1、符华林(博士、副教授）E-mail:药用高分子材料学药用高分子材料学2022-6-322022-6-33吃、穿、主、用、行吃、穿、主、用、行2022-6-34课程的性质和目的课程的性质和目的u药用高分子材料与药物制剂和药剂学密切相关、相辅相成，尤其是现代药物和制剂的开发、医药学研究以及生命科学各领域更是离不开高分子化学和高分子材料。u药用高分子材料主要针对药用高分子辅料，介绍高分子的基本概念、高分子结构与性能以及高分子材料在药物与制药工业中的应用原理，并依据材料种类和结构分别介绍药用天然高分子材料、药用合成高分子材料，简单介绍药用高分子包装材料的性质、加工与应用。2022-6-35u药用高分子
2、材料是制药工程专业和药物制剂专业的骨干课程，也是学好后续课程药剂学和药物制剂工程技术与设备的基础。u该课程的学习目的： 了解高分子材料学的最基本理论和药剂学中常用的高分子材料的结构、理化性质、性能及用途，并能初步应用这些基本知识来理解和研究高分子材料在药物制剂中的应用，为学习后续课药剂学以及药物制剂工程技术与设备等做好准备。2022-6-36教材与参考书教材与参考书u1、教材、教材 郑俊民主编，郑俊民主编，药用高分子材料学药用高分子材料学，中国医药科技，中国医药科技出版社，出版社，2009.1，第，第3版版 姚日生主编，姚日生主编，药用高分子材料药用高分子材料（第（第2版）版）,化学工化学工业
3、出版社，业出版社，2008.3u2、参考书、参考书 陈建海主编，陈建海主编，药用高分子材料与现代药剂药用高分子材料与现代药剂北京北京:科科学出版社，学出版社，2003 吴其晔主编，吴其晔主编，高分子材料概论高分子材料概论,机械工业出版社，机械工业出版社，2004.6 郭圣荣主编郭圣荣主编,医药用生物降解性高分子材料医药用生物降解性高分子材料,化学化学工业出版社，工业出版社，2003.112022-6-372022-6-382022-6-39学时安排与考试学时安排与考试u总学时：总学时：40学时学时u成绩考核成绩考核期末考试：笔试占80%平时成绩：出勤、笔记、作业占20%2022-6-310第一
4、章第一章 绪绪 论论2022-6-311一、高分子材料的基本概念一、高分子材料的基本概念u（一）高分子的定义（一）高分子的定义1、高分子化合物（macromolecules）简称高分子，是指分子量很高的一类化合物。大多数高分子的分子量在104106之间。大多数高分子是由许多小而简单的小分子化合物经化学反应,以共价键连接(聚合)而成。2022-6-312主链：构成高分子骨架结构，以化学键结合的原子集合。最常见的是碳链，偶尔有非碳原子夹入，如杂入的O、S、N等原子。 C CHHCH3HCHHCCH3HCHHCCH3H聚丙烯聚丙烯CHHCHHO CHHCHHO CHHCHHO聚乙二醇聚乙二醇侧链或侧
5、基：连接在主链原子上的原子或原子集合，又称支链。支链可以较小，称为侧基；可以较大，称为侧链。 2022-6-313单体：通常将生成高分子的那些低分子原料称为单体。单体单元：组成高分子链的基本结构单元，通常与形成高分子的原料相联系，所以称单体单元。结构重复单元：又叫链节，是高分子中重复出现的那部分，高分子的结构式常用 表示，n为链节的数目。聚合度：聚合物分子中，单体单元的数目叫聚合度。聚合度常用符号DP(Degree of Polymerization)表示，也可用x或P表示。 2022-6-314其单体是氯乙烯 其单体是环氧丙烷 其单体是己二胺和己二酸2022-6-315上面几个分子中：重复单
6、元或链节（是高分子链的基本组成单位）n为重复单元数或链节数高分子的分子量M等于链节分子量M0与链节数的乘积，即M=nM02022-6-316u对聚氯乙烯而言，重复单元 与单体 元素组成相同，故重复单元又称单体单元u聚酰胺-66的重复单元由己二胺NH2（CH2）6NH2和己二酸HOOC（CH2）4COOH两种单体失水缩合聚合（缩聚）而成，其重复单元与单体结构不同，只能是结构单元，而不是单体单元注意单体单元与重复单元的区别注意单体单元与重复单元的区别2022-6-317聚合度：聚合物分子中，单体单元的数目叫聚合度。聚合度常用符号DP(Degree of Polymerization)表示，也可用x
