医疗诊断用高分子材料

路线2： 悬浮聚合：
概念：通过强力搅拌并在搅拌剂的作用下， 把单体分散成无数的小液珠悬浮于 水中，由油性引发剂引发而进行的 聚合反应。 体系：疏水性单体、水（分散相)、稳定剂、 疏水性引发剂。 缺点：必须使用分散剂，后期难以除去， 影响聚合物性能，制得微球粒径一 般在10μ m之上，单分散性不好。
a.酸酐形成法：
本反应过程简单,无须对中间产物进行分离。
b.碳二亚胺法：
c.活泼酯法:
包埋法：
概念：包埋法是应用最为普遍的固定化技 术,它是将生物活性物质固定在聚合 物的三维空间网状结构中的方法。 分类：晶格法——将生物活性分子结合到 半透性凝胶微球的晶格中。 胶囊法——将生物活性分子包裹到 半透性高分子胶囊中。 PAM是一种常用的包埋材料,具有相当 好的强度、弹性和化学惰性,多用于固定化 酶和非生长微生物(如酵母细胞)。
乳液聚合：
概念：单体在水介质中，由乳化剂分散成 乳液状态进行的聚合。 特征：最重要的特征为分隔效应——聚合 聚合增长中心被分隔在为数众多的 聚合场所内，使得聚合速率高，产 物分子量高。 体系：乳化剂、单体、水 缺点：产物中有乳化剂，难以完全清除。
• 无皂乳液聚合：
特点：完全不含或只含微量乳化剂 优点：得到粒径分布单一 ，表面“清洁”， 并且其表面功能基团的数目和分布 均可得到控制。 增长机理： 影响体系最终 ①均相增长机理 微球的形态、 ②非均相增长机理
优点：方法简单 缺点：得到的微球粒径分布宽，形状不规 则，粒径不均匀，壳层中难免混有 溶剂、乳化剂或沉淀剂，用于免疫 检测或细胞分离等领域时，微球的 生物相容性将受到影响。 同时，该方法仅限于某些可溶或可 熔的高分子，而且需要额外的分离 设备和能源消耗。
2.单体聚合法
在磁性粒子和有机单体存在的情况下，根 据不同的聚合方式加入不同的助剂来聚合制 备磁性高分子微球的方法。
1.包埋法
概念：将磁性粒子分散于高分子溶液中，通 过雾化絮凝、沉积、蒸发等方法得到 内部包有一定量磁微粒的高分子微球。 如下图所示：
特点：磁性微粒与大分子之间主要是通过 范德华力、氢键和螯合作用以及功 能基间的共价键相结合。 常用的包埋材料： 纤维素、尼龙、磷脂、聚酰胺、聚 丙烯酰胺、硅烷化合物等。 举例：Bahar等人将悬浮有Fe3O4粒子的聚 苯乙烯氯仿溶液倒入水中，搅拌，乳化， 然后蒸发出溶剂，得到磁性聚苯乙烯微球。
• 间接偶联法：
当某些高分子微球上的功能基不能直接 与生物分子上的功能基反应时,一般需要进 行活化处理。 活化方法很多,主要有叠氮形成法、酸 酐形成法、碳二亚胺法、酰氯法、烷基化 或芳基化法、重氮化法、异脲键合法(异硫 氰酸法、溴化氰法、氰脲酰氯法)等。 共价结合的氨基酸残基应当是生物分子 活性所非必需的,否则会导致生物分子活力 损失。最典型的是胶粒表面-COOH的活化, 目前主要有三种方法:
分散聚合：
概念：由溶于有机溶剂（或水）的单体 通过聚合生成不溶于该溶剂的聚合 物，而且形成胶态稳定的分散体系。 配方：溶剂或混合溶剂 40%~60% 单体或混合单体 30%~50% 分散剂 3%~10% 引发剂 1%（单体量） 助分散剂和链转移剂等其他添加剂。 机理：低聚物沉淀机理 接枝共聚物聚结机理
为此Okubo对P(St-HEMA）微球的表面结 构提出了三种模型，如图所示：
微球表面结构和抗体在其上的吸附状态 ( 阴影代表亲水性区域)
