天然药用高分子材料及其衍生物
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生物医用材料系列天然高分子生物医学材料
• 人们对生命科学的浓厚兴趣在于人类本身就是
生命，
• 人们对生物医学高分子材料的重视与关切是因
为
–构成人体肌体的基本物质，诸如蛋白质、核
糖核酸、多糖、一些脂质都是高分子化合物； –人类肌体的皮肤，肌肉，组织和器官都是由 高分子化合物组成的。
1
• 天然高分子材料是人类最早使用的医学材料之一。
• 到了五十年代中期，由于合成高分子的大量涌现，曾 使这类材料退居次要地位。 • 天然材料具有不可替代的优点： – 多功能性质 – 与生物体的相容性、 – 生物可降解性，
15
• 膜的滤过速度一般以中分子量的维生素B12 （分子量1355）作为对照。 • 铜珞玢经过长期连续使用也可引起诸如神经
障碍、色素沉积等弊端，未移除的中分子量
物质在体内蓄积亦可引起病理症状和出现暂 时性白细胞减少症。
16
醋酸纤维素膜：
• 是纤维素上的羟基被乙酰基部分取代所得到的产 物， • 它降低了氢键的影响，增加链时分离，使聚合物 活性降低， • 因而可以采用溶剂浇注法和熔融法进行加工。
在已知的数百种多糖中，其化学结构差异
很大，因而表现出不同的性能特点，如
• 水溶性和水不溶性、
• 酸性、碱性、中性存在体；
• 凝胶态生理信息载体， • 抗凝血活性物质等形式。
6
一、纤维素
• 纤维素是由 D- 吡喃葡萄糖经由 β-1 ， 4 糖苷键连接 的高分子化合物。 • 具有不同的构型和结晶形式，是构成植物细胞壁 的主要成分。
也可使其转变为Ⅱ型结构。
• 从热力学角度考虑，Ⅱ型结构更为稳定。
8
• 纤维的结晶程度在不同天然纤维也存在差异，
– 随着结晶程度的提高，其抗张程度、硬度、密度 增加， – 但弹性、韧性、膨润性、吸水性、化学反应性下 降。
生命，
• 人们对生物医学高分子材料的重视与关切是因
为
–构成人体肌体的基本物质，诸如蛋白质、核
糖核酸、多糖、一些脂质都是高分子化合物； –人类肌体的皮肤，肌肉，组织和器官都是由 高分子化合物组成的。
1
• 天然高分子材料是人类最早使用的医学材料之一。
• 到了五十年代中期，由于合成高分子的大量涌现，曾 使这类材料退居次要地位。 • 天然材料具有不可替代的优点： – 多功能性质 – 与生物体的相容性、 – 生物可降解性，
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• 膜的滤过速度一般以中分子量的维生素B12 （分子量1355）作为对照。 • 铜珞玢经过长期连续使用也可引起诸如神经
障碍、色素沉积等弊端，未移除的中分子量
物质在体内蓄积亦可引起病理症状和出现暂 时性白细胞减少症。
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醋酸纤维素膜：
• 是纤维素上的羟基被乙酰基部分取代所得到的产 物， • 它降低了氢键的影响，增加链时分离，使聚合物 活性降低， • 因而可以采用溶剂浇注法和熔融法进行加工。
在已知的数百种多糖中，其化学结构差异
很大，因而表现出不同的性能特点，如
• 水溶性和水不溶性、
• 酸性、碱性、中性存在体；
• 凝胶态生理信息载体， • 抗凝血活性物质等形式。
6
一、纤维素
• 纤维素是由 D- 吡喃葡萄糖经由 β-1 ， 4 糖苷键连接 的高分子化合物。 • 具有不同的构型和结晶形式，是构成植物细胞壁 的主要成分。
也可使其转变为Ⅱ型结构。
• 从热力学角度考虑，Ⅱ型结构更为稳定。
8
• 纤维的结晶程度在不同天然纤维也存在差异，
– 随着结晶程度的提高，其抗张程度、硬度、密度 增加， – 但弹性、韧性、膨润性、吸水性、化学反应性下 降。
天然药用高分子
药用天然高分子摘要：随着材料科学的高速发展，人们对疾病的认识越来越深刻、明了，对天然药物的利用价值越来越看重，对药用天然高分子的研究也迎来了自己的高速发展的时期。
本文主要对药用天然高分子的种类、结构、性质以及利用情况、发展前景进行陈述关键字：药用天然高分子结构种类利用前景一、常见药用天然高分子简介1、药用天然高分子认识：药用高分子材料（polymers for pharmaceuticals）：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，而药用天然高分子是指来源于自然界中的，在药品的生产和制造加工工程中使用的高分子材料的总称。
