溫敏水凝膠在藥物釋放系統(tǒng)中的應用-材科1101李博雅

1、材科1101 02號 李博雅主要內容：一一智能高分子水凝膠的簡介智能高分子水凝膠的簡介二二溫敏水凝膠的性質溫敏水凝膠的性質( (以以PNIPAAMPNIPAAM為例為例) )三三溫敏水凝膠在藥物控釋系統(tǒng)中的作用機理溫敏水凝膠在藥物控釋系統(tǒng)中的作用機理四四溫敏水凝膠在藥物控釋系統(tǒng)中的應用溫敏水凝膠在藥物控釋系統(tǒng)中的應用一、智能高分子水凝膠的簡介 高分子水凝膠是高分子之間以化學或物理作用力形成的交聯結構的溶脹體。高分子凝膠屬于智能水凝膠中的一種，能因環(huán)境的變化（如溫度、PH、電場、磁場等）而發(fā)生體積相轉變，產生響應性。 什么是高分子水凝膠？一、智能高分子水凝膠的簡介 智能高分子水凝膠的相轉變智能高

2、分子水凝膠的相轉變 溶脹相 收縮相 外界環(huán)境因素變化 體積不連續(xù)變化外因：溫度、外因：溫度、PH、光、電等發(fā)生變化、光、電等發(fā)生變化內因：范德華力、氫鍵、疏內因：范德華力、氫鍵、疏 水作用、靜電作用等之間的相互組合與競爭水作用、靜電作用等之間的相互組合與競爭一、智能高分子水凝膠的簡介 智能水凝膠的分類l溫敏水凝膠lPH敏感水凝膠l電場敏感水凝膠l光敏感水凝膠l雙重敏感水凝膠l其他水凝膠二、溫敏水凝膠的性質（以PNIPAAM為例）l定義：溫敏水凝膠是由親水性聚合物形成的網絡結構,這種凝膠的溶脹和收縮強烈依賴于溫度, 當環(huán)境溫度發(fā)生微小變化時, 水凝膠的體積會隨之發(fā)生變化, 當達到并超過某臨界區(qū)域

3、時, 其體積會發(fā)生突躍式變化。這一現象稱為凝膠的體積相轉變, 相應的溫度稱為相轉變溫度。l原因：溫敏型凝膠之所以能響應溫度變化而發(fā)生相變(溶脹和收縮), 是因為這種凝膠具有一定比例的疏水和親水基團， 溫度的變化可影響這些基團的疏水作用以及大分子鏈間的氫鍵作用, 從而使凝膠結構改變進而發(fā)生體積相變。二、溫敏水凝膠的性質（以PNIPAAM為例） 在低溫時聚合物鏈中親水性鏈段和水分子之間的氫鍵作用占主導地位, 聚合物因分子鏈呈伸展狀態(tài)而形成網狀結構, 水分子分散于網絡結構中呈溶脹狀態(tài); 隨著溫度的升高, 聚合物鏈中親質子鏈段間的親質子性作用增強而氫鍵作用減弱, 綜合作用體現為網絡結構收縮水分子被擠出

4、, 凝膠收縮.注：TC為相變溫度二、溫敏水凝膠的性質（以PNIPAAM為例） 目前，聚（N-異丙基丙烯酰胺）（PNIPAAM）的研究應用得到關注。 PNIPAAM水凝膠具有溫敏性，是因為水介質中的PNIPAAM分子鏈在32附近發(fā)生親水性疏水性的反轉，這個溫度被稱為低臨界溶解溫度（LCST）.二、溫敏水凝膠的性質（以PNIPAAM為例） T LCST三、溫敏水凝膠在藥物控釋系統(tǒng)中的作用機理 藥物控釋系統(tǒng)：l理想的藥物控制釋放方式是能夠在需要的時候將合適的藥 物量投放到需要的人體器官l智能型高分子可以對病灶周圍的溫度等異常變化自動感知，自動釋放所需的藥物量。l這種脈動式釋藥模式可以較大程度地發(fā)揮藥

