最新药用合成高分子材料
药用合成高分子
第一节 聚乙烯基类高分子
丙烯酸类均聚物和聚丙烯酸钠
溶解性
聚丙烯酸易溶于水、乙醇、甲醇和乙二醇等极性溶剂， 在饱和烷烃及芳香烃等非极性溶剂中不溶。聚丙烯酸钠仅 溶于水，不溶于有机溶剂。
聚丙烯酸在水中解离成高分子阴离子和氢离子 （pKa=4.75）。羟基阴离子的相互排斥作用有利于大分子 卷曲链的伸展和溶剂化，所以，当聚丙烯酸被碱中和以及 形成聚丙烯酸钠时，解离程度增加，在水中的溶解度也增 大。
3、吸水影响因素：外部溶液中的盐离子、树脂网络结 构的孔径、交联度和交联链的链长、树脂的粒度等均影 响其吸水能力
第一节 聚乙烯基类高分子
交联聚丙烯酸钠
聚氧乙烯脱水山梨醇酯（吐温，Tween）
应用 增塑剂的种类对树脂的MFT的影响很不相同。
丙烯酸类均聚物和聚丙烯酸钠 第二节 聚酯及可生物降解类高分子 聚丙烯酸钠的性质与羧基的解离性和反应性有很重要的关系。
丙聚烯丙酸 烯类酸均及聚其物钠和盐交聚的丙水联烯溶酸液聚钠呈现丙假塑烯性流酸体性钠质。具有保湿、增稠、皮肤浸润、胶凝 等作用。 目前采用聚乙二醇(PEG)/聚乳酸(或PLGA)嵌段共聚物(PEG/PLA)研究最多，尤其是作为疏水性药物的纳米载体,呈现出良好的应用前景
。
在软膏中用量为1％~4％(水溶液或乳液量)，在巴布 虽然三类树脂均具有良好成膜性，但Tg较高的树脂表现出显著刚性，所形成的膜脆性较大。
第一节 聚乙烯基类高分子
丙烯酸类均聚物和聚丙烯酸钠
毒性
对人体无毒，摄入不消化，对皮肤亦未见刺激 性。单体应小于1%，低聚物应小于5%
丙烯酸单体危害性及安全措施：
R20/21/22： Harmful by inhalation, in contact with skin and if swallowed.-吸入、与皮肤接触和吞食是有害的 R35 R50 S26：In case of contact with eyes, rinse immediately with plenty of water and seek medical advice.-眼睛接触后，立即用大量水冲洗并征 求医生意见 S36/37/39：Wear suitable protective clothing, gloves and eye/face protection.-穿戴适当的防护服、手套和眼睛/面保护 S45、S61
药用合成高分子材料 (2)可修改全文
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机械性质（拉伸强度、柔韧性） ➢除胃崩型树脂和肠溶型树脂1号以外，其他树脂很少能制备 成具有一定拉伸强度和柔韧性的独立薄膜。 ➢通常混合使用树脂或（和）加入增塑剂改善薄膜的机械性能。 溶解性 ➢易溶于甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮、氯仿等极性有机溶剂； ➢水中的溶解性取决与树脂结构中的侧链基团和溶液的 PH值。
加入5个或5个以上乙氧基非离子表面活性剂（羟基给予体）-
--形成氢键-增稠—粘度增加；
乳剂系统中有乳化和稳定双重作用；
稳定性：粉末加热、中和后凝胶水解、氧化、冻熔、高压稳
定，粘度稳定 （Ph、光不稳定） 等。
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（三）卡波姆的应用
黏合剂和包衣材料； 局部外用制剂基质； 乳化剂、增稠剂、助悬剂； 缓控释材料（溶胀—凝胶）。
交联聚丙烯酸钠是一类高吸水树脂材料。它虽 然不溶于水，但能迅速吸收重量达自身数百倍的水 分而充分溶胀。它的化学结构和反应原理如下：
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（二）性能与应用
由于PAA\ PAA-Na及其衍生物的高分子骨架(主 要)是由可电离的羧基阴离子组成，所以它们都有很 强的亲水性。因此PAA\ PAA-Na能溶于水，这主要 是因为: PAA在水中能电离成高分子阴离子和氢离子, 而羧酸阴离子的相互排斥作用有利于大分子卷曲链 的伸展和溶剂化，并且PAA被碱中和形成PAA-Na 后，它的解离程度增加，在水中的溶解度也进一步
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பைடு நூலகம் .