它包括作为药物制剂成分之一的药用辅料与高分子药物，以及与药物接触的包装储运高分子材料。
应用药物缓释技术，通过医用高分子材料包覆在药物表面，当然药物不是成块状的，而是很小的。
有高分子材料的保护，药物在短时间内不会被身体吸收，而是随血液流动到特定区域，当到达之后药物表面的高分子材料已经溶解到血液中，最终随体液排出。
而药物能够有针对性的治疗病患处而作为包装材料，应满足以下要求：（1）保证药品质量特性和成分的稳定；要根据药品及制剂的特性来选用不同的包装材料。
首先，药品包装材料必须具有安全、无毒、无污染等特性；其次，药品包装材料必须具有良好的物理化学和微生物方面的稳定性，在保质期内不会分解老化，不吸附药品，不与药品之间发生物质迁移或化学反应，不改变药物性能。
（2）适应流通中的各种要求；药品生产出后需要经过储存、运输等各个流通环节才能达到患者手中，每个环节的气候条件、流通周期、运输方式、装卸条件等各不相同甚至有很大的差异。
因此，药品的包装材料还要与流通环境相适应。
既要有一定的耐热性、耐寒性、阻隔性等物理性能，以满足流通区域中的温度、湿度变化的要求；又要有一定的耐撕裂、耐压、耐戳穿、防跌落等机械性能，以防止装卸、运输、堆码过程中的各种形式的破坏和损伤。
（3）具有一定的防伪功能和美观性；为防止假冒伪劣药品、保证药品的纯正，药品包装材料应具有一定的防伪能力，患者通过包装材料可以方便的辨别药品的真假。
医学知识一《药用高分子材料》之药用合成高分子
不同型号树脂的玻璃化转变温度有很大差异。 肠溶型甲基丙烯酸、甲基丙烯酸甲醋共聚物Tg在160℃以上 胃崩型丙烯酸树脂的Tg却低达一8 ℃ 渗透型丙烯酸树脂的Tg介于二者之间，约在55℃左右。 • 共混或加入增塑剂可以降低丙烯酸树脂的玻璃化转变温度， 调节树脂的成膜性。
2.最低成膜温度 最低成膜温度(MFT)指树脂胶乳液在梯度加热干燥条件下形 成连续性均匀而无裂纹薄膜的最低温度限,在MFT以下，聚 合物粒子不能发生熔合变形成膜。在含有丙烯酸酯的树脂中， 丙烯酸酯比例越高，MFT越低。
（三）、卡波沫
（一）来源 是丙烯酸与丙烯基蔗糖交联的高分子聚合物，按粘度 不同分为 934 、 940 、 941 等规格，交联度不高， 微弱交联
化学结构：
[CH2-CH]n [C3H2 C12H21O12]m
COOH
（二）性质
1.性状 • 是一种吸湿性很强的白色松散粉末，微有特异臭味 2.溶解、溶胀及其凝胶特性 • 具有一定的亲水性，可分散于水，在水中迅速溶胀，
4.聚乙烯醇凝胶的药物控制释放 利用携带阿霉素和葡聚糖的PVA水凝胶作为药物释放体系， 不仅降低了药物的黏附，而且通过向腹膜腔释放活性的 阿霉素阻止了腹膜腔的感染。
5.用作透皮吸收制剂辅料 PVA凝胶透皮系统，目前已有硝酸甘油、可乐定等易于 透过皮肤的药物的透皮系统问世。
6.聚乙烯醇微球在医药中的应用 通过PVA上的羟基的反应活性，可以把药物分子共价键 或离子键合到PVA的側基上。如茶多酚的聚乙醇缓释胶 囊，不仅提高了茶多酚的稳定性，而且对茶多酚具有缓 释作用。
• 肠溶性树脂分子中的羧基比例越大，则需在pH更高的溶液 中溶解
• 胃崩型树脂和渗透性树脂中的酯基和季胺基在酸性和碱性环 境中均不解离，故不发生溶解。胃溶型树脂在胃酸环境溶解 取决于其叔胺碱性基团。
2.最低成膜温度 最低成膜温度(MFT)指树脂胶乳液在梯度加热干燥条件下形 成连续性均匀而无裂纹薄膜的最低温度限,在MFT以下，聚 合物粒子不能发生熔合变形成膜。在含有丙烯酸酯的树脂中， 丙烯酸酯比例越高，MFT越低。
（三）、卡波沫
（一）来源 是丙烯酸与丙烯基蔗糖交联的高分子聚合物，按粘度 不同分为 934 、 940 、 941 等规格，交联度不高， 微弱交联
化学结构：
[CH2-CH]n [C3H2 C12H21O12]m
COOH
（二）性质
1.性状 • 是一种吸湿性很强的白色松散粉末，微有特异臭味 2.溶解、溶胀及其凝胶特性 • 具有一定的亲水性，可分散于水，在水中迅速溶胀，
4.聚乙烯醇凝胶的药物控制释放 利用携带阿霉素和葡聚糖的PVA水凝胶作为药物释放体系， 不仅降低了药物的黏附，而且通过向腹膜腔释放活性的 阿霉素阻止了腹膜腔的感染。
5.用作透皮吸收制剂辅料 PVA凝胶透皮系统，目前已有硝酸甘油、可乐定等易于 透过皮肤的药物的透皮系统问世。
