药用高分子材料学复习资料

1、绪论1、药用高分子材料是具有生物相容性且经过安全性评价的应用于药物制剂的一类高分子辅料。2、高分子材料在药物制剂中的用途 药物制剂的辅料 高分子前体药物药物制剂的包装材料 高分子结构合成化学反应1、重复单元(Repeating unit)是高分子链的基本组成单位。链节（1ink ）形成结构单元的小分子化合物称为单体(Monomer)，单体是合成聚合物的原料。n为重复单元数，又称聚合度（degree of polymerization ）简称DP，平均值，衡量高分子的一个指标 聚合物的分子量 M= M0×DP2、均聚物：一种单体聚合而成的聚合物。 共聚物：有两种或两种以上单体聚合而成的

2、聚合物。3、加聚与缩聚的区别 加聚：由单体加成而聚合起来的反应。无小分子生成。重复单元等于单体。 缩聚：单体间缩合脱去小分子而形成聚合物的反应。有小分子生成。重复单元不等于单体。4、高分子化合物与小分子的区别· 巨大的分子量（104107）。· 分子间作用力。· 无沸点，不能汽化，多以固体或粘稠液体形式存在。· 独特的物理-力学性能。· 大多数高分子具有机械强度。· 多分散性，具有平均值的概念。· 溶解前要经过溶胀过程，较小分子难溶。5、高分子化合物分类 按工艺和使用分类：塑料、橡胶和纤维 按高分子主链结构分类：有机高分子、

3、元素有机高分子、无机高分子 按聚合反应分类：均聚物与共聚物 按分子形态分类：线型高分子(高压)、支化高分子（低压）、体型高分子、星型高分子、梳型高分子6、高分子的命名 习惯命名：淀粉、纤维素 按单体名称命名：聚乙烯、聚丙烯 商品名：硅油、普流罗尼系统命名1 找全所有结构单元形式。2 排次序，确定重复结构单元。3 按有机小分子的IUPAC命名规则命名重复结构单元。4 在重复结构单元名称前加上“聚”。英文缩写：PE,PVP,PLGA,PEG(PEO),PS,PVA7、高分子结构 分子内结构：近程结构（一次结构）：是指单个大分子链结构单元的化学结构和立体化学结构（化学结构） 远程结构（二次结构）：分

4、子大小、构象。 分子间结构（聚集态）：晶态、非晶态、织态、取向8、高分子链的近程结构v 结构单元的化学组成 v 键接方式 头头连接、尾尾连接、头尾连接 无规共聚、交替共聚、嵌段共聚、接枝共聚v 空间排列 间规共聚物，等规共聚为，无规共聚物v 支化v 交联 支链、交联、互穿、端基9、高分子的柔性 主链因素：CO、CN、SiO键比CC键容易旋转；双键使得相邻的键容易旋转；共轭双键不易旋转 侧链：侧链的存在一般降低柔性，而且侧链越强柔性降低愈多。当侧链对称时柔性增加。 交联 温度10、高分子的聚集状态 结晶态与非结晶态共存， Tcmax=0.85Tm11、影响结晶的因素 对称性 越高越容易结晶链规整

5、性 越高越容易结晶分子间作用力：分子间相互作用较强的聚合物链的柔性较差，不易结晶温度支化12、取向模型取向：在外力作用下，分子链沿外力方向平行排列形成的结构。分子取向 单轴 ：单方向 双轴：互相垂直整链：大尺寸取向链段：小尺寸取向性能变化 机械强度在取向方向增大 应力和收缩13、织态结构 织态结构：不同聚合物之间或聚合物与其他成分之间堆砌排列问题 共混：两种或两种以上的高分子材料加以物理混合的过程 高分子合金：共混聚合物，嵌段聚合物和接枝聚合物 内聚能：1mol分子聚集在一起的能量。（内聚能越相近越容易共混，比例越相近越不易）14、聚合反应 分为连锁聚合、逐步聚合连锁聚合：由引发，增长，终止等