物理吸附操作简便,条件较温和,活力 不易丧失,蛋白质的空间结构不易发生变化, 但活性物质和高分子微球的相互作用较弱, 两者之间易受外界条件如: pH值、温度、 离子强度的影响而分离。
共价偶联法：
概念：共价偶联法就是通过共价键将生物 活性物质连接到微球载体上的方法。 缺点：操作较复杂,反应条件较剧烈,活力 丧失较多 优点：活性物质与高分子微球通过共价键 牢固地结合在一起,它可以大大延长 微球的使用寿命,并且可设计定向偶 联,因而成为目前的研究热点。 分类：直接偶联法和间接偶联法。
医疗诊断用高分子材料
组员： 李萍 张茹 杨扬 王文丽 李晓芳 王保慧 主讲：李萍
医疗诊断用高分子材料
诊断用微球 磁性高分子微球
高分子材料在诊断生物传感 器中的应用
诊断用微球
一、基本概念 二、制备方法
1.高分子成球 2.高分子亲和微球制备
三、在医疗诊断中的应用
一、基本概念
定义：高分子微球是指直径在纳米级至微 米级形状为球形或者为其他几何形 状的高分子材料或高分子复合材料。
路线1： 乳化-溶剂蒸发法：
喷雾干燥法：
相分离法：
其主要原理是：将高分子材料溶解在互 不相溶的两种液体中，利用材料在两种溶 液溶解性能的不同制备微球。再采用过滤、 冷冻干燥等方法得到微球。 该法还可以通过改变温度、PH以及非溶 剂和能引起相分离的聚合物等来实现。
其他：
超声法、低温喷雾提取法、超临界流体 技术等。
• 直接偶联法：
高分子微球表面含有某些功能基团， 如-CHO、-CH2Cl和环氧等很容易与生物活 性 分子的-NH2反应， 如：①通过氯甲基苯中的Cl原子发生亲核 取代反应、 ②甲基丙烯酸缩水甘油酯功能化的胶 粒中环氧乙烷基的开环反应等， 将生物分子共价偶联到功能高分子微球上， 此时就用直接偶联法。
3.原位法
概念：该方法首先制得单分散的致密或多 孔高分子微球，此球根据不同的需 要含有可能与铁盐形成配位键或离 子键的基团（如含有N基团，环氧基， 羟基，磺酸基等）。然后可根据高 分子微球所具有的不同功能基以不 同的方法来制备磁性高分子微球。
二、制备方法
1.高分子微球的制备方法
主要有两条路线： 一是 从已有的高分子（包括合成高分 子和天然高分子）开始制备，利用溶至乳 液溶剂蒸发、喷射干燥、相分离等方法将 天然高分子或已有的合成高分子制备成微 球。 二是 从小分子单体开始制备，利用悬 浮聚合、乳液聚合、沉淀聚合、分散聚合 等方法将单体制备成微球。
优点：①对生物成分的活性影响较小,被包 物不易泄漏,可固定高浓度的生物 活性物质； ②操作过程简单,可对多种生物成分 进行包埋。 缺点：①必须严格控制许多实验条件； ②聚合物形成过程中产生的自由基 可能会使生物活性成分失活; ③由于扩散阻力大使响应时间增加 等。
交联法：
交联法就是通过双功能或多功能分子在 生物活性分子之间、生物活性分子/载体之 间交联形成网状结构而使生物活性物质固 定化的方法。 最常用的交联试剂如戊二醛,能在温和 的条件下与蛋白质的自由氨基反应。 交联法可以加强固定化作用,但产物形 成条件不易确定,必须仔细控制pH值、离子 强度、温度及反应时间等参数。
种子聚合：
概念：先用无皂乳液聚合，分散聚合或雾 化法等方法制成小粒径单分散聚合 物颗粒，然后以此为种子用单体进 行溶胀，使颗粒长大，再引发聚合 制得粒径较大的微球。 体系：种子微球（或种子液滴）、单体 （或单体液滴）、分散相、引发剂、 稳定剂等。