6.聚乙烯醇微球在医药中的应用 通过PVA上的羟基的反应活性，可以把药物分子共价键 或离子键合到PVA的側基上。如茶多酚的聚乙醇缓释胶 囊，不仅提高了茶多酚的稳定性，而且对茶多酚具有缓 释作用。
• 肠溶性树脂分子中的羧基比例越大，则需在pH更高的溶液 中溶解
• 胃崩型树脂和渗透性树脂中的酯基和季胺基在酸性和碱性环 境中均不解离，故不发生溶解。胃溶型树脂在胃酸环境溶解 取决于其叔胺碱性基团。
天然高分子及其衍生物在化妆品中的应用
２０１ ８年 第 １期 第 ４５卷 总第 ３６３期
， ‘ 东 化 工
ＷＷＷ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ
１３３
天然 高分子及其衍生物在 化妆 品中的应 用
李琳 ，户献雷 ，佟锐
（ｒ 州 天赐高新 利 料股 份 仃限 公司 ，广 东 ｒ Ｉ ５１０７６０）
［摘 要］本 文 介绍 多种天 然高 分子及 其 衍生 物在 化妆 品 中的应 用 主 要提 及纤 维素 、瓜 尔胶 、淀 粉 、 甲壳索 、黄 原胶 及其 衍生 物
Ｋｅｙｗ ｏｒｄｓ：ｎａｔｕｒａｌ ｐｏｌｙｌｎｅｒｓ： ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ； ａｐｐｌｉｃａｔ子 化合 物 足以天 然动 植 物为 原料 ，通 过物 过 或 物 化 学 的方 法提 取而 成 ，广泛 应用 ¨ …Ｊ化上 、 医药 １ ， 、 造 纸 、食品 、医 药、 建筑 干¨材 料等 行 业 。最常 见 的天然 舟 分 化 物 如纤 维素 、 瓜尔胶 、淀 粉类 、甲壳 素 、黄原胶 等 。
Ｌｉ Ｌｉｎ ｝ｔｕ Ｘｉａｎｌｅｉ，Ｔｏｎｇ Ｒｕｉ （Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｔｉｎｃｉ Ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ ０７６０ Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｌｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｍ。ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｎａｔｕｒａｌ ｐｏｌｙｍ ｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ ｉｎ ｃｏｓｍ ｅｔｉｃｓ，ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｒｅｆｅｒｓ ｔｏ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，ｇｕａｒ ｇｕｍ ｓｔａｒｃｈ，ｃｈｉｔｉｎ．ｘａｎｔｈａｎ ｇｕｍ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ
离 子羟 乙 纤维 豢之 所 以应用 如此 广泛 ，主要 是 为其 分 ｒＩ～存任带 有 电荷 的季铵 基 团，可 被 吸 附 带 负 电倚 的 发丧 嘶 ，从 Ｉｆ 具有 柔顺 发、减 少 摩擦 、难 生静 咀 、容 易梳理 等 调碍 功 能 。此 外 ， 离 ｒ 乙 媾纤维 素 不仅 自身 ｊＩ有 良好 的 直染 性 、
， ‘ 东 化 工
ＷＷＷ．ｇｄｃｈｅｍ．ｃｏｍ
１３３
天然 高分子及其衍生物在 化妆 品中的应 用
李琳 ，户献雷 ，佟锐
（ｒ 州 天赐高新 利 料股 份 仃限 公司 ，广 东 ｒ Ｉ ５１０７６０）
［摘 要］本 文 介绍 多种天 然高 分子及 其 衍生 物在 化妆 品 中的应 用 主 要提 及纤 维素 、瓜 尔胶 、淀 粉 、 甲壳索 、黄 原胶 及其 衍生 物
Ｋｅｙｗ ｏｒｄｓ：ｎａｔｕｒａｌ ｐｏｌｙｌｎｅｒｓ： ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ； ａｐｐｌｉｃａｔ子 化合 物 足以天 然动 植 物为 原料 ，通 过物 过 或 物 化 学 的方 法提 取而 成 ，广泛 应用 ¨ …Ｊ化上 、 医药 １ ， 、 造 纸 、食品 、医 药、 建筑 干¨材 料等 行 业 。最常 见 的天然 舟 分 化 物 如纤 维素 、 瓜尔胶 、淀 粉类 、甲壳 素 、黄原胶 等 。
