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1、,4.1 高吸水性树脂4.2 感光性高分子材料简介4.3 导电性高分子材料简介4.4 磁性高分子材料简介4.5 具有分离功能的高分子材料4.6 生物医用高分子材料简介4.7 药用高分子材料简介,第四章 有机高分子类功能材料简介,4.1 高吸水性树脂,4.1.1 概述 高吸水性树脂是一种交联密度很低、不溶于水、高水膨胀性的功能性高分子材料。,4.1.2 高吸水性树脂的结构与吸水性机理,高吸水性树脂聚合物是一类分子中含有极性基团并具有一定交联度的功能高分子，是由化学交联和聚合物分子链间的相互缠绕物理交联构成的三维网络结构。其结构如图示：,交联密度低，水分子容易渗入树脂中使树脂膨胀，进一步亲水而凝胶
2、化，成为高吸水性的状态。但是交联度不能太低，否则就会溶解于水，因此在不溶于水的情况下处于最低交联度的树脂有可能是高吸水性树脂。,吸水性机理,高分子树脂的极性基团则大多是羧基、酰胺基、氨基，磺酸基、磷酸基，亚磺酸基等亲水性基团或者是这些基团的共聚体。高吸水性聚合物吸水前，高分子链相互缠绕在一起；吸水后，聚合物可以看成是高分子电解质组成的离子网络和水的构成物。在这种离子网络中，存在可以移动离子对，它们是由高分子电解质离子组成的。,吸水前后比较,吸水前,吸水后,图中圆点表示极性集团,4.1.3 高吸水性树脂的分类,按原料来源分为:淀粉系、纤维素系、合成聚合物树脂系、蛋白质系、其它天然物及其衍生物系和
3、共混合物及复合物系六大系列。,按亲水类型分为:亲水性单体的聚合反应、疏水性聚合物的羧甲基化反应、疏水性聚合物接枝聚合亲水性单体反应和含腈基、酯基、酰胺基的高分子水解反应四类。,3 按交联的方法分为:用交联剂进行网状化反应、自交联网状化反应、放射性网状化反应和水溶性聚合物导入疏水基或结晶结构反应。,1）高吸水性树脂的合成路线,一是高分子接枝合成反应；包括高分子的接枝共聚反应和侧基反应。它是合成吸水性树脂的主要方法，可以得到支链的吸水剂。二是聚合物的交联反应。,4.1.4 高吸水性树脂的合成,2）高吸水性树脂的合成工艺,实施聚合反应及高分子化学反应的主要方法有均相体系法和非均相体系法。,均相体系法
4、,完全均相体系的反应(丙烯酸类单体的聚合在水解之前或者交联之前的化学反应均可以采用均相聚合反应),不完全均相聚合反应或不完全均相高分子化学反应(像丙烯酸水溶液聚合同时进行交联的反应就属这一类),非均相体系法指的是反应物及其介质不是均相的，而是两相或者是多相的系统。非均相体系法有气-液相体系、气-固相体系、液-液相体系、液-固相体系、固-固相体系及多相体系等。其中如悬浮聚合、悬浮高分子化学反应、乳液聚合等等都是一些常用的方法。,高吸水性树脂的应用,（一）农林方面的应用：土壤保湿、无土栽培；（二）生理卫生方面的应用：尿不湿、卫生巾；（三）石油开采方面的应用：密封、堵漏材料；（四）在生物医药上的应用
5、：药物控制释放；（五）在环境保护上的应用：回收重金属离子；（六）其他方面的应用：食品保鲜、保冷剂等。,高吸水性树脂具有吸水性、保水性、对外界刺激的应答性。大体分为以下几方面的应用：,感光性高分子是指吸收了光能后能在分子内或分子间产生化学、物理变化的一类功能高分子材料。按其输出功能，感光性高分子包括光导电材料、光电转换材料、光能储存材料、光记录材料、光致变色材料和光致抗蚀材料等。,4.2 感光性高分子材料简介,4.2.1 光致抗蚀材料和光致诱蚀材料,光致抗蚀材料:高分子材料经光照辐射后，分子结构从线型可溶性转变为网状不可溶的，从而产生了对溶剂的抗蚀能力。如聚乙烯醇肉桂酸酯光致诱蚀材料：当高分子材