7、或P表示。COCOOCH2CH2O()nCOCOHOOH+HOCH2CH2OHCOCOOCH2CH2OHHOCOCOOCH2CH2OCOCOOCH2CH2O 聚合物聚合物 单单 体体 单体单元单体单元 聚合度聚合度2nn聚对苯二甲酸乙二酯，聚对苯二甲酸乙二酯，涤纶，涤纶，PET2022-6-3182、高分子化合物通常又称为聚合物（polymer），确切地说，聚合物是高聚物与低聚物二者的总称，对于多数高分子化合物而言，它们实际上是不同大小分子量的同系混合物，以高聚物为主体，含有少量低聚物。3、高分子材料也称为聚合物材料，它是以高分子化合物为基本组分的材料，为获得各种实用性能或改善其成型加工性能，
8、一般还有各种添加剂，如颜料、填料、增塑剂等。2022-6-319（二）高分子的命名（二）高分子的命名u1、习惯命名法、习惯命名法天然高分子大多用此法。如淀粉、蛋白质、纤维素、橡胶等。天然高分子的衍生物，则在天然高分子前冠以衍生基团，如羧甲基纤维素、羧甲基淀粉。合成高分子常用聚合物的合成原料或者以链节来源的单体为基础进行命名。（1）一种单体聚合得到的高分子，在单体或假单体名称前冠以“聚”字。如聚氯乙烯、聚乙烯等，如聚氯乙烯、聚乙烯等，聚乙烯醇例外，不存在乙烯醇单体，为假单体。2022-6-320（2）由两种单体通过缩聚反应合成的高分子：表明或不表明产物类型表明产物类型：“聚”+ 两单体生成的产物
9、名称，如对苯二甲酸和乙二醇的缩聚产物叫“聚对苯二甲酸乙二酯”己二酸和己二胺的缩聚产物叫“聚己二酸己二胺”不表明产物类型：两单体名称或简称加后缀“树脂”，如 苯酚和甲醛的缩聚产物叫“酚醛树脂” 尿素和甲醛的缩聚产物叫“脲醛树脂”2022-6-321（3）由由两种单体通过链式聚合反应合成的共聚物两种单体通过链式聚合反应合成的共聚物： 两单体名称或简称之间两单体名称或简称之间 +“-”+“+“-”+“共聚物共聚物”：如：如乙烯和乙酸乙烯酯的共聚产物叫乙烯和乙酸乙烯酯的共聚产物叫“乙烯乙烯- -乙酸乙烯酯共聚物乙酸乙烯酯共聚物”（4） “聚聚”+ +高分子主链结构中的特征功能团高分子主链结构中的特征功
10、能团： 指的是一类的高分子，而非单种高分子，如：指的是一类的高分子，而非单种高分子，如： 聚酯聚酯： HO COCOOCH2CH2O H()n聚酰胺聚酰胺：HN(CH2)6HNHCO(CH2)4CO OHn2022-6-322u2、商品名称、商品名称主链上含有酰胺基的聚合物 尼龙我国习惯以纶字作为合成纤维商品名的词尾。如涤纶（聚对苯二甲酸乙二醇酯）、腈纶（聚丙烯腈）。聚氧乙烯/聚氧丙烯共聚物的商品名为普流罗尼（pluronic）或普郎尼克。一些外观类似于天然树脂的缩聚物商品名称的后缀字是“树脂”共聚生成的合成橡胶，商品名直接叫橡胶。2022-6-323u3、系统命名法、系统命名法1973年IU
11、PAC提出以结构为基础的系统明明法，但较烦琐，尚未普遍采用。2022-6-324（三）高分子的分类（三）高分子的分类u习惯分类法习惯分类法 按高分子的来源分为天然高分子：淀粉、纤维半合成高分子：改性淀粉合成高分子：聚乙烯2022-6-325按性质按性质 和用途和用途塑塑 料料纤纤 维维橡橡 胶胶涂涂 料料胶粘剂胶粘剂功能高分子功能高分子以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂以聚合物为基础，加入（或不加）各种助剂和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。和填料，经加工形成的塑性材料或刚性材料。具有可逆形变的高弹性材料。具有可逆形变的高弹性材料。纤细而柔软的丝状物，长度至少为直径的纤细而柔软的丝状物