优点：①可制备大粒径微球，目前通过种 子溶胀方法可以获得数十微米的大 粒径微球载体； ②使功能基团集中分布于表层并且 可以在粒子的表层引入新的功能 基； ③利用聚合过程中相分离形成非球 形或不规则的粒子结构，从而为制 备具有特种功能的高分子微球提供 了有效途径。
将固定在固相载体上的核酸作为探针进 行核酸杂交在核酸技术中占有十分重要的 地位。其原理是,固定化的单链核酸在溶液 中与具有互补碱基序列的多核苷酸片段冷 却时形成双螺旋结构，从而达到对特定DNA 的检测和序列分析的目的。
5.栓塞作用
栓塞性微球直接经动脉管导入,阻塞在 肿瘤血管,断绝肿瘤组织养分和抑杀肿瘤细 胞,可作为双重抗肿瘤药剂。 此外,高分子微球可降低药物对胃的刺 激作用或防止在胃内失活如红霉素、胰岛 素、尿激素等易在胃内失活,氯化钾、吲哚 美辛等刺激胃壁引起胃溃疡。微囊化就可 克服此类药物的这些缺点。
三、在医疗诊断中的应用
高分子微球在医学工程中起着重要的 作用。我们知道很多药物无法直接使用或 使用疗效不理想,这就需要高分子材料来包 埋药物,并通过合理的设计微球的尺寸、膜 壁结构、表面性质、缓释性能等来达到所 需的时间及地点,以及想要达到的药物的释 放速度。
1.药物载体
2.固定化酶
研究表明,在微球载体上固定化酶或其 它生物活性物质,更有利于其功能的发挥。 由于固定化作用,使得酶分子的立体形 态被固定,增加了酶的安定性(位置不变)和 持久性(形态不变),使其在游离酶失效的环 境条件下(比如pH值变化等),仍能使用。由 于酶的固定化,制约了底物的作用方向和空 间场所,这将导致酶催化反应选择性大大提 高。
按照结构不同分类： ①壳-核结构 高分子材料作为核， 磁性材料作为壳层。 ②核-壳结构 磁性材料为核， 高分子材料组成壳层。 ③壳-核-壳结构 外层和内层为高分子材料， 中间为磁性材料。
二、制备方法
根据不同的结构类型具有不同的制备方 法。就高分子包覆磁性无机粒子类微球而 言，目前通常采用包埋法、单体聚合法、 和原位法这三种方法来制备。 其中单体聚合法与一般的高分子微球采 用同样的方法，即悬浮聚合法、乳液聚合 法、细乳液聚合法、微乳液聚合法和分散 聚合法等多种方法。
微球表面特性 和乳液的 应用性能。
• 细乳液聚合：
特点：在亚微米单体液滴中引发成核机理。 步骤：
优点：①体系稳定性高，有利于工业生产 实施； ②产物胶粒的粒径较大，且粒径通 过控制助乳化剂的用量易控制； ③聚合速率适中，生产易于控制。
• 微乳液聚合：
概念：油分散在水的连续相中或水分散在 油的连续相中的由表面活性界面提 供稳定作用的热力学体系。 特点：①乳液是透明或半透明状态——分 散相液滴直径为5~80nm； ②分散体系中液滴之间的范德华力 是随液滴尺寸增加的，而且在某 个临界值以上才变得重要。
吸附法：
吸附法是通过范德华力将生物活性物质 吸附到微球载体上。 研究牛血蛋白(BSA)及人血蛋白(HAS)在 疏水胶粒及离子型胶粒上的吸附时发现:吸 附是很快且不可逆的过程,相对于静电作用 而言,疏水部分相互作用在吸附中占主导地 位, 蛋白质的吸附量依赖于实验条件、胶 粒表面电荷密度和蛋白质的物理化学性质。 微球的表面特性如亲水性和非均相结构 对于抑制非特异性吸附和提高胶体稳定性 具有重要作用。