温敏水凝胶在药物释放系统中的应用-材科1101李博雅

1、材科1101 02号 李博雅主要内容：一一智能高分子水凝胶的简介智能高分子水凝胶的简介二二温敏水凝胶的性质温敏水凝胶的性质( (以以PNIPAAMPNIPAAM为例为例) )三三温敏水凝胶在药物控释系统中的作用机理温敏水凝胶在药物控释系统中的作用机理四四温敏水凝胶在药物控释系统中的应用温敏水凝胶在药物控释系统中的应用一、智能高分子水凝胶的简介 高分子水凝胶是高分子之间以化学或物理作用力形成的交联结构的溶胀体。高分子凝胶属于智能水凝胶中的一种，能因环境的变化（如温度、PH、电场、磁场等）而发生体积相转变，产生响应性。 什么是高分子水凝胶？一、智能高分子水凝胶的简介 智能高分子水凝胶的相转变智能高

2、分子水凝胶的相转变 溶胀相 收缩相 外界环境因素变化 体积不连续变化外因：温度、外因：温度、PH、光、电等发生变化、光、电等发生变化内因：范德华力、氢键、疏内因：范德华力、氢键、疏 水作用、静电作用等之间的相互组合与竞争水作用、静电作用等之间的相互组合与竞争一、智能高分子水凝胶的简介 智能水凝胶的分类l温敏水凝胶lPH敏感水凝胶l电场敏感水凝胶l光敏感水凝胶l双重敏感水凝胶l其他水凝胶二、温敏水凝胶的性质（以PNIPAAM为例）l定义：温敏水凝胶是由亲水性聚合物形成的网络结构,这种凝胶的溶胀和收缩强烈依赖于温度, 当环境温度发生微小变化时, 水凝胶的体积会随之发生变化, 当达到并超过某临界区域

3、时, 其体积会发生突跃式变化。这一现象称为凝胶的体积相转变, 相应的温度称为相转变温度。l原因：温敏型凝胶之所以能响应温度变化而发生相变(溶胀和收缩), 是因为这种凝胶具有一定比例的疏水和亲水基团， 温度的变化可影响这些基团的疏水作用以及大分子链间的氢键作用, 从而使凝胶结构改变进而发生体积相变。二、温敏水凝胶的性质（以PNIPAAM为例） 在低温时聚合物链中亲水性链段和水分子之间的氢键作用占主导地位, 聚合物因分子链呈伸展状态而形成网状结构, 水分子分散于网络结构中呈溶胀状态; 随着温度的升高, 聚合物链中亲质子链段间的亲质子性作用增强而氢键作用减弱, 综合作用体现为网络结构收缩水分子被挤出

4、, 凝胶收缩.注：TC为相变温度二、温敏水凝胶的性质（以PNIPAAM为例） 目前，聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAAM）的研究应用得到关注。 PNIPAAM水凝胶具有温敏性，是因为水介质中的PNIPAAM分子链在32附近发生亲水性疏水性的反转，这个温度被称为低临界溶解温度（LCST）.二、温敏水凝胶的性质（以PNIPAAM为例） T LCST三、温敏水凝胶在药物控释系统中的作用机理 药物控释系统：l理想的药物控制释放方式是能够在需要的时候将合适的药 物量投放到需要的人体器官l智能型高分子可以对病灶周围的温度等异常变化自动感知，自动释放所需的药物量。l这种脉动式释药模式可以较大程度地发挥药

5、效，同时又可减小药物的副作用，并避免零级释放产生的耐药性。脉动式释药可以模仿人体对激素的释放方式。三、温敏水凝胶在药物控释系统中的作用机理释放方式： 在这个温敏性药物缓释体系中在这个温敏性药物缓释体系中, 亲水性药物被包埋于溶胀的水凝胶之后亲水性药物被包埋于溶胀的水凝胶之后, 当环境温度当环境温度LCST ,水水凝胶发生收缩后向外排水凝胶发生收缩后向外排水, 同时同时将药物派出到环境中将药物派出到环境中, 表现为表现为Fickian 扩散机理。扩散机理。三、温敏水凝胶在药物控释系统中的作用机理释放方式： 在在当环境温度当环境温度LCST 值时值时, 水凝胶的表面会收缩形成一种薄的水凝胶的表面会

6、收缩形成一种薄的致密的皮层致密的皮层, 阻止水凝胶内部的水分和药物向外释放阻止水凝胶内部的水分和药物向外释放, 即即水凝胶处水凝胶处于关于关 的状态的状态。而。而温度温度LCST 时时,皮层溶胀消失皮层溶胀消失, 水凝胶处于开的水凝胶处于开的状态状态, 内部的药物以自由扩散的形式向外恒释放。这就是所谓的内部的药物以自由扩散的形式向外恒释放。这就是所谓的药物释放的药物释放的 开开-关控制模式。关控制模式。 C三、温敏水凝胶在药物释放系统中的作用机理 释放机理：释放机理：四、温敏水凝胶在药物释放系统中的应用 1、控释膜 图中是一种给药装置, 药物贮库由没有渗透性的聚四氟乙烯组成, 在具有释药孔的阀

7、门里, 温敏水凝胶作为控释膜。当温度LCST时,水凝胶收缩, 阀门区有很大的自由空间, 阀门处于开放状态。很明显, 这种具阀给药装置的“ 开一关”控制作用仅对大分子药物较好, 小分子药物即在阀门关闭状态也能通过扩散作用透过膨胀的水胶, 产生一定量的释放。图：有两个阀门的温敏具阀给药装置四、温敏水凝胶在药物释放系统中的应用 2、药物载体 磁性纳米粒加入到了温敏水凝胶中, 然后将其置于交变磁场中, 通过交变磁场使温敏水凝胶中的磁性纳米粒生热来控制水凝胶的溶胀比进而控制水凝胶中药物的释放(如图)。这样就可以利用交变磁场对药物传递系统进行远程控制到达药物脉冲式释放的结果。通过交变磁场控制含磁性粒子凝胶

8、中药物释放四、温敏水凝胶在药物释放系统中的应用 3、抗肿瘤药物 肿瘤已经成为威胁人类健康安全的主要疾病之一, 并且现在对肿瘤的治疗还主要是依赖化疗。但化疗需要很长的化疗周期, 在周期内患者需要定期使用化疗药物, 如果将肿瘤药物包裹于温敏水凝胶内后以液体形式注射到体内, 温敏水凝胶在体内温度下发生相变形成固态凝胶可以起到药物储库的作用使药物缓慢释放, 这就避免了患者频繁的用药。四、温敏水凝胶在药物释放系统中的应用 4、眼部用药 眼部能容纳的药物量少, 加之频繁眨眼运动和流泪及眨眼反射等非常有效的保护机制, 使滴入到眼内的药液迅速从角膜前区域消除, 这大大影响了眼部给药的治疗效果。此外, 大量的药物经鼻泪管进入鼻腔或消化道最终被全身吸收, 增加了诱发不良反应和毒性的风险。眼膏可以延长药物滞留时