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三 丙烯酸树脂（类）
（ 一）结构、种类与制备
甲基丙烯酸酯、丙烯酸酯、甲基丙烯酸等单体按 照不同比例共聚而成的一大类聚合物（树脂材料）， 主要可作为药物制剂的薄膜包衣。
药用高分子材料——聚氨酯（精）
药用高分子材料——聚氨酯（精）药用高分子材料——聚氨酯聚氨酯弹性体( Polyurethane, 缩写PU ) 是由软链段和硬链段交替镶嵌组成的、含有许多-NHCOO-基团的极性高聚物，通过选择适当的软、硬链段结构及其比例，就可合成出既具有良好的物理机械性能，又具有血液相容性和生物相容性的医用高分子材料。
一、聚氨酯性能及其应用聚氨酯材料具有优异的机械强度、柔韧性、耐磨性以及生物相容性，可用作各种医用导管材料，如输液管、导液管、导尿管等。
与此同时聚氨酯又具有生物相容性及抗凝血性，成为被研究最广的抗凝血医用高分子材料之一。
在临床应用中聚氨酯因其生物相容性好，无致畸变作用，无过敏反应，可解决天然胶乳医用制品固有的“蛋白质过敏”和“致癌物亚硝胺析出”两大难题，从而替代天然橡胶、硅橡胶、α-烯烃橡胶，成为国内外研制人工心脏及其辅助装置的首选材料。
聚氨酯又因其有优良的韧性和弹性，加工性能好，加工方式多样，是制作各类医用弹性体制品的首选材料。
如热塑性聚氨酯弹性体能够通过溶液浇注成型或挤塑、吹塑成型制成薄而韧的薄膜。
这种薄膜具有较高的强度和弹性，良好的透气性、耐药品性、耐微生物、耐辐射性能，可用于多种医疗卫生用途，如灼伤覆盖层、伤口包扎材料、取代缝线的外科手术用拉伸薄膜、用于病人退烧的冷敷冰袋、一次性给药软袋等。
除以上几方面外，聚氨酯又由于其优异的生物相容性，还应用于假牙、肘部和腿部的人工骨或软骨、人工肾、人工肺、人工肝脏的制造；聚氨酯弹性体分离膜已逐渐替代纤维素膜，可将血液与渗析物分离开来。
二、聚氨酯作为生物吸收材料近年来，生物吸收性高分子以其独特的性能引起了科研部门和医学界人士越来越多的兴趣。
经过数十年的研究与临床应用，一些脂肪族聚酯类生物降解材料比如聚乙交酯、聚丙交酯、聚己内酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯等的均聚物或共聚物，已经证明是性能理想的生物吸收材料。
它们的降解产物是人体在新陈代谢过程中本身固有的，其生物无毒性得到了证实。
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（3）化学反应性
聚丙烯酸可以被氢氧化钠中和，也可以被氨水、三乙醇胺、三 乙胺等弱碱性物质中和。多价金属的碱中和聚丙烯酸生成不 溶性盐。 在较高温度下，聚丙烯酸可以与乙二醇、甘油、环氧烷烃等 发生醋键结合并形成交联型水不溶性聚合物。
（4）毒性 二者均无毒
2021/1/11
（三）应用 • 聚丙烯酸和聚丙烯酸钠主要在软膏、乳膏、搽剂、
巴布剂等外用药性，可作黏膜制剂。
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二、交联聚丙烯酸钠
（一）制备 丙烯酸钠聚合而成，呈胶冻状透明的弹性体 （二）性质 高吸水性树脂材料，在水中不溶，但吸水膨胀 吸水机理：羧酸基团的亲水性，使其可吸引与之配对的可动离
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四、丙烯酸树脂
（一）来源
实际上是甲基丙烯酸酯、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,在药剂领域 中常用的薄膜包衣材料.