6、料受光照辐射后，感光部分发生光分解反应，从而变为可溶性。如邻重氮醌类化合物。,4.2.2 光致变色高分子材料,在高分子的侧链上引入可逆的变色基团，当受到光照时，基团的化学结构发生变化使其对可见光的吸收波长不同，因而产生颜色的变化，在停止光照后又能回复原来颜色或者用不同波长的光照射能呈现不同颜色等。,如硫代缩氨基脲衍生物与Hg2+络合物是化学分析上应用的灵敏显色剂。在聚丙烯酸类高分子侧链上引入这种硫代缩氨基脲汞的基团，则在光照时由于发生了氢原子转移的互变异构变化，使颜色由黄红色变为蓝色。,应用,光致变色材料用途极其广泛，可制成各种光色护目镜以防止阳光、电焊弧光、激光等对眼睛的损害，作为窗玻璃或窗
7、帘的涂层，可以调节室内光线，在军事上可作为伪装隐蔽色，以及在国防动态图形显示新技术中作为贮存信息等。,电功能高分子材料主要包括导电高分子材料、超导高分子材料、光电导高分子、压电高分子、声电高分子、热电高分子等等。导电高分子材料是指电导率在半导体和导体范围内的高分子材料。按导电原理分为复合型和结构型两大类。结构型导电高分子是指那些分子结构本身能提供载流子从而显示固有”导电性的高分子材料。复合型导电高分子是以绝缘聚合物作基体，与导电性物质(如炭黑、金属粉等)通过各种复合方法而制得的材料，它的导电性是靠混合在其中的导电性物质提供的。,4.3 导电性高分子材料简介,4.3.1 复合型导电高分子材料,原
8、则上，任何高分子都可用作复合型导电高分子材料的基质，导电填料如各种金属粉、炭黑、碳化钨、碳化镍等。一般常见的有以下几种分类方法：按高分子基体材料的性质可分为导电塑料、导电橡胶、导电胶粘剂等；按其电性能可分为半导性材料（1 07 cm）、防静电材料（1 04 1 07 cm）、导电材料（1 07 cm）、高导电材料（1 0-3 cm）等，根据导电填料的不同，可划分为碳系（炭黑、石墨等）、金属系（各种金属粉、纤维、片等）等。,*应用,用作防静电材料、导电涂料、制作电路板、压敏元件、感温元件、电磁被屏蔽材料、半导体薄膜等。以聚烯烃或其共聚物如聚乙烯、聚苯乙烯等为原料加入导电填料、抗氧剂、润滑剂等经混
9、炼加工而制得的聚烯烃类导电塑料可用作电线、高压电缆的半导体层、干电池的电极、集成电路和电子元件的包装材料、仪表外壳、瓦楞板等。,4.3.2 结构型导电高分子材料,分子结构是决定高聚物导电性的内在因素。饱和的非极性高聚物结构本身既不能产生导电离子、也不具备电子电导的结构条件，是最好的电绝缘体。极性高聚物如聚酰胺、聚丙烯腈等的极性基团虽可发生微量的本征解离，但其电阻率仍在1 012 1 015 m之间。一般认为有四类聚合物具有导电性：共轭体系聚合物、电荷转移络合物、金属有机螯合物及高分子电解质。其中除高分子电解质是以离子传导为主外，其余三类均以电子传导为主。,（1）共轭高聚物,共轭聚合物主要是指分
10、子主链中碳碳单键和双键交替排列的聚合物，如聚乙炔等。另外也有碳氮、碳硫、氮硫等共轭体系，如：,由于分子中双键电子的非定域性，这类高聚物大部表现出一定的导电性。,（2）高分子电荷转移络合物,电荷转移络合物是由容易给出电子的电子给体D和容易接受电子的电子受体A之间形成的复合体(CTC)。,当电子不完全转移时，形成络合物II，而完全转移时，则形成III。电子的非定域化，使电子更容易沿着DA分子叠层移动，A-的孤对电子在A分子间跃迁传导，加之在CTC中由于DA键长的动态变化促进电子跃迁，因而CTC具有较高的电导率。,（3）金属有机聚合物,将金属引入聚合物主链即得到金属有机聚合物。由于有机金属基团的存在