Ｌｉ Ｌｉｎ ｝ｔｕ Ｘｉａｎｌｅｉ，Ｔｏｎｇ Ｒｕｉ （Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｔｉｎｃｉ Ｍ ａｔｅｒｉａｌｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ ５ １ ０７６０ Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｌｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ ｐａｐｍ。ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ ｎａｔｕｒａｌ ｐｏｌｙｍ ｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ ｉｎ ｃｏｓｍ ｅｔｉｃｓ，ｗｈｉｃｈ ｍａｉｎｌｙ ｒｅｆｅｒｓ ｔｏ ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ，ｇｕａｒ ｇｕｍ ｓｔａｒｃｈ，ｃｈｉｔｉｎ．ｘａｎｔｈａｎ ｇｕｍ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅｓ
离 子羟 乙 纤维 豢之 所 以应用 如此 广泛 ，主要 是 为其 分 ｒＩ～存任带 有 电荷 的季铵 基 团，可 被 吸 附 带 负 电倚 的 发丧 嘶 ，从 Ｉｆ 具有 柔顺 发、减 少 摩擦 、难 生静 咀 、容 易梳理 等 调碍 功 能 。此 外 ， 离 ｒ 乙 媾纤维 素 不仅 自身 ｊＩ有 良好 的 直染 性 、
药用天然高分子
热凝胶化和昙点
热凝胶化和昙点是水溶性非离子型纤维素衍生 物的重要特征，这种特征表现为为聚合物溶解 度不随温度升高而升高。将聚合物溶液加热， 当其高过低临界溶液温度时，聚合物能从溶液 中分离出来，此时称为昙点。
液晶的形成
（一）醋酸纤维素
结构与性质
–醋酸纤维素（CA）是部分乙酰化的纤维素，含乙 酰基（CH3CO）29%~48%。
a.具有良好的黏合性、可压性、促进崩解和溶出性能，且其崩 解作用不受崩解液PH的影响；
b.改善药物溶出作用，有利于生物利用度的提高；
c.改善成粒性能，加水后有适度黏着性，故适于流化床制料， 高速搅拌制粒，并有利于粒度均匀，成粒容易。
值得注意的是，采用预胶化淀粉作为直接压片的干 燥黏合剂，应尽量不用或少用（用量不可超过0.5%） 硬脂酸镁为润滑剂，以免产生软化效应，影响片剂 的硬度。
四、羧甲基淀粉钠（CMS-Na）
1、来源与制法
又称为乙醇酸钠淀粉，为聚α-葡萄糖的羧甲基醚。 含钠量低于10%，取代度为0.5。系由淀粉在碱存在 下与一氯醋酸作用制得。
2、性质 CMS-Na能分散于水，不溶于其他有 机溶剂。具有较强的吸水性及吸水膨胀性，在 水中的体积能膨胀300倍。 3、应用
–醋酸纤维素与纤维素相比，耐热性提高，不易燃烧， 吸湿性变小，电绝缘性提高。
–醋酸纤维素或二醋酸纤维素比三醋酸纤维素更易溶 于有机溶剂。醋酸纤维素的乙酰基含量下降，亲水 性增加，水的渗透性增加，三醋酸纤维素含乙酰基 含量最高，熔点最高，限制了水的渗透。
应用：
–醋酸纤维素和二醋酸纤维素常供药用，缓释和控释 包衣材料多用后者。二醋酸纤维素不溶于水、乙醇、 碱溶液，溶于丙酮、氯仿、醋酸甲酯和二氧六环等 有机溶剂，溶液有良好的成膜性能。
纤维素及其衍生物
纤维素的基本性质
4、 溶胀性 纤维素的有限溶胀可分为结晶区间溶胀(液体只进到结晶区间的
无定形区，其X-射线衍射图不发生变化)和结晶区内溶胀(纤维素原 来的X-射线衍射图谱改变，而出现新的X-射线衍射图谱)。
纤维素的基本性质
5、降解 ①热降解：受热时或发生水解或氧化降解。 20-150℃ ，只进行纤维素的解吸； 150-240℃ ，产生葡萄糖基脱水； 240-400℃ ，断裂纤维素分子中的苷键和C-C键； 400℃时，芳构化和石墨化。
MCC具有吸湿性。
三、微晶纤维素
（二）性质 2、可压性：制剂工艺中常以硬 度衡量可压性。同一种原料在相 同压力下，粒径越小，接触面积 越大，可压性越大，片剂硬度越 高。MCC分子内存在氢键，受压 时氢键缔合，具有高度变形性， 可被压制成一定形状和坚实的压 缩物，极具可压性。
三、微晶纤维素
（二）性质 3、崩解性：MCC为多孔微细粉末，具有较大的比表面积，