12、，长度至少为直径的100100倍。倍。涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和涂布于物体表面能成坚韧的薄膜、起装饰和保护作用的聚合物材料保护作用的聚合物材料能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在能通过粘合的方法将两种以上的物体连接在一起的聚合物材料一起的聚合物材料具有特殊功能与用途但用量不大的精细具有特殊功能与用途但用量不大的精细高分子材料，如：高分子材料，如：导电性、感光性、高吸水性、药理功能、医疗功能等2022-6-326功能高分子功能高分子-生物医用高分子生物医用高分子u医用高分子材料医用高分子材料主要包括人工器官（如人工心脏，肾脏等）、眼科材料（如如隐形眼镜、人工角膜）、人工关节、人工骨
13、、医用黏合剂、缝合线等。特点：纯度高、化学惰性、稳定性好、耐生物老化耐热性、易消毒性、适当强度、易加工成型永久植入，要求耐生物老化，性能衰退缓慢非永久植入，要求能降解，产物无害易排出u高分子药物：包括两类高分子药物：包括两类具有药理活性的高分子药物高分子化药物2022-6-327按高分子的形状线形高分子：最简单的长链状高分子支链型高分子：主链上接着长短不一的支链而成树型的高分子交链型高分子：又叫网状或体型高分子，线形高分子以化学键相互连接成三维网络，一般不溶不熔2022-6-328u科学分类法：即按高分子的化学结构分类科学分类法：即按高分子的化学结构分类有机高分子：由碳原子或碳、氧、氮、硫、磷
14、等常见原子组成。化学性质稳定，可塑性好。碳链高分子：主链全由碳原子构成杂链高分子：主链除碳原子外，还有碳、氧、氮、硫、磷等常见原子2022-6-329元素有机高分子：主链不含碳原子，而是由硅、硼、铝、钛等原子和氧原子构成。耐热、弹性好、疏水性强、绝缘性好。无机高分子：主链和侧链结构中均不含碳原子。如石英、玻璃、陶瓷等。 S Si iO O n nC CH H3 3C CH H3 32022-6-330二、药用高分子材料二、药用高分子材料u（一）药用生物材料（一）药用生物材料生物材料是一切用于人体，并直接或间接接触人体，而不产生任何影响的一类特殊材料。其与普通工程材料的最大区别是：生物相容性（无
15、毒副作用）。生物材料绝大部分药用生物材料是高分子材料，常用药用高分药用高分子材料子材料来替代药用生物材料一词。医用生物材料药用生物材料药用无机材料药用高分子材料2022-6-331二、药用高分子材料二、药用高分子材料u（二）药用高分子材料的定义与分类（二）药用高分子材料的定义与分类药用高分子材料指的是药品生产和制造加工过程中使用的高分子材料，包括作为药物制剂成分之一的药用辅料与高分子药物，以及与药物接触的包装贮运高分子材料。分类：按来源可分为天然高分子、半合成高分子、合成高分子；按应用性质分为药用高分子化合物和高分子药物两大类。药用辅料是指在药物制剂加工时所药用辅料是指在药物制剂加工时所用的除
16、主药外的为改善药物使用性用的除主药外的为改善药物使用性能而采用的高分子材料能而采用的高分子材料，例如稀释，例如稀释剂、润滑剂、粘合剂、崩解剂、糖剂、润滑剂、粘合剂、崩解剂、糖包衣、胶囊壳等。包衣、胶囊壳等。高分子药物高分子药物则不同，它依靠连则不同，它依靠连接在聚合物分子链上的药理活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性基团或高分子本身的药理作用，进入人体后，能与机体组用，进入人体后，能与机体组织发生生理反应，从而产生医织发生生理反应，从而产生医疗效果或预防性效果。疗效果或预防性效果。2022-6-332高分子药物高分子药物u按分子结构和制剂的形式，高分子药物可分为三大类：1.