11、，使聚合物的电子电导增加。其原因是金属原子的d电子轨道可以和有机结构的电子轨道交叠，从而延伸分子内的电子通道，同时由于d电子轨道比较弥散，其至可以增加分子间的轨道交叠，在结晶的近邻层片间架桥。常见的金属有机聚合物有主链型高分子金属络合物、金属酞菁聚合物及二茂铁型金属有机聚合物等。,（4）高分子电解质,高分子电解质主要有两大类，即阳离子聚合物（如各种聚季铵盐、聚硫盐等）和阴离子聚合物（如聚丙烯酸及其盐等）。其导电性是通过与高分子离子对应的反离子迁移实现的。纯高分子电解质固体的电导率较小，一般在10-10 10-7 Sm。环境湿度对高分子电解质的导电性影响较大，相对湿度越大，高分子电解质越易解离，
12、电导率就越高。高分子电解质的这种电学特性常被用作电子照相、纸张、纤维、塑料、橡胶等的抗静电剂。,除上述电解质外，聚环氧乙烷（PEO）与某些碱金属盐如CsS、NaI等形成的络合物也具有离子导电性，且电导率比一般的高分子电解质要高(10-2 10-3 Sm)。这类络合物常被称为快离子导体，可作为固体电池的电解质隔膜，可反复充电。,*应用,A 导电材料 导电高分子材料最大的潜在市场是被用来制造长距离输电导线。这是因为它具有体积小，重量轻的特点。B 电极材料 1979年首次研制成功了聚乙炔的二次电池。这些电池体积小、容量大、能量密度高、加工简便，因此发展很快。,c 电短波屏蔽和防静电材料,用于电磁波屏
13、蔽和防静电材料的电导率一般在10-2 10-6 Scm。导电聚乙炔薄膜作屏蔽材料。,D 电显示材料,导电聚合物电显示的依据是在电极电压作用下聚合物本身发生电化学反应。使它的氧化态发生变化。在氧化还原反应的同时，聚合物的颜色在可见光区发生明显改变。与液晶显示器相比，这种装置的优点是没有视角的限制。此外，导电聚合物还可以用于半导体领域、生物领域等。有望在光电转换元件、太阳能电池及人工神经的制造中发挥重要的作用。,4.4 磁性高分子材料简介,结构型磁性高分子按基本组成可分为:纯有机磁性高分子和金属有机磁性高分子,4.4.1 磁性高分子材料概述,*,含未成对电子的分子间能产生铁磁相互作用，达到自旋有序
14、化是获得铁磁性高分子的充分和必要条件；分子中应有高自旋态的苯基，含N、NO、O、CN、S等自由基体系或基态为三线态的4电子的环戊二烯基阳离子或苯基双阳离子等；3d电子的Fe、Co、Ni、Mn、Cr、Ru、Os、V、Ti等含双金属有机高分子络合物是顺磁体，若使两个金属离子间结合一个不含未成对电子的有机基团，则可引起磁性离子M1M2间的超交换作用而获铁磁体；,4.4.2 磁性高分子的设计准则,按电荷转移模式设计的对称取代二茂金属(Fe、Co、Ni)及其稠环高分子化合物，与受体TCNE(四氰基乙烯)、TCNQ(四氰基二亚甲基苯醌)、DDQ(二氯二氰基苯醌)、TCNQF4(四氟代TCNQ)等作用可生成
15、电荷转移盐铁磁体，但受体须满足以下条件：a.受体A必须能接受供体D的一个电子，并形成D.+A.+盐；b.受体A必须能从供体D的第二氧化势附近拉出D的第二个电子，形成D+A-D+A-交替排列有序结构。,4.4.3 磁性高分子的应用,根据磁性高分子特有的优异性能，它将广泛应用于以下几方面。(1)高储存信息的新一代记忆材料 利用磁性高分子有可能成膜等特点在亚分子水平上形成均质的高分子磁膜，可大大提高磁记录密度，以开发高储存信息的光盘和磁带等功能性记忆材料。(2)轻质、宽带微波吸收剂 磁性高分子与导电材料复合可制成电、磁双损型的轻质、宽带微波吸波剂，这将在航天、电磁屏蔽和隐身材料等方面获得重要用途。,