化学结构： [CH2
CH3 C ]n1
C=O
OH
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[ CH2
R1
C ]n2
C=O
OR2
（二）性质
1.玻璃化转化温度 • 丙烯酸树脂由于甲基和酯側基的含量、酯側基柔性的差异
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• 4.溶解性 • 丙烯酸树脂易溶于甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮和氯仿等
极性有机溶剂，但在水中的溶解性质则取决于树脂结构中的 侧链基团和水溶液pH。 • 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。
肠溶型树脂不溶解且对水分子的渗透有一定的抵抗作用， 适合用作隔离层以阻滞水分或潮湿的空气渗透。
【可编辑全文】医学知识一《药用高分子材料》之药用合成高分子
• 4.溶解性
• 丙烯酸树脂易溶于甲醇、乙醇、异丙醇、丙酮和氯仿等极性 有机溶剂，但在水中的溶解性质则取决于树脂结构中的侧链 基团和水溶液pH。
假 塑 性 越强 流 体 行 为
大分子吸附 固体粒子
（２）黏度和流变性 • 黏性： • 黏度与构象有关． • 分子链越舒展，黏度越大． • PAA及PAA－Ｎa 水溶液 • 属阴离子聚电解质，羧酸根阴离子间静电斥力作用，大分子
伸展，解离度越大－链上电荷密度，黏度越大 • 黏度减小因素： • 降低pＨ值或加入小分子盐 • 本质：－ＣＯＯＨ或－ＣＯＯＮa解离度下降，分子链卷曲，
7.化学性质 聚乙烯醇是结晶性聚合物，玻璃化转变温度约85℃，在1 00℃开始缓缓脱水，干燥及高温脱水时发生分子内和分 子间醚化反应，同时伴有结晶度增加、水溶性下降以及 色泽变化。 聚乙烯醇在化学结构上可以看成交替相隔碳原子上带有羟 基的多元醇。
（三）应用
1．聚乙烯醇的安全性 ① 聚乙烯醇对眼、皮肤无毒、无刺激，是一种安全的外用
（四）、丙烯酸树脂
（1）来源
实际上是甲基丙烯酸酯、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,在药剂领域 中常用的薄膜包衣材料.
化学结构： [CH2
CH3 C ]n1
C=O
OH
[ CH2
R1
C ]n2
C=O
OR2
（2）性质
1.玻璃化转化温度 • 丙烯酸树脂由于甲基和酯侧基的含量、酯侧基柔性的差异，
7.其他应用 聚乙烯醇水凝胶还可作为医用导管材料、伤口敷料、传 感器、软角内膜接触镜、手术缝合线。
药用合成高分子材料
（三）应用：
1、聚乙烯醇作为药物膜片的基材，广泛应用于涂膜剂、 膜剂中。
2、液体、半固体制剂中的应用：
– 聚乙烯醇具有助悬、增稠、增黏剂及在皮肤、毛发表面 成膜等作用，用于糊剂、软膏以及面霜、面膜、发型胶 中，最大用量10%。
VP聚合可采用阳离子聚合、阴离子聚合和自由基聚合方法， 目前采用较多的是以过氧化物为引发剂的自由基聚合方法。 聚合方法常用溶液聚合和悬浮聚合。
增稠效率的比较
100,000
Carbopol® 树脂在很低的 浓度就可产生 很高的粘度
10,000 1,000
Carbopol Polymers
HPMC
Viscosity, (cP)
100
HEC
10 0.0% 0.5% 1.0% 1.5% 2.0% 2.5%
5、黏膜黏附材料
– 利用卡波沫制备粘膜粘附片剂以达到缓释效果，聚合物大 分子链可以与粘膜糖蛋白大分子相互缠绕而维持长时间粘 附作用。与一些水溶性纤维素衍生物配伍使用有更好的效 果。
Carbopol树脂迅速溶胀形成一个凝胶界面，导 致药物缓慢释放
Sharp Advancing Front
Swelling Interface (I)
Thickener Concentration (% Dry Wt.)