6、基元反应所构成的聚合反应。烯类加聚（自由基、离子） 逐步聚合：大分子形成的过程是逐步性的，分子量逐步增加。（缩聚）15、自由基聚合反应与阴离子型聚合反应有什么区别 活性中心： 自由基，阴离子 引发剂种类 自由基聚合： 采用受热易产生自由基的物质作为引发剂。包括偶氮类：过氧类，氧化还原体系 （易于分解、自由基活性高）阴离子聚合： 采用易产生活性离子的物质作引发剂。亲核试剂，主要是碱金属及其有机化合物 单体结构： 自由基聚合：带有弱吸电子基的乙烯基单体 阴离子聚合：带有强吸电子取代基的烯类单体 聚合机理： 自由基聚合：有终止反应和链转移反应 阴离子聚合：往往无链终止反应和链转移反应，添加其它试剂终

7、止 机理特征： 自由基聚合：慢引发、快增长、速终止 阴离子聚合：快引发、快增长、无终止 溶剂的影响：自由基聚合：溶剂只参与链转移反应 阴离子聚合：溶剂的极性和溶剂化能力，影响聚合反应速率和产物的立构规整性。 反应温度： 自由基聚合：取决于引发剂的分解温度50 -80 阴离子聚合：引发活化能很小。为防止链转移、重排等副反应，在低温聚合。 阻聚剂种类 自由基聚合：苯醌、氧 阴离子聚合：极性物质水、醇，酸性物质，CO2 16论述线型缩聚反应的特点 （1）逐步性： 缩聚反应没有特定的活性中心反应体系中存在着分子量递增的一系列中间产物;延长聚合时间主要目的在于提高产物聚合度 官能团的反应活性只与官能团的

8、种类有关，而与所连接的分子链的长短无关。 （2）成环性：缩聚反应通常在较高温度和较长时间内方能完成， 往往伴有一些副反应，成环反应就是其副反应之一。成环反应和成线反应是一对竞争反应，其与环的大小、分子链柔性、温度及反应物浓度有关。 （3）平衡反应。17、反应程度 指参加反应的官能团数目（N）与初始官能团数目(N0)的比值。P 18、凝胶化现象 反应达到一定程度时，体系黏度突然上升，以致出现不溶的凝胶，称为凝胶化现象。19、聚合反应 本体聚合、溶液聚合、乳液聚合、悬液聚合（珠状聚合）、界面缩聚、辐射聚合 缩聚：本体聚合、溶液聚合、界面缩聚20、聚合物的化学反应 根据聚合度和侧基或端基的变化，聚合

9、物的化学反应,可分为三类: 聚合度基本不变（端基）聚合度变大（交联）聚合度变小（降解、解聚）21、影响官能团反应能力的因素结晶效应溶解度效应临近基团效应几率效应立构效应22、聚合物的降解与老化 聚合物降解是指在热、光、机器力、化学试剂、微生物等外界因素作用下。聚合物发生分子链无规断裂，侧基和低分子的消除等反应，致使聚合度和分子量下降的现象。23、热降解 解聚 末端，链增长的逆反应，端基断裂，得到产物是原来单体及低聚物。 无规断裂 取代基的消除24、其他降解 光降解、机械降解、化学试剂分解25、生物降解反应 聚合物在生物环境中（水、酶、微生物等作用下）大分子的完整性受到破坏，产生碎片或其他降解产

10、物的现象。（分子量下降） 26、化学降解 主链上不稳定键的断裂 侧链断裂 交联键断裂27、物理降解 表面降解（非均匀降解）、本体降解（均匀降解）28、影响降解的因素· 化学键的类型· 结晶度和分子量· 亲水性和疏水性· pH· 共聚物的组成· 酶降解· 残留单体和其他水分子物质的存在· 其它因素29、聚合物使用中存在老化现象（遮光剂、抗氧化剂）30、生物降解聚合物用于缓控释制剂物理性质Ø 分子量及多分散性Ø 玻璃化温度 玻璃化温度应大于37Ø 机械强度 Ø 溶解性 Ø