16、(3)磁控传感器的开发 利用磁场变化控制温度、溶剂和气体等的传感器件以及受光、热控制的新型电磁流体的开发是磁性高分子重要的应用方向。(4)生物体中的药物定向输送 低密度可任意加工的磁性高分子的诞生，可实现生物体中的药物定向输送和大大提高疗效，并有可能引起医疗事业的一场变革。(5)低磁损高频、微波通讯器件的开发,4.5 具有分离功能的高分子材料,1）概述 离子交换树脂是一类能显示离子交换功能的高分子材料。在其大分子骨架的主链上带有许多基团，这些基因由两种带有相反电荷的离子组成：一种是以化学键结合在主链上的固定离子；另一种是以离子键与固定离子相结合的反离子。反离子可以被离解成为能自由移动的离子，并
17、在一定条件下可与周围的其他同类型离子进行交换。,4.5.1 离子交换树脂,离子交换反应一般是可逆的在一定条件下被交换上的离子可以解吸，使离子交换树脂再生，因而可反复利用。,离子交换树脂的种类很多，分类方法也多种多样。常用的分类方法如下：,（1）根据高分子基体的制备原料(或聚合反应类型)，离子交换树脂可大致分为四类(或两种体系)：,（2）根据物理结构的不同，将离子交换树脂分为凝胶型、大孔型及载体型三类。,(3)按功能基特性来分,2）离子交换树脂的合成方法,一是先合成网状结构的大分子、然后使之溶胀，通过化学反应将交换基团连接到大分子上；例如：,二是先将官能团引入到原料单体上，再聚合或缩聚成聚合物，
18、例如：,A 离子交换 溶液内离子扩散至树脂表面，再由表面扩散到树脂内功能基所带的可交换离子附近，进行离子交换，之后被交换的离子从树脂内部扩散到表面，再扩散到溶液中。,3）离子交换树脂的功能,B 吸附功能,吸附量的大小和吸附的选择性，取决于诸多因素共同作用的结果，其中最主要决定于表面的极性和被吸附物质的极性。吸附是分子间作用力，因此是可逆的，可用适当的溶剂或适当的温度使之解吸。,C 催化作用,离子交换树脂具有很多强极性的交换基团，有很强的亲水性，干燥的离子交换树脂有很强的吸水作用，可做为脱水剂用。吸水性与交联度、化学基团的性质及数量等有关。交联度增加，吸水性下降，树脂的化学基团极性愈强，吸水性愈
19、强。此外，还具有脱色、作载体等功能。,离子交换树脂相当于多元酸和多元碱。也可对许多化学反应起催化作用，如酯的水解、醇解、酸解等。与低分子酸碱相比，离子交换树脂催化剂具有易于分离、不腐蚀设备、不污染环境、产品纯度高、后处理简单等优点。,D 脱水功能,4）离子交换树脂的应用,离子交换树脂在工业上，可用于物质的净化、浓缩、分离、物质离子组成转变、物质脱色以及催化剂等方面，成为许多工业部门和科技领域不可缺少的重要材料之一。,4.5.2 高分子分离膜材料,高分子分离膜的基本功能是从物质群中有选择地透过或输送特定的物质，如分子、离子和电子等。高分子分离膜在对难分离物质的精细分离过程中，由于节能、无公害、投
20、资设备小，在工业及生命工程中具有重要的应用价值。,分类方法,功能膜有多种分类方法：1）按膜材料划分，可分为纤维素酯类和非纤维素酯类（包括无机膜及合成高分子膜）等；2）按膜的分离原理及适用范围分类，又可分为微孔膜、超滤膜、反渗透膜、渗析膜、电渗析膜、渗透蒸发膜等；3）按膜断面的物理形态，又可将其分为对称膜、不对称膜、复合模、平板膜、管式膜、中空纤维膜等。,*,反渗透、超滤、微滤过程都是在压力差推动下的膜分离过程。与气体分离膜的分离机制相同。都是首先在高压侧被分离物质吸附在膜面上，在膜内扩散到低压侧，并在低压侧解吸形成游离态物质。所谓反渗透是指在高分子膜两侧分别放置浓溶液及稀溶液，当在浓溶液侧施加