3．乳化及其稳定作用
– 卡波沫在乳剂系统中具有乳化和稳定双重作用。一方面 由于其分子中存在亲水与疏水部分，因而具有乳化作用， 另一方面它可在较大范围内调节两相粘度，大部分型号 均可采用，这是卡波沫运用于乳剂系统的最大优点。
4．稳定性
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
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二、糊精
(一) 来源与制法
淀粉
水解
药用高分子材料——聚氨酯(精)
药用高分子材料——聚氨酯聚氨酯弹性体( Polyurethane, 缩写PU ) 是由软链段和硬链段交替镶嵌组成的、含有许多-NHCOO-基团的极性高聚物，通过选择适当的软、硬链段结构及其比例，就可合成出既具有良好的物理机械性能，又具有血液相容性和生物相容性的医用高分子材料。
一、聚氨酯性能及其应用聚氨酯材料具有优异的机械强度、柔韧性、耐磨性以及生物相容性，可用作各种医用导管材料，如输液管、导液管、导尿管等。
与此同时聚氨酯又具有生物相容性及抗凝血性，成为被研究最广的抗凝血医用高分子材料之一。
在临床应用中聚氨酯因其生物相容性好，无致畸变作用，无过敏反应，可解决天然胶乳医用制品固有的“蛋白质过敏”和“致癌物亚硝胺析出”两大难题，从而替代天然橡胶、硅橡胶、α-烯烃橡胶，成为国内外研制人工心脏及其辅助装置的首选材料。
聚氨酯又因其有优良的韧性和弹性，加工性能好，加工方式多样，是制作各类医用弹性体制品的首选材料。
如热塑性聚氨酯弹性体能够通过溶液浇注成型或挤塑、吹塑成型制成薄而韧的薄膜。
这种薄膜具有较高的强度和弹性，良好的透气性、耐药品性、耐微生物、耐辐射性能，可用于多种医疗卫生用途，如灼伤覆盖层、伤口包扎材料、取代缝线的外科手术用拉伸薄膜、用于病人退烧的冷敷冰袋、一次性给药软袋等。
除以上几方面外，聚氨酯又由于其优异的生物相容性，还应用于假牙、肘部和腿部的人工骨或软骨、人工肾、人工肺、人工肝脏的制造；聚氨酯弹性体分离膜已逐渐替代纤维素膜，可将血液与渗析物分离开来。
二、聚氨酯作为生物吸收材料近年来，生物吸收性高分子以其独特的性能引起了科研部门和医学界人士越来越多的兴趣。
经过数十年的研究与临床应用，一些脂肪族聚酯类生物降解材料比如聚乙交酯、聚丙交酯、聚己内酯、聚甲基丙烯酸羟乙酯等的均聚物或共聚物，已经证明是性能理想的生物吸收材料。
它们的降解产物是人体在新陈代谢过程中本身固有的，其生物无毒性得到了证实。
聚氨酯材料作为生物吸收材料的主要问题是异氰酸酯的降解产物胺类具有生物毒性。
药用高分子
天然药用高分子材料及其衍生物
多糖类天然药用高分子
多糖是由多个单糖分子缩合、失水而成，是一类分子机构复杂且庞大的糖 类物质。 多糖 凡符合高分子化合物概念的碳水化合物及其衍生物均称为多糖。 从分子组成单元-糖基分类
均多糖：由一种糖基聚合而成 纤维素、淀粉、甲壳素 杂多糖：含有两种或两种以上的糖基 阿拉伯胶 、果胶、海藻酸
J Mater Sci: Mater Med (2012) 23:1913–1919
甲壳素、壳聚糖
