智能高分子材料在智能給藥系統中的應用

張浩

摘 要：材料是現代科技生存與發展的基礎。智能給藥系統作為一種新型給藥系統，應用前景很可觀，所以本文將系統闡述智能高分子材料的發展現狀，并重點分析其在智能給藥系統中的應用情況，希望能為在這方面有研究需要的人員提供一定理論參考依據。

關鍵詞：智能高分子材料；智能給藥系統；生物傳感器；應用

隨著科學技術的迅速發展，材料向著智能化、精細化、復合化、高功能化、高性能化方向發展，尤其是智能高分子材料近年來創造出驚人的奇跡。智能材料，通常具備感知、反饋、響應三大基本要素；也具有識別功能、信息處理功能以及執行功能等感知功能；還擁有自我感知能力，集累積傳感、驅動和控制功能于一體的特點。高能材料可判斷、順應環境，即根據感知周圍環境的變化，適當適時做出相應的反應。本人探討的高能材料指的是具有感知外界環境變化與自我反饋能力的高分子材料，其滲透速率、反應速率、表面能、形狀、相態、或識別性能等也會做出相應變化，進而實現自修復、自適應、自調節、自診斷等一系列反應。另外，部分材料可對諸如磁場、電場、離子強度、PH、溫度、光等兩種或兩種以上此類外界環境刺激因子做出響應。隨著高分子材料的智能化發展，人類還有可能逐步實現修補人體缺損，所以關注智能高分子材料在智能給藥系統中的應用，有著重要的理論與現實意義。以下將就選取幾種重要的智能高分子材料，分析其在智能給藥系統中的應用特點。

1 可生物降解的聚酯類與聚對二氧環己酮兩親性共聚物

可生物降解高分子材料，指的是在人體或動物體內的組織、細胞、本酶及體液等作用下，或在生態環境中在微生物的作用下，其化學結構發生一系列反應、變化，出現分子量下降及性能變化的高分子化合物。其中聚酯類的高分子材料研究與應用比較廣泛，其成膜性好、生物相容性良好、化學穩定性高、可生物降解且無毒，可用于注射給藥。醫用可降解材料指的是能用于臨床的具有某種醫療器械功能、且在人體內執行完任務后能逐步分解直至最終被人體吸收的材料。在智能給藥系統中常見的聚酯類有聚己內酯-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）、聚酯類有聚乳酸（PLA）等。聚乙交酯及聚羥基乙酸（PGA）是體內可吸收高分子最重要的一個品種，也是生物性聚酯中結構最簡單的一個。有關聚乙交酯的合成工藝研究結果也合成了滿足符合要求的聚乙交酯[1]。

藥物的控制釋放為近年來飛速發展的新醫用材料技術之一，不僅減少藥物的毒副作用，還可有效增加組織對藥物的利用效率，進而實現藥物的定時、定點釋放，這也促使藥物控制釋放體系的功能化得到更進一步發展。如兩親性聚合物，在藥物控制釋放載體中由于其特殊的自組裝特性得到重視及應用；具有優異的可生物降解性的聚對二氧環己酮兩親性共聚物，藥物可隨著聚合物基體的降解實現可控的釋放，應用前景十分可觀。有關研究表明[2]：通過對親水鏈段和疏水鏈段的控制可得到具有不同性能的載藥基體材料，可根據不同藥物和應用的需求選用；同時目前已成功應用的親水鏈段包括：聚乙二醇、聚乙烯醇、大豆蛋白、殼聚糖、淀粉等。