21、一个足够高的压力(超过渗透压)，则溶剂就会从浓溶液侧透过膜进入稀溶液侧，由于与溶剂的自然渗透方向相反、故称为反渗透。超滤、微滤与反渗透的差别主要在于分离物质尺寸稍大。离子交换膜的分离作用是在电场力（电位差）驱动下，离子在膜内扩散并分离的过程。,*,膜的制作方法较多。其中最实用的是相转化法（流延、纺丝）和复合膜化法。目前，高分子分离膜的发展主要有两个方向：一是开发新型膜材料，如开发耐污染、耐清洗膜，耐压密性、耐热性膜材料等；二是进一步提高膜分离技术的效果及扩大膜分离技术的应用领域，如将膜技术扩展到能量传送方面，如传感膜、热电膜等。,4.6 生物医用高分子材料简介,生物医用材料是指具有特殊性能、特
22、殊功能，用于人工器官外科修复、理疗康复、诊断、检查、治疗疾患等医疗、保健领域而对人体组织、血液不致产生不良影响的材料。,4.6.1 生物医用高分子材料概述,医用高分子材料大致可分为机体外使用与机体内使用两大类。机体外用的材料主要是制备医疗用品。如输液袋、输液管、注射器等。输液袋、管可用卫生级聚氯乙烯制造。由于这些高分子材料成本低、使用方便，现已大量使用。机体内用材料又可分为外科用和内科用两类。外科方面有人工器官、医用粘合剂、整形材料等。内科用的主要是高分子药物。所谓高分子药物，就是具有药效的低分子与高分子载体相综合的药物，它具有长效、稳定的特点。,4.6.2 医用高分子材料的基本特性,1 对医
23、用高分子材料的基本要求,（1）在化学上是隋性的，不会因与体液接触而发生反应；,(2)对人体组织不会引起炎症或异物反应,(3)不会致癌,(4)具有抗血栓性，不会在材料表面凝血,(5)长期植入体内，不会减小机械强度,(6)能经受必要的清洁消毒措施而不产生变性,（7）易于加工成需要的复杂形状,4.6.3 高分子材料在医学领域的应用,（1）高分子人工脏器及部件,根据人工脏器和部件的作用及目前研究进展，可将它们分成五大类。第一类：能永久性地植入人体，完全替代原来脏器或部位的功能，成为人体组织的一部分。属于这一类的有人工血管、人工心脏瓣膜、人工食道、人工气管、人工胆道、人工尿道、人工骨骼、人工关节等。,第
24、二类：在体外使用的较为大型的人工脏器装置、主要作用是在手术过程中暂时替代原有器官的功能。,例如人工肾脏、人工心脏、人工肺等。这类装置的发展方向是小型化和内植化。最终能植入体内完全替代原有脏器的功能。,第三类：功能比较单一，只能部分替代人体脏器的功能，例如入工肝脏等。这类人工脏器的研究方向是多功能化，使其能完全替代人体原有的较为复杂的脏器功能。,第四类：正在进行探索的人工脏器。这是指那些功能特别复杂的脏器，如人工胃、人工子宫等。,第五类：整容性修复材料，如人工耳朵、人工鼻子、人工乳房、假肢等。这些部件一般不具备特殊的生理功能，但能修复人体的残缺部分，使患者重新获得端正的仪表。,2）医用高分子材料
25、的应用,(2)选择透过性膜材料与人工肾、人工肺,目前用人工肾进行血液净化基于以下几种方法：血液透析法(Hemodialysis)；血液过滤法(Hemofiltratio)血液透析过滤法(Hemodiafiltration)；血浆交换法(Plasmaexchange)血液灌流法(Hemoperfusion)等。,(3)人工骨、关节材料,人工骨骼是高分子材料在医学领域中的最早应用。第一例医用高分子是用聚甲基丙烯酸甲酯作为头盖骨。现在，尼龙、聚酯、聚乙烯、聚四氟乙烯都已成功地用作人工骨骼材料。,近年来，人工关节大多是以不锈钢、陶瓷等高强度材料作人工骨、以高分子材料为臼配合而成的。较理想的高分子材料是