17、高分子化的低分子药物高分子化的低分子药物 亦称高分子载体药亦称高分子载体药物，其药效部分是低分子药物，以某种化学方式物，其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。连接在高分子链上。高分子载体药物进入人体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出后，药理作用通过体液或生物酶的作用发挥出来。来。2022-6-333高分子载体药物有以下优点：高分子载体药物有以下优点：能控制药物缓慢释放能控制药物缓慢释放，使代谢减速、排泄减少、药，使代谢减速、排泄减少、药性持久、疗效提高；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载体能把药物有选择地输送到体内确定部位，
18、并能，并能识别变异细胞；识别变异细胞；稳定性好；稳定性好；释放后的载体高分子是无毒的释放后的载体高分子是无毒的，不会在体内长时间，不会在体内长时间积累，可排出体外或水解后被人体吸收，因此副作积累，可排出体外或水解后被人体吸收，因此副作用小。用小。2022-6-334碘酒曾经是一种最常用的外用杀菌剂，消毒效果很好。但是由于它的刺激性和毒性较大，近年来日益受到人们的冷落。如果将碘与聚乙烯吡咯烷酮结合，可形成水溶性的络合物。这种络合物不仅有同样的杀作用，而且碘的释放速度缓慢，刺激性小，安全性高，可用于皮肤，口腔和其他部位的消毒。畜牧业中也得到广泛应用。 CH2CHnNCH2CCH2CH2OII202
19、2-6-335 CH2CHnOH CH2CHmNHCOCHNCHCSCH3CH3CHCONH3乙烯醇乙烯醇乙烯胺共聚物载体青霉素乙烯胺共聚物载体青霉素2022-6-3362.本身具有药理活性的高分子药物本身具有药理活性的高分子药物 这类药物这类药物只有整个高分子链才显示出医药活性，它们相应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。的低分子模型化合物一般并无药理作用。是真正是真正意义上的高分子药物。意义上的高分子药物。如如激素、酶制剂、肝素、激素、酶制剂、肝素、葡萄糖、驴皮胶葡萄糖、驴皮胶等都是著名的天然药理活性高分等都是著名的天然药理活性高分子。子。物理包埋
20、的低分子药物物理包埋的低分子药物 这类药物中，起药理这类药物中，起药理活性作用的是低分子药物，它们以物理的方式被活性作用的是低分子药物，它们以物理的方式被包裹在高分子膜中，并通过高分子材料逐渐释放。包裹在高分子膜中，并通过高分子材料逐渐释放。典型代表为药物微胶囊。世界上第一个微胶囊专典型代表为药物微胶囊。世界上第一个微胶囊专利也就是鱼肝油微胶囊。利也就是鱼肝油微胶囊。2022-6-337微胶囊的类型微胶囊的类型2022-6-338二、药用高分子材料二、药用高分子材料u（三）（三）药用高分子的由来与发展药用高分子的由来与发展我国是医药文明古国，中草药用于治疗生物体疾我国是医药文明古国，中草药用于
21、治疗生物体疾病的历史十分悠久，天然药用高分子的使用要比病的历史十分悠久，天然药用高分子的使用要比西方国家早得多。西方国家早得多。东汉张仲景（公元东汉张仲景（公元142219）在在伤寒论伤寒论和和金匮要略金匮要略中记载的栓剂、洗中记载的栓剂、洗剂、软膏剂、糖浆剂及脏器制剂等十余种制剂中，剂、软膏剂、糖浆剂及脏器制剂等十余种制剂中，首次记载了采用首次记载了采用动物胶汁、炼蜜和淀粉糊动物胶汁、炼蜜和淀粉糊等天然等天然高分子为多种制剂的赋形剂，并且至今仍然沿用。高分子为多种制剂的赋形剂，并且至今仍然沿用。2022-6-339药用高分子材料发展到今天，已经突破了仅仅作药用高分子材料发展到今天，已经突破了