2 藥物載體的半合成高分子材料多系纖維素衍生物

此類半合成的智能高分子材料，常用的有羥丙基甲基纖維素（HPMC）、甲基纖維素（MC）、乙基纖維素（EC）、羧甲基纖維素（CMC）等，它們的特點是黏度大、毒性小、成鹽后溶解度增大。纖維類類衍生物作為藥用輔料，在緩釋藥物制劑的生產和開發中占據不可忽視的作用，也已在各種類型緩釋制劑的輔料中廣泛應用；而藥用輔料是藥物制劑的基礎材料和重要組成部分，輔料也多為高分子化合物。在該體系中，纖維素類通常根據要求按設定的速率，一定的時間范圍內在體內緩慢釋放，即其一般作為藥物的載體，控制藥物在人體內的釋放速率，實現有效治療的目的。在智能給藥系統中，采用適宜的纖維素類衍生物輔料與工藝將藥物制成緩釋制劑，可提高藥效、減少服藥次數、降低毒副作用、穩定血藥濃度、增加藥物吸收程度；簡單而言，可助于實現以最小劑量發揮最大療效。這對于心絞痛、心肌梗塞等缺血性心臟病患者很適用，因為此類患者經常在后半夜或凌晨發病，容易發生突然死亡。若能根據時辰藥理學與患者病情定量給藥，才有利于發揮藥效與預防作用?；诖耍嘘P藥物釋放系統得到廣泛的研究，并取得了一定的成果，如Karavas等[3]制成的非洛地平口服脈沖式雙層片，通過設計的時控型藥物釋放系統實現預防缺血性心臟病的目的。

3 殼聚糖及其衍生物等天然高分子材料的應用

部分合成高分子材料與半合成高分子材料，難以在人體內降解，而且在它們需要通過物理交聯或化學共聚才能完成合成，這容易產生中間產物的干擾、有機溶劑殘留、環境污染、毒性等問題。天然高分子材料，如殼聚糖（CS）、魔芋葡甘聚糖、膠原質、海藻酸鹽、明膠等，具有無毒性、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著不可替代的地位。其中CS不僅是一種天然高分子多聚糖，且來源豐富，具有良好的生物可降解性、組織相容性、物理化學特性，其藥物控釋體系及組織工程領域的研究與應用也日益完善與深化。近年來，CS及其衍生物在智能給藥系統中的應用研究十分活躍，可見其未來發展潛力十分巨大。另外，雖然CS分子在應用過程中因不溶于一般的有機溶劑和水受到一定限制，但通用其重復單元上的羥基和氨基進行化學改性、如醚化、?；?、羥基化、接枝、交聯等作用，可制備出有著不同理化特性的CS衍生物，改善他們的溶解性能，CS的應用范圍與領域也得到延伸（如通過引入不同取代基賦予CS更多功能）。在智能給藥系統中有關CS及衍生物應用研究進展大致有：（1）單重敏感智能給藥系統，如pH 敏感智能給藥系統特別適合于口服給藥、溫度第三智能給藥系統，主要是借助溫敏水凝膠可逆的溶脹-收縮過程控制藥物的釋放；其它的葡萄糖敏感智能給藥系統、電場敏感智能給藥系統、磁場敏感智能給藥系統、鹽敏感智能給藥系統等；（2）多重敏感智能給藥系統，在疾病的綜合治療方面有著明顯的優越性，這是因為智能高分子載體可對疾病發出的各種生物異常信號做出不同的響應；（3） 生物傳感器智能給藥系統。智能給藥系統可以通過生物傳感器將外界參量如物理、化學、機械等參數量轉化為電學量或光學量，獲取信息，檢測某種物質濃度。當前研究比較廣泛的是葡萄糖傳感器，它是根據電化學的原理測定電極上葡萄糖氧化所產生的微電流來測得葡萄糖的濃，即通過電極表面上修飾葡萄糖氧化酶的方法來制備。

4 結束語

綜上所述，智能高分子材料在智能給藥系統中的應用越來越廣泛，研究也越來越深入，形成了豐富的理論成果與實踐效果，其發展前景十分廣闊。但當前智能材料還存在免疫原性、刺激性、細胞毒性、生物降解性、生物相容性等問題；智能給藥系統的一個共性問題是響應速度過慢，這是由于智能材料對刺激的響應速率較慢、機械強度差等問題的原因，這些都是未來需要解決的重難點。相信隨著生物傳感器、分子印跡技術超聲技術等的發展，智能高分子材料與智能給藥系統都將得到更廣的發展。

參考文獻

[1]杜錫光，陳莉，陳學思.可生物降解醫用高分子材料的合成工藝研究[Z].國家科技成果.

[2]四川大學.藥物緩釋用的可生物降解兩親高分子材料[Z].國家科技成果.

[3]唐明青，刁勇，許瑞安.以殼聚糖為載體的口服基因藥物[J].中國生化藥物雜志，2009，30（ 2）：139-140.