26、耐磨性优异的超高分子量聚乙烯(UHMWPE，分子量约300万)。但据报道，临床应用的陶瓷骨均出现不同程度的开裂和断裂，因此，人们将研究的注意力又重新转向骨水泥。,骨水泥是一类传统的骨用粘合剂，1940年就已用于脑外科手术中，几十年来，一直受到医学界和化学界的重视。骨水泥是由单体、聚合物微粒(150-200m)、阻聚剂，促进剂等组成。为了便于x射线造影，还有加入造影剂BaSO4。下表是常用骨水泥的基本组成和配方。,(4)人造皮肤材料,用高亲水性的高分子材料作为人造皮肤，暂时覆盖在深度创伤的创面上，以减少体液的损耗和盐分的丢失，从而达到保护创面的目的。聚乙烯醇微孔薄膜和硅橡胶多孔海绵是制作人造皮肤
27、的两种重要材料。这两种人造皮肤使用时手术简便，抗排异性好，移植成活率高，已应用于临床。聚氨基酸、骨胶原、角蛋白衍生物等天然改性聚合物，都是人造皮肤的良好材料。,医用粘合剂,在外科手术中，医用粘合剂用于某些器官和组织的局部粘合和修补；手术后缝合处微血管渗血的制止；骨科手术小骨骼、关节的结合与定位；齿科手术中用于牙齿的修补。,从医用粘合剂的使用对象和性能要求来区分，可分成两大类：,一类是齿科用粘合剂，另一类则是外科用(或体内用)粘合剂。由于口腔环境与体内环境完全不同，对粘合剂的要求也不相同。此外，齿科粘合剂用于修补牙齿后，通常需要长期保留，因此，要求具有优良的耐久性能。而外科用粘合剂在用于粘合手术
28、创伤后，一旦组织愈合，其作用亦告结束，此时要求其能迅速分解，并排出体外或被人体所吸收。,外科用粘合剂应具备以下的特性：,(i)对人体组织的粘结性要高。(ii)粘结速度快。(iii)能在常温、无压力下粘结。(iv)富有挠屈性和弹性。(v)无毒。(vi)不会引起组织反应。(vii)不会产生血栓。(viii)耐体液性能良好。(ix)分解后易排泄、易吸收。(x)易灭菌。,4.7 药用高分子材料简介,高分子化合物在医药中的应用已有相当长的历史，但早期使用的都是天然高分子化合物，如树胶、动物胶、淀粉、葡萄糖、甚至动物的尸体等。如今，尽管天然高分子药物在医药中仍占有一定的地位，但无论从原料的来源、品种的多样
29、化以及药物本身的物理化学性质和药理作用等方面看，都有一定的局限性，远远满足不了医疗卫生事业发展的需要。,4.7.1 药用高分子材料概述,低分子药物虽然疗效很高，使用方便，但是，其中许多品种却同时存在着很大的副作用。此外，低分子药物通过口服或注射进入人体，在进药后的短时间内，血液中药剂的浓度远远超过治疗所需的浓度好多倍。但是它们在生物体内新陈代谢速度快，半衰期短，易排泄，故随着时间的推延，药剂的浓度很快降低而影响疗效，因而在发病期间要频繁进药。过高的药剂浓度常常带来过敏、急性中毒和其他不希望有的副作用。另一方面，低分子药物对进入体内指定的部位也缺乏选择性，这也是使进药剂量增多、疗效较低的原因之一
30、。,在这种背景下，药用高分子的研究受到了人们的重视。研究发现，高分子药物具有低毒、高效、缓释、长效等特点。它们与血液和肌体的相容性好，在人体内停留时间长。还可通过单体的选择和共聚组分的变化，调节药物的释放速率，达到提高药物的活性、降低毒性和副作用的目的。进入人体后，可有效地到达症患部位。因此，可降低用药剂量，避免频繁进药，在体内保持恒定的药剂浓度，使药物的药理活性持久，提高疗效。,4.7.2 药用高分子的类型和基本性能,1 药用高分子的类型,（1）药用辅助材料：指在药剂制品加工时和为改善药物使用性能所采用的高分子材料。如稀释剂、润滑剂、粘合剂、崩解剂、糖包衣、胶囊壳等。它们本身不具有药理作用，