22、仅仅作为药用辅料的应用范围，将高分子与小分子药物为药用辅料的应用范围，将高分子与小分子药物偶联从而改变小分子药物的体内行为也成为药用偶联从而改变小分子药物的体内行为也成为药用高分子材料的重要应用领域。高分子材料的重要应用领域。有机合成的方法获得的有机合成的方法获得的低分子药物低分子药物存在副作用。存在副作用。而且低分子药物在生物体内而且低分子药物在生物体内新陈代谢速度快，半新陈代谢速度快，半衰期短，易排泄，衰期短，易排泄，因而在发病期间要频繁进药。因而在发病期间要频繁进药。过高的药剂浓度常常带来过高的药剂浓度常常带来过敏、急性中毒和其他过敏、急性中毒和其他副作用副作用。另一方面，低分子药物对进
23、入体内指定。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、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。疗效较低的原因之一。2022-6-340高分子药物具有高分子药物具有低毒、高效、缓释和长效低毒、高效、缓释和长效等特点。等特点。与生物体的相容性好，停留时间长。还可通过单与生物体的相容性好，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。目的。进入人体后，可有效地到达
24、症患部位。合成高分子药物的出现，不仅改进了某些传统药合成高分子药物的出现，不仅改进了某些传统药物的不足之外，而且大大丰富了药物的品种，为物的不足之外，而且大大丰富了药物的品种，为攻克那些严重威胁人类健康的疾病提供了新的手攻克那些严重威胁人类健康的疾病提供了新的手段。因此以合成高分子药物取代或补充传统的低段。因此以合成高分子药物取代或补充传统的低分子药物，已成为药物学发展的重要方向之一。分子药物，已成为药物学发展的重要方向之一。2022-6-341u（四）高分子材料作为药物载体的基本要（四）高分子材料作为药物载体的基本要求求 纯度高；适宜的载药能力；载药后有适宜的释药能力；无毒、无抗原性，并具有
25、良好的生物相容性；适宜的分子量和物理化学性质。 不同给药剂型对材料要求不一样：注射剂、口服剂型、靶向给药系统2022-6-342u（五）药用高分子材料在药物制剂中的作（五）药用高分子材料在药物制剂中的作用用1、作为片剂和一般固体制剂的辅料。黏合剂稀释剂崩解剂润滑剂包衣材料2022-6-3432、作为缓释、控释制剂的辅料调控主药的体内外释药速率与释药规律增强和扩大主药的作用和疗效，降低毒副作用用作具有渗透作用的高分子渗透膜用作药树脂2022-6-3443、作为液体制剂或半固体制剂的辅料4、作为生物黏着性材料5、用作新型给药装置的组件6、可生物降解的高分子材料7、用作包装材料2022-6-345u
26、（六）我国药用高分子材料的发展概况（六）我国药用高分子材料的发展概况 药用高分子辅料在药用辅料中占有很大比重，没有高分子辅料，新剂型的开发是不可想象的 。研究和开发起步较晚，但已有相当数量的高分子材料被开发利用；质量和数量跟国外还有一定的差距；有关高分子材料的理化性质和生物学性能的测试还不完全。2022-6-346u（七）药用高分子材料发展面临的新挑战（七）药用高分子材料发展面临的新挑战高分子材料的来源和生产质量标准的完善 开发性能优良的，国外已收载入法定文件中的药物聚合物。利用天然资源及化学修饰方法，寻找新的可供药用的高分子材料；针对现已开发应用的高分子辅料规格不齐和型号不全情况，开发不同功能和多种型号的产品；开发新的化学实体；开展再加工辅料产品的研究和生产2022-6-347u（八）有关药用高分子材料的国内外（八）有关药用高分子材料的国内外法规和参考资料法规和参考资料中华人民共和国药品管理法及实施条例药用辅料生产质量管理规范药品包装用材料容器管理办法药用辅料手册