甲壳素被科学家誉为继蛋白质、糖、脂肪、维生 素、矿物质以外的第六生命要素。甲壳素有强化 免疫、降血糖、降血脂、降血压、强化肝脏机能、 活化细胞、调节植物神经系统及内分泌系统等功 能，还可作为保健材料，用于健康无害烟、护肤 产品、保健内衣等。 作为医用生物材料可用于： 医用敷料：甲壳素具有良好的组织相容性，可 灭菌、促进伤口愈合、吸收伤口渗出物且不脱 水收缩 药物缓释剂： 基本为中性，可与任何药物配伍 止血棉、止血剂：在血管内注射高粘度甲壳素， 可形成血栓口愈合剂，使血管闭塞，从而在手 术中达到止血目的，较注射明胶海绵等常规止 血方法，操作容易，感染少。
从多糖形成的聚合糖链形状 直链结构 纤维素 既有直链结构又有支链结构 淀粉、阿拉伯胶
环糊精
环糊精(Cyclodextrin，简称CD)是直链淀粉在由芽孢杆菌产生 的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的 总称，通常含有6~12个D-吡喃葡萄糖单元。其中研究得较多 并且具有重要实际意义的是含有6、7、8个葡萄糖单元的分 子，分别称为alpha -、beta -和gamma -环糊精
药用高分子材料
用途
药物辅料
药物
包装储运材料
1、提高药剂稳定性、药物生物利用度和药效 2、改善药物的成型加工性能 3、改变给药途径、开发新药、实现智能给药 4、实现物料输送、混合、反应、加工、中转 以及产品包装储运与安全使用
医药用高分子材料——聚乳酸(精)
医药用高分子材料——聚乳酸聚乳酸（PAL）也称为聚丙交酯，属于聚酯家族。
它是以乳酸为主要原料聚合得到的聚合物，原料来源充分而且可以再生。
聚乳酸的生产过程无污染，而且产品可以生物降解，实现在自然界中的循环，因此是理想的绿色高分子材料。
聚乳酸作为一种新型的高分子聚合材料有良好的生物相容性和生物降解性，是FDA认可的一类生物降解材料，最终降解产物是二氧化碳和水，对人体无毒、无刺激，因此聚乳酸及其共聚物已经成为生物医用材料中最受重视的材料之一。
20世纪50年代，由丙交酯（LA）开环聚合制得了高分子量的聚乳酸，但由于这类脂肪族聚酯对热和水比较敏感，长时间未引起人们的足够重视。
直到20世纪60年代，科学工作者重新研究PAL对水敏感这一特征时，发现聚乳酸适合作为可降解手术缝合线材料。
1966年，Kulkami等提出低分子量的PAL能够在体内降解，最终的代谢产物是CO2和H2O，中间产物乳酸也是体内正常代谢的产物，不会在体内积累，因此PAL在生物体内降解后不会对生物产生不良影响。
随后报道了高分子量的PAL也能在人体内降解，由此引发了以这类材料作为生物医用材料的开端。
1 聚乳酸及其共聚物在缓释药物中的作用缓释、控释制剂又称为缓释控释给药系统（sustained and controlled release drug delivery system）,不需要频繁给药，能够在较长时间内维持体内有效的药物浓度，从而可以大大提高药效和降低毒副作用[4]。
聚乳酸及其共聚物被用作一些半衰期短、稳定性差、易降解及毒副作用大的药物控释制剂的载体，有效的拓宽了给药的途径，减少了给药的次数和给药量，提高了药物的生物利用度，最大限度的减少药物对全身特别是肝、肾的毒副作用。
高相对分子量聚乳酸用作缓释药物制剂的载体可分为两种:一是使用聚乳酸制作药物胶囊，可有效抑制吞噬细菌的作用，让药物定量持续释放以保持血药相当平稳；另一种是作为-囊膜材料用于药物酶制剂、生物制品微粒及微球的微型包覆膜，更有效控制药物剂量的平稳释放。