智能高分子材料在智能给药系统中的应用

张浩

摘 要：材料是现代科技生存与发展的基础。智能给药系统作为一种新型给药系统，应用前景很可观，所以本文将系统阐述智能高分子材料的发展现状，并重点分析其在智能给药系统中的应用情况，希望能为在这方面有研究需要的人员提供一定理论参考依据。

关键词：智能高分子材料；智能给药系统；生物传感器；应用

随着科学技术的迅速发展，材料向着智能化、精细化、复合化、高功能化、高性能化方向发展，尤其是智能高分子材料近年来创造出惊人的奇迹。智能材料，通常具备感知、反馈、响应三大基本要素；也具有识别功能、信息处理功能以及执行功能等感知功能；还拥有自我感知能力，集累积传感、驱动和控制功能于一体的特点。高能材料可判断、顺应环境，即根据感知周围环境的变化，适当适时做出相应的反应。本人探讨的高能材料指的是具有感知外界环境变化与自我反馈能力的高分子材料，其渗透速率、反应速率、表面能、形状、相态、或识别性能等也会做出相应变化，进而实现自修复、自适应、自调节、自诊断等一系列反应。另外，部分材料可对诸如磁场、电场、离子强度、PH、温度、光等两种或两种以上此类外界环境刺激因子做出响应。随着高分子材料的智能化发展，人类还有可能逐步实现修补人体缺损，所以关注智能高分子材料在智能给药系统中的应用，有着重要的理论与现实意义。以下将就选取几种重要的智能高分子材料，分析其在智能给药系统中的应用特点。

1 可生物降解的聚酯类与聚对二氧环己酮两亲性共聚物

可生物降解高分子材料，指的是在人体或动物体内的组织、细胞、本酶及体液等作用下，或在生态环境中在微生物的作用下，其化学结构发生一系列反应、变化，出现分子量下降及性能变化的高分子化合物。其中聚酯类的高分子材料研究与应用比较广泛，其成膜性好、生物相容性良好、化学稳定性高、可生物降解且无毒，可用于注射给药。医用可降解材料指的是能用于临床的具有某种医疗器械功能、且在人体内执行完任务后能逐步分解直至最终被人体吸收的材料。在智能给药系统中常见的聚酯类有聚己内酯-聚碳酸酯共混物、聚乳酸-聚乙二醇嵌段共聚物（PLA-PEG）、聚乳酸乙醇酸共聚物（PLGA）、聚酯类有聚乳酸（PLA）等。聚乙交酯及聚羟基乙酸（PGA）是体内可吸收高分子最重要的一个品种，也是生物性聚酯中结构最简单的一个。有关聚乙交酯的合成工艺研究结果也合成了满足符合要求的聚乙交酯[1]。

药物的控制释放为近年来飞速发展的新医用材料技术之一，不仅减少药物的毒副作用，还可有效增加组织对药物的利用效率，进而实现药物的定时、定点释放，这也促使药物控制释放体系的功能化得到更进一步发展。如两亲性聚合物，在药物控制释放载体中由于其特殊的自组装特性得到重视及应用；具有优异的可生物降解性的聚对二氧环己酮两亲性共聚物，药物可随着聚合物基体的降解实现可控的释放，应用前景十分可观。有关研究表明[2]：通过对亲水链段和疏水链段的控制可得到具有不同性能的载药基体材料，可根据不同药物和应用的需求选用；同时目前已成功应用的亲水链段包括：聚乙二醇、聚乙烯醇、大豆蛋白、壳聚糖、淀粉等。