由于聚合度很大，则分子间的氢键力非常大，可能大大超过C-O-C的主价 键力。一般来说，纤维素中结晶区内的羟基都已形成氢键，而在无定形 区，则有少量没有形成氢键的游离轻基，所以水分子可以进入无定形区， 与分子链上的游离羟基形成氢键，即在分子链间形成水桥，发生膨化作 用。
纤维素的基本性质
3、 吸湿性 由X-射线衍射的研究表明，纤维理，收集其中不溶解部分(称为α-纤维素），转鼓干燥，制 成片状，机械粉碎即得。
粉状纤维素的聚合度约为500，相对分之质量约为2.43×105。
（二）性质
粉状纤维素具有一定的可压性，最大压 紧压力为50MPa。
溶解性：在水、稀酸和大部分有机溶剂 中几乎不溶，在5%（W/V）的NaOH溶液中 微溶。
经历不同湿度的环境后，其平衡含水量的变化，存在滞后现象，即吸附时的 吸着量低于解吸时的吸着量。
天然高分子材料有哪些
天然高分子材料有哪些
天然高分子材料是指来源于自然界的、具有高分子结构的材料，它们具有生物
相容性、可降解性、生物活性等特点，因此在医药、食品、化妆品、环保等领域得到广泛应用。
下面我们将介绍一些常见的天然高分子材料。
首先，天然高分子材料中最常见的就是纤维素。
纤维素是植物细胞壁的主要成分，具有良好的生物相容性和生物降解性，因此被广泛应用于医药和食品包装材料中。
纤维素还可以通过化学改性得到乙酰纤维素、硝化纤维素等衍生物，用于制备纤维素膜、纤维素纤维等材料。
其次，壳聚糖也是一种常见的天然高分子材料。
壳聚糖是从甲壳类动物的外壳
中提取得到的多糖类物质，具有良好的生物相容性和生物降解性，被广泛应用于医药领域的药物缓释、伤口敷料、骨修复材料等方面。
除此之外，胶原蛋白也是一种重要的天然高分子材料。
胶原蛋白是人体皮肤、
骨骼、关节软骨等组织的主要成分，具有良好的生物相容性和生物活性，因此被广泛应用于医学美容、医用缝线、软骨修复材料等方面。
此外，天然高分子材料中还包括明胶、藻酸盐、天然橡胶等材料，它们都具有
良好的生物相容性和生物降解性，被广泛应用于医药、食品、化妆品等领域。
总的来说，天然高分子材料具有很多优良的性能，如生物相容性、生物降解性、生物活性等，因此在医药、食品、化妆品等领域具有广阔的应用前景。
随着技术的不断进步，相信天然高分子材料在未来会有更广泛的应用。
药用天然高分子材料
老化作用的防止与利用
在生产上为了防止淀粉的老化作用，采用高温糊化，同时进行激烈搅拌，使淀粉分子充分分散，但必须严格控制加热时间及搅拌条件，使淀粉糊液保持一定的粘度。 淀粉发生凝沉作用，可使食品品质下降，但有时也可利用淀粉的凝沉作用制造各类制品，如我国粉丝的制造，就是利用含直链淀粉高的淀粉（如绿豆、豌豆等），通过糊化、凝沉、干燥等步骤制成。
(3) 有的药物具有不良臭味、苦涩味，甚至有些具有较强的刺激性，影响该制剂的应用，特别是对于儿童和老人，将其制成包合物可使不良臭味、苦味减轻或消除。
(4) 用-环糊精包合挥发油，可使其粉末化，制成散剂、颗粒剂、片剂、硬胶囊剂等剂型，不仅便于生产，而且可使剂量准确，利于保存和携带。
-1,6苷键
-1,4-苷键
支链淀粉
支链淀粉构象示意图
1.淀粉粒的比重约为1.5，不溶于冷水,但吸湿性很强——淀粉制造工业的理论基础 所谓水磨法，就是利用这一性质。先将原料打碎成糊 (若原料为玉米一类籽粒粮则必须先行浸泡，然后湿磨破坏组织，使其成糊)，除去蛋白质及其它杂质，再使淀粉在水中沉淀析出 2.直链淀粉溶于热水（60-80度），支链淀粉不可溶。（可用于分离二者）
（三）、淀粉的性质
3.淀粉的糊化
淀粉在水中经加热后出现膨润现象，继续加热，成为溶液状态，这种现象称为糊化，处于这种状态的淀粉称为-淀粉。
表2-5 几种谷物淀粉粒的糊化温度
淀粉种类
糊化温度范围（℃）
糊化开始温度（℃）
大米
58~61
58
小麦
65~67.5
65
玉米
64~72
64
高粱
69~75
69
二、糊精
(一) 来源与制法
淀粉
水解
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引入 取代 基
植物、动物、藻类
• 二 天然药用高分子材料的分类
• 1 化学组成：多糖类、蛋白质类、其它 • 2 原料来源：淀粉、纤维素、甲壳素及其衍生物 • 3 加工制备：天然、生物发酵酶催化、衍生物
• 三 天然药用高分子的特点 • 共性：无毒、应用安全、性能稳定、成膜性好、
生物相容性好、价格低廉－传统制剂
