（Cyclodextran，CD)1）α,β,γ環(huán)糊精：分別由6，7，8個(gè)葡萄糖分子構(gòu)成；

β環(huán)糊精最為常用；

孔隙徑：0.6-1nm3）β環(huán)糊精結(jié)構(gòu)式：圖4-2β環(huán)糊精結(jié)構(gòu)示意圖2）特點(diǎn)：具有超微結(jié)構(gòu)，呈分子狀輸運(yùn)；分散效果好，易于吸收；釋藥緩慢，副反應(yīng)低。4）β環(huán)糊精納米藥物制備方法

藥物溶液（丙酮或乙醇）+

β環(huán)糊精水溶液溫度（℃）攪拌放冷后析出β環(huán)糊精納米藥物5）β環(huán)糊精在藥劑中的應(yīng)用①增加藥物溶解度，提高有效利用度如：難溶性藥物：苯巴比妥、前列腺素E2、氯霉素等β環(huán)糊精包合物，可增加藥物溶解度，提高療效。②

增加藥物穩(wěn)定性如：易氧化或水解的藥物，維生素A，D，E，

C等形成β環(huán)糊精包合物，對(duì)光，熱，氧

化穩(wěn)定性提高。③

防止揮發(fā)性成分的揮發(fā)如：三硝酸甘油，碘等制成β環(huán)糊精包合

物，可增加藥物穩(wěn)定性，減小貯存危險(xiǎn)

性。④

使液體藥物粉末化如：維生素D、維生素E與β環(huán)糊精的包合物，

可制成散劑或片劑。⑤

減少刺激性，降低毒副作用如：抗癌藥物，5-氟尿嘧啶，刺激性強(qiáng)烈，而其β環(huán)糊精包合物，臨床證明消化道吸收良好，血藥濃度維持時(shí)間長(zhǎng)，刺激性小，可減少?lài)I吐等副作用。6）β環(huán)糊精包載藥物的缺點(diǎn)：

β環(huán)糊精分子量較大，藥物負(fù)載量低，一般<30%1）樹(shù)枝狀大分子結(jié)構(gòu)圖4-3樹(shù)枝狀大分子結(jié)構(gòu)示意圖4.4.3樹(shù)枝狀大分子（Dendrimer）1）特點(diǎn)：精確納米結(jié)構(gòu)，G0～G10代為1～13nm高度枝化單分散性球形表面內(nèi)部大量空腔低粘度、高溶解性、高反應(yīng)性體積及形態(tài)可專(zhuān)一控制圖4-4乙二胺為核樹(shù)枝狀聚合物示意圖例如：3）樹(shù)枝狀大分子顯著特征（1）一個(gè)引發(fā)核，具有Nc個(gè)反應(yīng)官能團(tuán)

如：NH3，NC=3C(CH2OH)4,NC=4（2）內(nèi)層（G，代）由重復(fù)單元徑向連接到引發(fā)核心，具有Nb個(gè)新反應(yīng)基團(tuán)（3）外表面層具有終端官能團(tuán)，G代樹(shù)狀物

端基數(shù)Z=NCNbG4）樹(shù)枝狀大分子的制備方法圖4-5樹(shù)枝狀大分子制備方法示意圖Ⅰ圖4-6樹(shù)枝狀大分子制備方法示意圖Ⅱ例如：圖4-7乙二胺為核樹(shù)枝狀聚合物發(fā)散法制備示意圖5）樹(shù)枝狀大分子的應(yīng)用①樹(shù)枝狀大分子作為反應(yīng)的催化劑圖4-8樹(shù)枝狀聚合物催化劑示意圖②樹(shù)枝狀大分子作為靶向藥物及基因載體圖4-9作為藥物載體的樹(shù)枝狀大分子示意圖③樹(shù)枝狀大分子作為基因載體具有的優(yōu)勢(shì)：A）屬于非生物材料，無(wú)免疫原性B）無(wú)遺傳毒性和細(xì)胞毒性（與病毒載體不同）C）樹(shù)枝狀結(jié)構(gòu)及表面電核分布，具有很高的基因轉(zhuǎn)移效率D）可介導(dǎo)外源基因在宿主細(xì)胞染色體DNA中的整合，獲得轉(zhuǎn)基因的長(zhǎng)期、穩(wěn)定表達(dá)E）可保護(hù)轉(zhuǎn)導(dǎo)基因不受機(jī)體血漿、各種補(bǔ)體及各種酶的破壞F）具有抵抗或殺死某種病毒的作用（如：HIV病毒）因此既可作為載體又可作為藥物使用4.5納米藥物的制備方法4.5.1納米藥物制備圖示：原料藥物載體材料附加劑修飾劑：（抗體、配體等）制備納米膠囊納米球納米膠束納米粒4.5.2納米藥物結(jié)構(gòu)形式：圖4-10兩種納米藥物結(jié)構(gòu)形式4.5.3納米（微粒）藥物的制備方法：（1）粉碎法（基體式微粒藥物）優(yōu)點(diǎn)：方法簡(jiǎn)單，粒徑范圍較大，可大批量生產(chǎn)缺點(diǎn)：形狀不規(guī)則，粒徑分布太寬，制備納米級(jí)藥物顆粒困難。（2）聚集法：氣相、液相、亞穩(wěn)態(tài)的無(wú)定型原子、分子、離子平衡條件下的微粒、或化學(xué)反應(yīng)凝縮成微粒（3）噴霧干燥法：藥物、賦型劑或助劑噴霧/快速干燥藥物微粒（4）冷卻造粒法：優(yōu)點(diǎn)：藥物顆粒均勻，球形好，粒徑分布窄固態(tài)藥物加熱/液化噴霧/冷卻固態(tài)藥物微粒（5）高分子包囊法：----貯存式納米微粒藥物的主要制備方法硫化床法凝聚法乳液及溶劑抽提蒸發(fā)法乳液聚合法界面聚合法凝聚相分離法（天然高分子法）1）硫化床法（1949年發(fā)明）