11、; 渗透性Ø 可灭菌性Ø 载药量要适当，一般可加至305031、相对分子质量（分子量大，多分散） 数均相对分子质量、重均相对分子质量、黏均相对分子质量 32、分子量及分子量分布测定方法端基 Mn 104 黏度法 M 104 107光散射法 Mw 104 107 凝胶色谱法 （分子量分布）高分子材料的物理化学性质1、 溶解与溶胀溶胀：溶剂分子渗入高分子内部，使其体积膨胀。溶胀度：一定温度下，单位重量或体积的凝胶所能吸收液体的极限量 分为有限溶胀和无线溶胀2、 影响溶解的因素分子量大，溶解度小交联度大，溶解度小与聚集态有关，非晶态溶解度大晶态聚合物，先破坏晶格，方能溶解分子量相

12、同的聚合物，支链的比线型的更易溶解 吉布斯能小于零才能溶解3、 溶剂的选择原则溶剂参数原则（非极性） 极性相似原则（极性） 溶剂化原则4、为什么极性结晶高聚物的溶解，除了用加热方法使其溶解之外，也可在常温下加强极性溶剂使之溶解？ 因为极性结晶聚合物中的非晶相部分与强极性溶剂接触时，产生放热效应，放出的热使结晶部分晶格被破坏，然后被破坏的晶相部分就可与溶剂作用而逐步溶解。 5、高分子运动的特点v 运动单元的多重性v 高分子热运动是松弛过程，它具有时间的依赖性v 高分子热运动与温度有关6、高分子的物理状态 玻璃态、高弹态、粘流态7、玻璃态转变温度 聚合物在玻璃态和高弹态之间的转变称为玻璃化转变，其

13、对应的转变温度称为玻璃化转变温度，通常以Tg表示。8、高分子的热一形变曲线图中分为五个区,分别为玻璃态、玻璃化转变区、高弹态 、粘流转变区、粘流态 9、影响Tg因素p 主链p 取代基的空间位阻和侧链的柔性p 分子间作用力 l 侧链的极性l 氢键l 离子键§ 共聚无规共聚: 一个Tg 均聚物之间接枝/嵌段共聚: 相容，一个Tg§ 交联 § 分子量§ 增塑剂（减小） 10、粘流温度（Tf）11、聚合物粘性流动的特点 高分子流动是通过链段的位移运动来完成的 高分子流动不符合牛顿流体的流动规律 高分子流动时伴有高弹形变 12、弹性模量 应变:材料在受外力作用而又

14、不产生惯性移动时,物体响应外力所产生的形变称为应变 应力:材料变形时,其内部产生与外力相抗衡的力,称为应力 弹性模量(杨氏模量)=应力/应变13、粘弹性蠕变、应力松弛、内耗14、凝胶（gel） 是一类溶胀的三维网状高分子15、凝胶的分类 根据交联键性质的不同分为：化学凝胶，不熔融，又称不可逆凝胶；物理凝胶，可溶解，又称可逆凝胶。 根据凝胶中含液量的多少分为冻胶，液体含量多和干凝胶，液体含量少16、胶凝作用 高分子溶液转变为凝胶的过程称为胶凝作用 影响因素 高分子溶液浓度、温度和电解质类型与含量17、凝胶的性质 触变性 凝胶与溶胶相互转化的过程称为触变性溶胀性 凝胶吸收液体后自身体积明显增大的现