• 一 淀粉
• 1 结构
（1） 直链淀粉－10％－20％－胶淀粉 （2 ) 支链淀粉－80％－90％－糖淀粉 结构单元：
D－吡喃型葡萄糖基
直链淀粉
Ｄ－葡萄糖以 －１，４－苷键聚合而成的线性聚合物； 平均聚合度为800－3000；相对分子质量 约为128000－480000 空间结构： 分子内氢键作用链卷曲－右手螺旋形，6个葡萄糖形成一个螺旋 直链淀粉在玉米、马铃薯等的淀粉中的含量约占２０－３０％。 能溶于热水而不成糊状，相对分子质量比支链淀 粉小。是在 直链上有少数支链；每隔15个单元分支
• 淀粉粒超大分子结构模型
• 环层结构 • 局部结晶网状结构 • 骨架：支链分子 • 包含分布：直链分子 • 结晶区：25％－50％ • 无定形区：其余
• 2 性质
• ⑴ 一般物理性质 • 白色结晶粉末，球状或多角形 • 分散于水，pH＝5.5-6.5 接触角＝80.5-85 • 不溶于水、乙醇、乙醚，有一定的吸湿性－氢键 • 自由水和结合水－不能被微生物利用 • 结晶相和无定形相
３、环糊精
用杆菌Bacillud macenand 发酵得环状淀粉，称环状糊 精。环状糊精是６－１２个Ｄ－葡萄糖单体用 －１， ４－苷键连结成的环，有六、七、八聚体。 可作为相转移催化剂及生产药物包合物。
3 淀粉及聚集态结构变化的淀粉在药物 制剂中的应用
• 用途：片剂的稀释剂、崩解剂、黏合剂、助流剂 • 崩解剂 • （1）淀粉－不溶或微溶片剂 • 缺点：可压缩性差，难以成型，需加适量糖粉或糊精混合增加黏性和硬度 • 崩解机理: • （1）淀粉直链分散于支链网孔中，支链遇水膨胀，直链脱离，促进淀粉崩解 • （2）非均相结构（晶区及无定形区）受力不平衡性 • （3）毛细吸水作用
支链淀粉
结构特点：支链淀 粉用麦芽糖酶催化水解，生成 （＋）－麦芽糖，说明支链淀粉的结构与直链淀由 粉是类似的，是 －１，４－苷键聚合而成的。 支链淀粉是由大约２０ 个Ｄ－葡萄糖单体用 － １，４－苷键连结起来的许多短链组成的，短链连 结处是用 －１，６－苷键互相连结起来的。 平均分子量：1×170－5×10 8
淀粉从淀粉粒中游离出来 • 条件：强力压缩后解压或加热其水混悬液 • 预胶化淀粉系无定形粉末，通常含5％游离态直链淀粉，15％游离态支链淀粉和80％非
游离态淀粉，也可能含有处理过程中添加的少量表面活性剂等。
• 预胶化淀粉将与淀粉相比
• 预胶化淀粉弹性较小，与水亲和性好，容易在水中分散 • 压缩性能、干燥粘合性、流动性和润滑性良好 • 溶胀迅速 • 适合用作片剂和胶囊剂的填充剂和崩解剂 • （3）水解－糊精 • 制法：干燥状态下将淀粉水解－与无机酸共热 • 兰糊精 红糊精 无色糊精
• 无定形相吸水膨胀－水化热 含水16%-21% 水化热为0 0－40℃吸水可逆膨胀，继续加热，微晶融化，溶胀，糊化 60－80℃直－支脱离（离心分离）
树枝状立体网 络结构
溶胀颗粒 脱水干燥粉碎
加热140－150 ℃ －冷却
热水不溶 凝胶
胶体淀粉 冷水溶解 结 晶
• 淀粉糊化
定义： 直－支不分离，过量水，60－80℃，颗粒可逆吸水膨胀，至某一温度时，整个颗粒突然大
葡萄糖单位
－１，４－苷 键
CH2OH O
HO
O
1
OH 4 CH2OH O HO
-1,4-苷键
O
1
OH
4 CH2OH
O HO
O
OH O
直链 淀粉 的成 键特 征
支链 淀粉 的成 键特 征
CH2OH
HO HO
CH2OH O
O HO
1
OH
O
1
OH
O
6
4 CH2
O HO
-1,4-苷键
-1,6苷 键
O
OH O
Chapter 3 天然药用高分子材料及 其衍生物
3.1 概述
本
章 内
3.2 多糖类天然药用高分子
容
3.3 蛋白质类天然药用高分子
3.1 概述
• 一 天然药用高分子材料的定义 • 自然界存在的可供药物制剂作辅料的高分子化合物 • 衍生物：物理、化学、生物改性加工产物
结 分子 构 切断 破 重排 坏 氧化
量膨化、破裂，晶体结构消失，变成粘稠的糊，停止搅拌立即下沉
本质： 水分子进入淀粉粒中，结晶相和无定形相的淀粉分子之间的氢键断裂，破坏了缔合状态，
分散在水中成为亲水性胶体
直链淀粉比例大，糊化困难 糊化温度
• 淀粉回生（老化、凝沉）－β淀粉 0－4℃
• 定义：
• 淀粉糊或稀溶液在低温静置一定时间，变成不透 明的凝胶或出沉淀
小匹配，当与碘试液作用时， （I2.I-)进入螺旋通道，形成有色包结物.