5、效，同時又可減小藥物的副作用，并避免零級釋放產生的耐藥性。脈動式釋藥可以模仿人體對激素的釋放方式。三、溫敏水凝膠在藥物控釋系統(tǒng)中的作用機理釋放方式： 在這個溫敏性藥物緩釋體系中在這個溫敏性藥物緩釋體系中, 親水性藥物被包埋于溶脹的水凝膠之后親水性藥物被包埋于溶脹的水凝膠之后, 當環(huán)境溫度當環(huán)境溫度LCST ,水水凝膠發(fā)生收縮后向外排水凝膠發(fā)生收縮后向外排水, 同時同時將藥物派出到環(huán)境中將藥物派出到環(huán)境中, 表現為表現為Fickian 擴散機理。擴散機理。三、溫敏水凝膠在藥物控釋系統(tǒng)中的作用機理釋放方式： 在在當環(huán)境溫度當環(huán)境溫度LCST 值時值時, 水凝膠的表面會收縮形成一種薄的水凝膠的表面會

6、收縮形成一種薄的致密的皮層致密的皮層, 阻止水凝膠內部的水分和藥物向外釋放阻止水凝膠內部的水分和藥物向外釋放, 即即水凝膠處水凝膠處于關于關 的狀態(tài)的狀態(tài)。而。而溫度溫度LCST 時時,皮層溶脹消失皮層溶脹消失, 水凝膠處于開的水凝膠處于開的狀態(tài)狀態(tài), 內部的藥物以自由擴散的形式向外恒釋放。這就是所謂的內部的藥物以自由擴散的形式向外恒釋放。這就是所謂的藥物釋放的藥物釋放的 開開-關控制模式。關控制模式。 C三、溫敏水凝膠在藥物釋放系統(tǒng)中的作用機理 釋放機理：釋放機理：四、溫敏水凝膠在藥物釋放系統(tǒng)中的應用 1、控釋膜 圖中是一種給藥裝置, 藥物貯庫由沒有滲透性的聚四氟乙烯組成, 在具有釋藥孔的閥

7、門里, 溫敏水凝膠作為控釋膜。當溫度LCST時,水凝膠收縮, 閥門區(qū)有很大的自由空間, 閥門處于開放狀態(tài)。很明顯, 這種具閥給藥裝置的“ 開一關”控制作用僅對大分子藥物較好, 小分子藥物即在閥門關閉狀態(tài)也能通過擴散作用透過膨脹的水膠, 產生一定量的釋放。圖：有兩個閥門的溫敏具閥給藥裝置四、溫敏水凝膠在藥物釋放系統(tǒng)中的應用 2、藥物載體 磁性納米粒加入到了溫敏水凝膠中, 然后將其置于交變磁場中, 通過交變磁場使溫敏水凝膠中的磁性納米粒生熱來控制水凝膠的溶脹比進而控制水凝膠中藥物的釋放(如圖)。這樣就可以利用交變磁場對藥物傳遞系統(tǒng)進行遠程控制到達藥物脈沖式釋放的結果。通過交變磁場控制含磁性粒子凝膠

8、中藥物釋放四、溫敏水凝膠在藥物釋放系統(tǒng)中的應用 3、抗腫瘤藥物 腫瘤已經成為威脅人類健康安全的主要疾病之一, 并且現在對腫瘤的治療還主要是依賴化療。但化療需要很長的化療周期, 在周期內患者需要定期使用化療藥物, 如果將腫瘤藥物包裹于溫敏水凝膠內后以液體形式注射到體內, 溫敏水凝膠在體內溫度下發(fā)生相變形成固態(tài)凝膠可以起到藥物儲庫的作用使藥物緩慢釋放, 這就避免了患者頻繁的用藥。四、溫敏水凝膠在藥物釋放系統(tǒng)中的應用 4、眼部用藥 眼部能容納的藥物量少, 加之頻繁眨眼運動和流淚及眨眼反射等非常有效的保護機制, 使滴入到眼內的藥液迅速從角膜前區(qū)域消除, 這大大影響了眼部給藥的治療效果。此外, 大量的藥物經鼻淚管進入鼻腔或消化道最終被全身吸收, 增加了誘發(fā)不良反應和毒性的風險。眼膏可以延長藥物滯留時