31、只是在药品的制造和使用中起从属或辅助的作用。严格意义上讲不属于功能高分子的范畴。（2）高分子药物：是依靠连接在聚合物分子链上的药理活性基团或高分子本身的药理作用，进入人体后能与肌体组织发生生理反应，从而产生医疗效果或预防性效果。,按分子结构和制剂的形式，高分子药物可分为三大类：,(1)高分子化的低分子药物，或称高分子载体药物 药效部分是低分子药物，以某种化学方式连接在高分子链上。(2)本身具有药理活性的高分子药物 只有整个高分子链才显示出医药活性，它们相应的低分子模型化合物一般并无药理作用。(3)微胶囊化的低分子药物 起药理活性作用的低分子药物以物理的方式被包裹在高分子膜中，并能透过高分子膜逐
32、渐释放。,2 药用高分子应具备的基本性能,(1)高分子药物本身以及它们的分解产物都应是无毒的，不会引起炎症和组织变异反应，没有致癌性。(2)进入血液系统的药物，不会引起血栓。(3)具有水溶性或亲水性，能在生物体内水解下有药理活性的基团。(4)能有效地到达病灶处，并在病灶处积累。保持一定浓度。,(5)对用于内服的药剂，聚合物主链应不会水解，以便高分子残骸能通过排泄系统被排出体外。如果药物是导入循环系统的，为避免其在体内积累，聚合物主链必须是易分解的，才能排出人体或被入体所吸收。,4.7.3 高分子载体药物,1 低分子药物高分子化的优点,高分子载体药物进入人体后，药理作用通过体液或生物酶的作用发挥
33、出来。因此，与相应的低分子药物相比，高分子载体药物有以下优点：能控制药物缓慢释放，使代谢减速、排泄减少、药性持久、疗效提高；载体能把药物有选择地输送到体内确定部位，并能识别变异细胞；药物稳定性好；药物释放后的载体高分子是无毒的，不会在体内长时间积累，可排出体外或水解后被人体吸收，因此副作用小。,2 低分子药物与高分子的结合方式,林斯道夫(Ringsdorf)等提出，高分子载体药物应具有下图那样的模型。高分子载体药物中应包含四类基团：药理活性基团、连接基团、输送用基团和使整个高分子能溶解的基团。,上述四类基团可通过共聚反应、嵌段反应、接枝反应以及高分子化合物反应等方法结合到聚合物主链上。,4.7
34、.4 药理活性高分子药物,药理活性高分子药物的特点 药理活性高分子药物是真正意义上的高分子药物。它们与高分子载体药物不同，后者高分子链主要起骨架和载体作用，真正起疗效作用的还是低分子药物基团。而药理活性高分子则不同，它们本身具有与人体生理组织作用的物理、化学性质，从而能克服肌体的功能障碍，治愈人体组织的病变。,4.7.5 药物微胶囊,1 微胶囊和药物微胶囊的基本概念 所谓微胶囊，是指以高分子膜为外壳、在其中包有被保护或被密封的物质的微小包覆物。世界上第一个微胶囊专利也就是鱼肝油微胶囊。微胶囊颗粒的尺寸范围在零点几微米至几千微米之间，一般为5200m。微胶囊内被包裹的物质通常称为芯(core)、