螺旋结构长，包结的（I2.I-)多，颜色加深
直链－兰色 支链－紫红 加热－螺旋圈伸展成线性－颜色褪去 冷却－螺旋结构恢复－颜色重现
• 2 淀粉改性
• （1) 糊化－可溶α－淀粉 • （2）预胶化－部分α化 • 预胶化淀粉：可压性淀粉 • 淀粉经化学或物理改性，在有水存在下，淀粉粒全部或部分破坏.部分直链淀粉和支链
• 本质：
• 温度降低，糊化淀粉分子运动速度减慢，直－支 平行排列，互相靠拢－氢键－混合三维网状微晶 束，与水亲和力降低
• 低浓度－沉淀
• 高浓度－氢键作用，分子自动排序－致密三维网 状凝胶体
（2）水解反应 酸催化水解（稀硝酸） ： 淀粉 糊精 低聚糖 麦芽糖 葡萄糖 酶催化水解（αβ葡萄糖淀粉酶、脱支酶）
种类
类型
作用部位
水解产物
α－淀粉酶 内切型酶 链内部α－1－4苷键 麦芽、葡萄糖及糊精
β－淀粉酶 外切型酶 链端相隔α－1－4苷键 麦芽糖
葡萄糖淀粉酶 外切型酶 链端α－1－4，6苷键 β－葡萄糖
脱支酶
内切型酶 支链α－1－6苷键
－
（3）显色
原理：
淀粉和糊精分子都具有螺旋结构，每6个葡萄糖基组成的 螺旋内径与（I2.I -)直径大
• 特殊：现代剂型和给药系统
•
缓控释制剂、纳米药物制剂、靶向给药系
统和透皮治疗系统
3.2 多糖类天然药用高分子
• 关于多糖
• 定义：多个单糖分子脱水、缩合苷键连接
• 均多糖：一种糖基聚合而成－淀粉、纤维素、甲壳素
•
中性多糖
• 杂多糖：两种或两种以上糖基聚合而成－果胶、海藻酸
•
酸性多糖
• 特点：分子量大、无定性粉末或结晶，苷键可水解，无甜味，有旋光性，无变旋现象
植物、动物、藻类
• 二 天然药用高分子材料的分类
• 1 化学组成：多糖类、蛋白质类、其它 • 2 原料来源：淀粉、纤维素、甲壳素及其衍生物 • 3 加工制备：天然、生物发酵酶催化、衍生物
• 三 天然药用高分子的特点 • 共性：无毒、应用安全、性能稳定、成膜性好、
生物相容性好、价格低廉－传统制剂
• 一 淀粉
• 1 结构
（1） 直链淀粉－10％－20％－胶淀粉 （2 ) 支链淀粉－80％－90％－糖淀粉 结构单元：
D－吡喃型葡萄糖基
直链淀粉
Ｄ－葡萄糖以 －１，４－苷键聚合而成的线性聚合物； 平均聚合度为800－3000；相对分子质量 约为128000－480000 空间结构： 分子内氢键作用链卷曲－右手螺旋形，6个葡萄糖形成一个螺旋 直链淀粉在玉米、马铃薯等的淀粉中的含量约占２０－３０％。 能溶于热水而不成糊状，相对分子质量比支链淀 粉小。是在 直链上有少数支链；每隔15个单元分支
• 淀粉粒超大分子结构模型
• 环层结构 • 局部结晶网状结构 • 骨架：支链分子 • 包含分布：直链分子 • 结晶区：25％－50％ • 无定形区：其余
• 2 性质
• ⑴ 一般物理性质 • 白色结晶粉末，球状或多角形 • 分散于水，pH＝5.5-6.5 接触角＝80.5-85 • 不溶于水、乙醇、乙醚，有一定的吸湿性－氢键 • 自由水和结合水－不能被微生物利用 • 结晶相和无定形相
３、环糊精
用杆菌Bacillud macenand 发酵得环状淀粉，称环状糊 精。环状糊精是６－１２个Ｄ－葡萄糖单体用 －１， ４－苷键连结成的环，有六、七、八聚体。 可作为相转移催化剂及生产药物包合物。
3 淀粉及聚集态结构变化的淀粉在药物 制剂中的应用
• 用途：片剂的稀释剂、崩解剂、黏合剂、助流剂 • 崩解剂 • （1）淀粉－不溶或微溶片剂 • 缺点：可压缩性差，难以成型，需加适量糖粉或糊精混合增加黏性和硬度 • 崩解机理: • （1）淀粉直链分散于支链网孔中，支链遇水膨胀，直链脱离，促进淀粉崩解 • （2）非均相结构（晶区及无定形区）受力不平衡性 • （3）毛细吸水作用
支链淀粉
结构特点：支链淀 粉用麦芽糖酶催化水解，生成 （＋）－麦芽糖，说明支链淀粉的结构与直链淀由 粉是类似的，是 －１，４－苷键聚合而成的。 支链淀粉是由大约２０ 个Ｄ－葡萄糖单体用 － １，４－苷键连结起来的许多短链组成的，短链连 结处是用 －１，６－苷键互相连结起来的。 平均分子量：1×170－5×10 8