2 药物载体的半合成高分子材料多系纤维素衍生物

此类半合成的智能高分子材料，常用的有羟丙基甲基纤维素（HPMC）、甲基纤维素（MC）、乙基纤维素（EC）、羧甲基纤维素（CMC）等，它们的特点是黏度大、毒性小、成盐后溶解度增大。纤维类类衍生物作为药用辅料，在缓释药物制剂的生产和开发中占据不可忽视的作用，也已在各种类型缓释制剂的辅料中广泛应用；而药用辅料是药物制剂的基础材料和重要组成部分，辅料也多为高分子化合物。在该体系中，纤维素类通常根据要求按设定的速率，一定的时间范围内在体内缓慢释放，即其一般作为药物的载体，控制药物在人体内的释放速率，实现有效治疗的目的。在智能给药系统中，采用适宜的纤维素类衍生物辅料与工艺将药物制成缓释制剂，可提高药效、减少服药次数、降低毒副作用、稳定血药浓度、增加药物吸收程度；简单而言，可助于实现以最小剂量发挥最大疗效。这对于心绞痛、心肌梗塞等缺血性心脏病患者很适用，因为此类患者经常在后半夜或凌晨发病，容易发生突然死亡。若能根据时辰药理学与患者病情定量给药，才有利于发挥药效与预防作用。基于此，有关药物释放系统得到广泛的研究，并取得了一定的成果，如Karavas等[3]制成的非洛地平口服脉冲式双层片，通过设计的时控型药物释放系统实现预防缺血性心脏病的目的。

3 壳聚糖及其衍生物等天然高分子材料的应用

部分合成高分子材料与半合成高分子材料，难以在人体内降解，而且在它们需要通过物理交联或化学共聚才能完成合成，这容易产生中间产物的干扰、有机溶剂残留、环境污染、毒性等问题。天然高分子材料，如壳聚糖（CS）、魔芋葡甘聚糖、胶原质、海藻酸盐、明胶等，具有无毒性、可生物降解、生物相容性良好，使其在智能高分子材料的研究中有着不可替代的地位。其中CS不仅是一种天然高分子多聚糖，且来源丰富，具有良好的生物可降解性、组织相容性、物理化学特性，其药物控释体系及组织工程领域的研究与应用也日益完善与深化。近年来，CS及其衍生物在智能给药系统中的应用研究十分活跃，可见其未来发展潜力十分巨大。另外，虽然CS分子在应用过程中因不溶于一般的有机溶剂和水受到一定限制，但通用其重复单元上的羟基和氨基进行化学改性、如醚化、酰化、羟基化、接枝、交联等作用，可制备出有着不同理化特性的CS衍生物，改善他们的溶解性能，CS的应用范围与领域也得到延伸（如通过引入不同取代基赋予CS更多功能）。在智能给药系统中有关CS及衍生物应用研究进展大致有：（1）单重敏感智能给药系统，如pH 敏感智能给药系统特别适合于口服给药、温度第三智能给药系统，主要是借助温敏水凝胶可逆的溶胀-收缩过程控制药物的释放；其它的葡萄糖敏感智能给药系统、电场敏感智能给药系统、磁场敏感智能给药系统、盐敏感智能给药系统等；（2）多重敏感智能给药系统，在疾病的综合治疗方面有着明显的优越性，这是因为智能高分子载体可对疾病发出的各种生物异常信号做出不同的响应；（3） 生物传感器智能给药系统。智能给药系统可以通过生物传感器将外界参量如物理、化学、机械等参数量转化为电学量或光学量，获取信息，检测某种物质浓度。当前研究比较广泛的是葡萄糖传感器，它是根据电化学的原理测定电极上葡萄糖氧化所产生的微电流来测得葡萄糖的浓，即通过电极表面上修饰葡萄糖氧化酶的方法来制备。

4 结束语

综上所述，智能高分子材料在智能给药系统中的应用越来越广泛，研究也越来越深入，形成了丰富的理论成果与实践效果，其发展前景十分广阔。但当前智能材料还存在免疫原性、刺激性、细胞毒性、生物降解性、生物相容性等问题；智能给药系统的一个共性问题是响应速度过慢，这是由于智能材料对刺激的响应速率较慢、机械强度差等问题的原因，这些都是未来需要解决的重难点。相信随着生物传感器、分子印迹技术超声技术等的发展，智能高分子材料与智能给药系统都将得到更广的发展。

参考文献

[1]杜锡光，陈莉，陈学思.可生物降解医用高分子材料的合成工艺研究[Z].国家科技成果.

[2]四川大学.药物缓释用的可生物降解两亲高分子材料[Z].国家科技成果.

[3]唐明青，刁勇，许瑞安.以壳聚糖为载体的口服基因药物[J].中国生化药物杂志，2009，30（ 2）：139-140.