15、象脱水收缩性 凝胶在低蒸气压下保存，液体缓慢地自动从凝胶中分离出来的现象透过性 凝胶与流体性质相似，可以作为扩散介质18、水凝胶 是一种能在水中显著溶胀，并保留大量水分的亲水性凝胶（普通水凝胶、智能水凝胶）19、药物通过聚合物的扩散 储库装置、骨架装置20、Fick第一定律J=D dc/dx J溶质流量 C溶质浓度 x垂直于有效扩散面积的位移 D 溶质扩散系数 21、药物的非Fick扩散 非Fick扩散主要发生在玻璃态的亲水聚合物体系药用天然高分子材料一、淀粉多个葡萄糖分子以-1，4-糖苷键首尾相连而成,在空间呈螺旋状结构1、直链淀粉以-1,4苷键连接的葡萄糖单元线性聚合物分子量为3.2*10

16、4-1.6*105，相当于聚合度n为200-980直链淀粉由于分子内氢键作用，链卷曲成螺旋形每个螺旋圈大约有6个葡萄糖单元 2、支链淀粉 由D-葡萄糖聚合而成分支状淀粉支链淀粉的分子量较大，是直链淀粉的3倍以上根据分支程度的不同，平均分子量范围在1000万-2亿，相当于聚合度为5万-100万一般认为每隔15个单元，就有一个-1,6苷键接出的分支 小分支>50, 形状如高粱穗3、结构性质 淀粉为半结晶聚合物线性直链淀粉分子为无定型支链淀粉为部分结晶淀粉颗粒中的结晶区域散布于连续的无定型之中（双折射现象）4、 溶解性 不溶于乙醇、多数有机溶剂和水直链淀粉 又称可溶性淀粉，溶于热水后成胶体溶液

17、，容易被人体消化支链淀粉 不溶于热水中5、预胶化（糊化）在60-70具有从结晶向无定型的转变的过程叫做胶化，胶化温度是一个临界点长时间存放后出现不透明甚至沉淀的现象称为老化6、 显色反应淀粉遇碘呈蓝色非化学反应直链淀粉为蓝色支链淀粉为紫红色由于碘分子进入淀粉螺旋圈中央空穴内，通过范德华力，形成淀粉-碘络合物7、应用 主要可作为粘合剂、稀释剂和崩解剂8、淀粉崩解作用机理 与水接触后膨胀，直链淀粉是淀粉膨胀崩解性质的成分(螺旋线形) 淀粉的毛细管作用 颗粒与颗粒之间的排斥力与淀粉的亲水性质 崩解能力弱二、淀粉衍生物名称主要应用性质结构备注预胶化淀粉粘合剂（直接压片）有干粘合作用颗粒表面有裂隙凹隙崩

18、解剂（全预胶化没有）、稀释剂羧甲基淀粉钠CMSNa超级崩解剂（直接压片）吸水膨胀300倍疏水辅料（润滑剂）对其崩解作用影响小,少见三、纤维素葡萄糖残基通过ß-1，4糖苷键连接而成纤维素为直链聚合物，结晶性强性质：化学反应性、氢键作用、吸湿性、溶胀性、机械降解特性、可水解性名称主要应用性质结构备注粉状纤维素稀释剂，助悬剂，助流剂纤维素通性良好的可压性与氧化剂配伍禁忌微晶纤维素（MCC）粘合剂、吸附剂、稀释剂（直接压片）、崩解剂可压性、粘合作用、崩解作用四、纤维素衍生物名称主要应用性质结构备注醋酸纤维酯（CA）缓释包衣（缓控释骨架片直接压片）吸湿性差，耐热性好部分或全部羟基乙酰化的纤维素