淀粉从淀粉粒中游离出来 • 条件：强力压缩后解压或加热其水混悬液 • 预胶化淀粉系无定形粉末，通常含5％游离态直链淀粉，15％游离态支链淀粉和80％非
游离态淀粉，也可能含有处理过程中添加的少量表面活性剂等。
• 预胶化淀粉将与淀粉相比
• 预胶化淀粉弹性较小，与水亲和性好，容易在水中分散 • 压缩性能、干燥粘合性、流动性和润滑性良好 • 溶胀迅速 • 适合用作片剂和胶囊剂的填充剂和崩解剂 • （3）水解－糊精 • 制法：干燥状态下将淀粉水解－与无机酸共热 • 兰糊精 红糊精 无色糊精
• 无定形相吸水膨胀－水化热 含水16%-21% 水化热为0 0－40℃吸水可逆膨胀，继续加热，微晶融化，溶胀，糊化 60－80℃直－支脱离（离心分离）
树枝状立体网 络结构
溶胀颗粒 脱水干燥粉碎
加热140－150 ℃ －冷却
热水不溶 凝胶
胶体淀粉 冷水溶解 结 晶
• 淀粉糊化
定义： 直－支不分离，过量水，60－80℃，颗粒可逆吸水膨胀，至某一温度时，整个颗粒突然大
葡萄糖单位
－１，４－苷 键
CH2OH O
HO
O
1
OH 4 CH2OH O HO
-1,4-苷键
O
1
OH
4 CH2OH
O HO
O
OH O
直链 淀粉 的成 键特 征
支链 淀粉 的成 键特 征
CH2OH
HO HO
CH2OH O
O HO
1
OH
O
1
OH
O
6
4 CH2
O HO
-1,4-苷键
-1,6苷 键
O
OH O
Chapter 3 天然药用高分子材料及 其衍生物
3.1 概述
本
章 内
3.2 多糖类天然药用高分子
容
3.3 蛋白质类天然药用高分子
3.1 概述
• 一 天然药用高分子材料的定义 • 自然界存在的可供药物制剂作辅料的高分子化合物 • 衍生物：物理、化学、生物改性加工产物
结 分子 构 切断 破 重排 坏 氧化
量膨化、破裂，晶体结构消失，变成粘稠的糊，停止搅拌立即下沉
本质： 水分子进入淀粉粒中，结晶相和无定形相的淀粉分子之间的氢键断裂，破坏了缔合状态，
分散在水中成为亲水性胶体
直链淀粉比例大，糊化困难 糊化温度
• 淀粉回生（老化、凝沉）－β淀粉 0－4℃
• 定义：
• 淀粉糊或稀溶液在低温静置一定时间，变成不透 明的凝胶或出沉淀
小匹配，当与碘试液作用时， （I2.I-)进入螺旋通道，形成有色包结物.
螺旋结构长，包结的（I2.I-)多，颜色加深
直链－兰色 支链－紫红 加热－螺旋圈伸展成线性－颜色褪去 冷却－螺旋结构恢复－颜色重现
• 2 淀粉改性
• （1) 糊化－可溶α－淀粉 • （2）预胶化－部分α化 • 预胶化淀粉：可压性淀粉 • 淀粉经化学或物理改性，在有水存在下，淀粉粒全部或部分破坏.部分直链淀粉和支链
• 本质：
• 温度降低，糊化淀粉分子运动速度减慢，直－支 平行排列，互相靠拢－氢键－混合三维网状微晶 束，与水亲和力降低
• 低浓度－沉淀
• 高浓度－氢键作用，分子自动排序－致密三维网 状凝胶体
（2）水解反应 酸催化水解（稀硝酸） ： 淀粉 糊精 低聚糖 麦芽糖 葡萄糖 酶催化水解（αβ葡萄糖淀粉酶、脱支酶）
种类
类型
作用部位
水解产物
α－淀粉酶 内切型酶 链内部α－1－4苷键 麦芽、葡萄糖及糊精
β－淀粉酶 外切型酶 链端相隔α－1－4苷键 麦芽糖
葡萄糖淀粉酶 外切型酶 链端α－1－4，6苷键 β－葡萄糖
脱支酶
内切型酶 支链α－1－6苷键
－
（3）显色
原理：
淀粉和糊精分子都具有螺旋结构，每6个葡萄糖基组成的 螺旋内径与（I2.I -)直径大
• 特殊：现代剂型和给药系统
•
缓控释制剂、纳米药物制剂、靶向给药系
统和透皮治疗系统
3.2 多糖类天然药用高分子
• 关于多糖
• 定义：多个单糖分子脱水、缩合苷键连接
• 均多糖：一种糖基聚合而成－淀粉、纤维素、甲壳素
•
中性多糖
• 杂多糖：两种或两种以上糖基聚合而成－果胶、海藻酸
•
酸性多糖
• 特点：分子量大、无定性粉末或结晶，苷键可水解，无甜味，有旋光性，无变旋现象