35、核(nucleus)、或填充物(fill)，外壁称为皮(skin)、壳(shell)或保护膜(protective foil)。微胶囊中所包裹的物质，可以是液体、固体粉末，也可以是气体。,由于应用目的和制造工艺的不同，微胶囊的大小、形状可有很大变化，其包裹形式也有多种。常见的有以下几种类型。,微胶囊在工农业生产、日常生活中有十分广泛的用途。例如，将无色染料包在微胶囊内，然后涂布在酸性底基的纸上。书写时，压力将微胶囊压破。无色染料遇酸而显色。这就是无碳复写纸的工作原理。将环氧树脂的固化剂微波囊化混于环氧树脂中，可构成单组分环氧树脂粘合剂。粘合时，在外压作用下，微胶囊外壳破裂，固化剂与环氧树脂相接
36、触而固化。把香料、驱蚊剂等的微胶囊混入内墙涂料中，依靠微胶囊外壳聚合物的渗透作用将香料、驱蚊剂逐渐释放出来，成为具有长效芳香、驱蚊作用的涂料。把农药、化肥微胶囊化则可得长效缓释农药、化肥。药物的微胶囊化，也是微胶囊技术的一个重要应用领域。,药物的微胶囊化，就是将细微的药物颗粒用高分子膜保护起来形成的微小胶囊物。它是一种复合物，真正起药理作用的仍是低分子药物。药物微胶囊的优点：避免了药物与人体的直接接触，药物只有通过对聚合物壁的渗透或聚合物膜在人体内被浸蚀、溶解后才能逐渐释放出来。因此能够延缓、控制药物释放速度，掩蔽药物的刺激性、毒性、苦味等不良性质，提高药物的疗效。此外，经微胶囊化的药物，与空
37、气隔绝，能有效防止药物贮存过程中的氧化、吸潮、变色等不良反应，增加贮存稳定性。,用作药物微胶囊膜的高分子材料,可用作微胶囊膜的材料很多，有无机材料，也有有机材料，而应用最普遍的是高分子材料。从理论上讲，任何可成膜的高分子材料都可用于制备微胶囊。但在实际应用时，要考虑芯材的物理、化学性质，如溶解性、亲油亲水性等，因此真正能用作微胶囊膜的高分子材料并不是很多。目前已实际应用的高分子材料中，天然的高聚物有骨胶、明胶、阿拉伯树胶、琼脂、海藻酸钠、鹿角菜胶、葡聚糖硫酸盐等。半合成的高聚物有乙基纤维素、硝基纤维素、羧甲基纤维素、醋酸纤维素等。应用较多的合成高聚物有聚葡萄糖酸、聚乳酸、乳酸与氨基酸的共聚物、
38、甲基丙烯酸甲酯与甲基丙烯酸 羟乙酯的共聚物等。,作为药物微胶囊的包裹材料，一般应满足以下几个条件：,(1)无毒；(2)不会致癌，不会引起人体组织的病变；(3)不会与药物发生化学反应，而改变药物酌性质；(4)能使药物渗透，或能在人体中溶解或水解使药物能以一定方式释放出来。,3 药物微胶囊的制备方法,(1)化学方法 包括界面聚合法、原位聚合法、聚合物快速不溶解法等。(2)物理化学方法 包括水溶液中相分离法、有机溶剂中相分离法、溶液中干燥法、溶液蒸发法、粉末床法等。(3)物理方法 空气悬浮涂层法、喷雾干燥法、真空喷涂法、静电气溶胶法、多孔离心法等。其中物理方法需要较复杂的设备，投资较大，因而化学方法
39、和物理化学方法应用较多。,4 药物微胶囊的应用,聚乳酸是一种性能优异的医用高分子材料，无毒，无炎症和过敏反应，在体内降解成无毒的乳酸，并进一步代谢成二氧化碳和水。,聚乳酸在动物体内约四星期后开始降解。用聚乳酸作微胶囊膜材料包埋抗癌药物丝裂霉素C，以患肉瘤和乳腺癌的老鼠为试验对象，一次抗药量为20mgkg体重，十天投药一次。结果癌细胞抑制率达85，而未采用微胶囊型药物供药的，75死亡。可见微胶囊药物的缓释性使毒性降低，疗效增加。,再如：,微胶囊技术在固定化酶制备中有明显的优越性。过去，酶固定化的技术是将酶包裹于冻胶中，或通过酶上的活性基团(如羟基、胺基等)，以共价键的形式与载体连接。但这些方法都会在一定程度上降低甚至失去酶的活性，而采用微胶囊技术后，由于酶包埋在微胶囊中，活性不会发生任何变化，使效力大大提高。,掌握,1 高吸水性树脂的结构与吸水性机理2 什么是感光性高分子，包括哪些3 对医用高分子材料的基本要求4 药用高分子应具备的基本性能,