19、乙酰基的存在使得亲水性下降，水渗透性下降醋酸纤维素酞酸酯（CAP）肠溶包衣有一定的吸湿性，溶于某些pH6.0的缓冲液一半的羟基被乙酰化，取代度约为1四分之一的羟基被钛酰基酯化（有一个游离的羧基）1、作为肠溶包衣材料一般在其中加入酞酸二乙酯作为增塑剂（增塑剂要经过筛选 选）2、在用混合溶剂时，重要的是先要将CAP溶解于溶解度较大的溶剂，然后再加入第二种溶剂；一定要将CAP加入至溶剂中，而不能反过来加羧甲基纤维素钠（CMCNa）粘合剂、助悬剂有增粘的特性吸水性强在任何温度的水中均易于分散水溶液在pH 210稳定，在2以下发生沉淀，在10以上溶液粘度迅速下降，通常在 pH 79粘度最大交联羧甲基纤维

20、素钠（CCNa）超级崩解剂（直接压片）吸水膨胀4-8倍交联后的CMCNa甲基纤维素（MC）粘合剂、普通包衣，助悬剂有一定粘性高粘度的MC课改进崩解性乙基纤维素(EC)疏水包衣材料不溶于水水分散体不须有机溶剂羟丙基纤维素（HPC）38以下易溶于水，热水不溶低取代羟丙基纤维素（L-HPC）超级崩解剂（直接压片）不溶于水，但能在水中溶胀（5-7倍）低取代的HPC羟丙基甲基纤维素（HPMC）E型用于普通薄膜包衣 K型用于缓释剂型F型用于混悬液粘合剂（始发干法）粘性，良好的成膜性前两位数字代表甲氧基的大致百分比后两位数字代表羟丙基的大致百分数羟丙基甲基纤维素钛酸酯（HPMCP）肠溶包衣在pH5.0-5.

21、8以上的缓冲液中能溶解，能溶胀并迅速溶解于小肠上段是将纤维素分子上的一些羟基甲醚化、2-羟丙醚化或邻苯二甲酰酯五、其它天然药用高分子材料名称主要应用性质结构备注阿拉伯胶助悬剂、乳化剂、粘合剂粘性、表面活性剂明胶囊材片剂包衣的隔离层材料。明胶的溶胀和溶解性明胶溶液可因温度降低而形成具有一定硬度、不能流动的凝胶分为酸法明胶（A型）和碱法明胶（B型）等电点以上带负电，以下带正电（和阿拉伯胶做微囊）在等电点时，溶胀吸水量最小瓜尔豆胶助悬剂、粘合剂、崩解剂、增稠剂瓜尔豆胶比淀粉有5-8 倍的增稠应用量为1%-10%壳多糖N-乙酰- 氨基葡萄糖以-1,4- 苷键结合而成的一种氨基多糖又称甲壳素、几丁质仅次

22、纤维素的天然来源聚合物脱乙酰壳多糖（壳聚糖）植入剂生物生理适应性、生物可完全降解性和生物相容性是壳多糖在碱性条件下，脱乙酰基后的水解产物稀释剂、控释制剂载体和膜材手术的缝合材料微囊和微球的囊材药用合成高分子名称主要应用性质结构备注聚丙烯酸（PPA）聚丙烯酸钠（PPA-Na）PAA及钠盐的水溶液呈现假塑性流体性交联聚丙烯酸钠巴布剂的基质软膏或乳膏的水性基质吸水机理与其聚电解质性质有关，而非一般的毛细管现象水中不溶但可以溶胀高吸水性树脂卡波沫（Carbomer）粘合剂、包衣材料、外用基质、乳化剂、增稠剂、助悬剂、缓释控释材（卡波沫完全水化时，其内部的渗透压使结构破裂降低了凝胶密度，但仍能保持完整性

23、）生物粘附剂溶解、溶胀及凝胶特性用碱中和时，在水、醇中逐渐溶解，粘度迅速增大粘性特征乳化及稳定作用分子中存在的大量羧基基团低浓度时形成澄明溶液高浓度时形成具有一定强度和弹性的半透明状凝胶pH<3或pH >12 粘度显著降低pH在6-11之间达到最大粘度或稠度且十分稳定高pH时粘度反而下降：过多的中和剂起抑制解离的作用丙烯酸树脂（Eudragit）E胃溶包衣（胃溶型）L S肠溶包衣（肠溶型）RL RS控释包衣（渗透型）Tg肠溶型>渗透型>胃溶型（与丙烯酸酯比例有关）性质-最低成膜温度（MFT）丙烯酸酯比例越高， MFT越低E丙烯酸酯比例最高RL RS丙烯酸酯比例次之L S