藥粉高分子溶液高速氣流懸浮噴出干燥納米藥物顆粒2）凝聚法（沉淀法）高分子藥物溶液電荷變化PH控制加入鹽類(lèi)非溶劑攪拌凝聚沉淀分離干燥納米藥物3）乳液及溶劑抽提-蒸發(fā)法常用方法：乳液方法---W/O，O/W雙乳液方法---W/O/W，O/W/O常用乳化劑：聚乙烯醇、明膠、司班、吐溫等溶劑除去方法：抽提法---擴(kuò)散快，呈多孔性包囊蒸發(fā)法---擴(kuò)散慢，呈光滑表面包囊圖4-11高分子藥物微包囊雙乳液（W/O/W）制備方法示意圖1.—藥物水溶液2.—高分子有機(jī)溶液3.—油包水乳液4.—穩(wěn)定劑水溶液5.—水包油包水乳液6.—水雙乳液（W/O/W）制備方法：舉例：曲安西龍醋酸酯+水聚乳酸，PVA，氯仿溶液中油包水乳液0.5％明膠水溶液中W/O/W復(fù)相乳液15℃攪拌蒸發(fā)40℃蒸發(fā)45min，分離、洗滌、干燥500nm納米膠囊分散超聲波分散（腎上腺皮脂激素）4）乳液聚合法分散介質(zhì)：水或有機(jī)相，重量60％～70％單體：乳液分散相，重量30％～40％乳化劑：重量0.2％～5％常用乳化劑：硬脂酸鹽—陽(yáng)離子表面活性劑十二烷基酚醚聚氧乙烯硬脂酸失水山梨酸醇酯非離子型表面活性劑聚合反應(yīng)引發(fā)劑：重量0.1％～1％過(guò)氧化物型—自由基引發(fā)劑氧化還原型引發(fā)劑4-12自組裝微膠粒的乳化聚合過(guò)程示意圖W/O乳化聚合4-13W/O乳化聚合過(guò)程示意圖油相表面活性劑保護(hù)的單體水滴引發(fā)劑攪拌片①O/W乳化聚合甲基丙烯酸甲酯（單體）藥物引發(fā)劑（過(guò)二硫酸鉀）主要作為疫苗、抗原載體等如：氰基丙烯酸酯（單體）pH＜3.5自聚

納米藥物膠囊（丁達(dá)爾現(xiàn)象）加熱引發(fā)聚合(a)(b)納米藥物膠囊引發(fā)劑：少量OH—(c)

其它：聚甲基丙烯酸、丙烯酰胺、苯乙烯、乙烯吡啶磷酸鹽緩沖溶液/乳化劑②W/O如：丙烯腈或醋酸乙酸酯+藥物有機(jī)相中（環(huán)己烷、氯仿、二氯甲烷、正己烷、甲苯等）納米藥物膠囊注：有機(jī)溶劑、殘存單體、毒性較大、實(shí)際應(yīng)用不大分散到引發(fā)聚合5）界面聚合法4-14界面聚合過(guò)程示意圖①界面縮聚L—賴(lài)氨酸+血紅蛋白+碳酸鈉水溶液毛細(xì)管針頭注射器中Na,Nb—L—對(duì)苯二甲酰氯+環(huán)己烷+氯仿+四乙基氯化銨380nmNa,Nb—L—對(duì)苯二甲酰賴(lài)氨酸納米藥物膠囊850V電壓0.012ml/min界面縮聚②自聚反應(yīng)0.5ml氰基丙烯酸酯+藥物4ml礦物油+50ml乙醇毛細(xì)管針頭注射器中0.5％磷脂類(lèi)表面活性劑pH=6水溶解中（POLOXAMEX/08）200～300nm納米藥膠囊+緩慢注射攪拌下③界面沉聚聚乳酸+藥物+苯甲酸苯酯+丙酮毛細(xì)管針頭注射器中磷脂類(lèi)非離子表面活性劑水溶液230nm納米藥物膠囊緩慢注射6）凝聚相分離法（天然高分子法）

天然高分子化合物（酪蛋白、明膠及多糖等）

在一定條件下（溫度、鹽析、非溶劑等）凝聚形成微膠囊或納米膠囊舉例：

抗癌藥物

（巰嘌呤）磁性顆粒酪蛋白水溶液（200mg/ml）

油相吐溫表面活性劑穩(wěn)定的乳液

W/O

石蠟油浴100～180℃10min酪蛋白變性凝固硬化抗癌、磁性納米膠囊超聲波W