24、丙烯酸酯比例最低丙烯酸酯的作用如同内增塑剂RL RS包衣要加入增塑剂聚乙烯醇（PVA）膜剂的成膜材料、增粘剂具有强的亲水性，溶于热水或冷水中具有良好的成膜性能聚醋酸乙烯醇解PVA特征值：聚合度+醇解度聚维酮（PVP）粘合剂（干粘合剂）、包衣材料、增溶剂、固体分散体载体、致孔剂易溶于水交联聚维酮（PVPP）超级崩解剂吸水膨胀1.52倍乙烯-醋酸乙烯（酯）共聚物（EVA）植入剂、经皮给药的控释膜或背衬柔韧性好聚乙二醇（PEG）注射剂溶剂（300 400 600）栓剂基质4000 6000固体分散体、滴丸基质（固态PEG）水溶性润滑剂：PEG4000-6000软胶囊稀释剂：PEG300-600具有微

25、弱的表面活性低粘度浊点(昙点)：聚乙二醇水溶液发生混浊或沉淀的温度，亦称沉淀温度。1000以上常温为固体聚氧乙烯蓖麻油衍生物乳化剂、润湿剂、增溶剂表面活性剂昙点泊洛沙姆（聚氧乙烯/聚氧丙烯共聚物）唯一合成静注用乳化剂亲水基质增溶剂、乳化剂凝胶作用凝胶化作用是泊洛沙姆分子间形成氢键的结果表面活性剂在poloxamer后附以三位数字组成的编号，前二位数为聚氧丙烯链段的分子量，后一位数为聚氧乙烯链段分子量在共聚物中所占比例。昙点二甲基硅油润滑作用抗静电硅膜硅橡胶人工器官生物不降解PLGA（聚乳酸羟基乙酸共聚物）注射用微球给药系统载体的首选骨架材料生物相容性生物降解性由乳酸（LA）和羟基乙酸（GA）经

26、缩聚反应制得亲水性随着聚合物中GA单元数的增加而增加六、药用高分子制品1、压敏胶PSA分类 丙烯酸酯压敏胶（国际通用水性丙烯酸酯压敏胶）、硅橡胶压敏胶、聚异丁烯类压敏胶（我国主要使用） 新型压敏胶（水凝胶型）质量要求 初粘性、剥离强度、剪切强度2、离子交换树脂（1） 分类 阳离子交换树脂：聚合物链上的酸性基团-SO3-、-COO-、- PO32-负电性基团阴离子交换树脂：聚合物链上碱性基团-NH3+、-NH2+、-NH+正电性基团（2）重要特征参数A、交换容量 离子交换树脂具有的交换反离子的能力，包括聚合物链结构中所有荷电基团或可能荷电基团的总交换能力表示方法n 重量交换容量（mmol/g干树脂）n 体积交换容量（mmol/ml湿树脂）实际有效交换容量取决于 聚合物的聚合度和聚合物的物理结构B、酸碱强度聚合物酸碱强度显著影响树脂载药速度药物从胃肠液中释放的速度C、溶胀度、交联度、粒径、孔隙率（3）口服药物树脂液体控释系统-特点特点采取特殊浸渍技术和微囊化技术使其不同于一般药物树脂, 在存贮期间及在胃肠道中不发生因树脂膨胀、控释膜破裂而出现药物的“崩释”现象药物的释放不依赖于肠道的pH 值、酶活性、温度以及胃肠液的体积, 另外, 由于胃肠液