刺激响应型生物医用聚合物纳米粒子研究进展

合集下载

刺激响应型介孔二氧化硅基纳米药物递送系统的构建与性能研究

刺激响应型介孔二氧化硅基纳米药物递送系统的构建与性能研究摘要：随着纳米技术的发展，纳米药物递送系统作为一种新型的药物递送途径受到了广泛关注。

介孔二氧化硅（mesoporous silica，简称MS）作为一种稳定性良好、无毒副作用的纳米材料，被广泛应用于纳米药物递送系统的构建。

本文采用一种刺激响应型的介孔二氧化硅（responsive mesoporous silica，简称RMS）为载体构建纳米药物递送系统，并采用荧光探针和细胞实验等手段对其进行性能评价。

实验结果表明，所构建的RMS基纳米药物递送系统具有很好的药物包载能力和刺激响应性，并且在低毒副作用方面表现出了很好的应用前景。

关键词：介孔二氧化硅；纳米药物递送系统；刺激响应；药物包载能力；应用前景Abstract:With the development of nanotechnology, nanomedicine delivery system has attracted widespread attention asa new way of drug delivery. Mesoporous silica (MS) asa stable and non-toxic nanomaterial, has been widely used in the construction of nanomedicine delivery system. In this paper, a responsive mesoporous silica(RMS) as a carrier is used to construct a nanomedicine delivery system, and the performance is evaluated by fluorescent probe and cell experiments. The results showed that the RMS-based nanomedicine delivery system had good drug loading capacity and stimulus responsiveness, and exhibited good application prospects in low toxicity.Keywords: Mesoporous silica; nanomedicine delivery system; stimulus response; drug loading capacity; application prospect第一章绪论1.1 研究意义纳米药物递送系统作为一种新型的药物递送途径，具有在靶点处释放药物的优势，能够提高药物的治疗效果，降低药物的副作用，是目前药物研究领域的热点之一。

智能材料——pH响应高分子材料

在生活中，我们发现牵牛花的颜色不是固定不变的，牵牛花的颜色在每天的早晨是紫蓝色的，而到了中午和傍晚却慢慢地变成了红色。

这是为什么？植物学家研究发现，牵牛花含有的花青素在碱性溶液里呈蓝色，在酸性溶液里呈红色。

同时空气中的二氧化碳可以提高牵牛花的酸性。

因此一天当中随着牵牛花对二氧化碳吸收量的逐渐增火，牵牛花里的酸性也随之提髙，这样，人们在一天之中看见牵牛花的颜色是由紫色逐渐变红色的。

“pH是化学、生物和生理系统中比较重要的环境因素，作为刺激信号的操作具有便携性。

”Part.1/ pH响应材料pH响应性材料（pH-responsive materials)是一种刺激响应型聚合物，能够响应溶液pH的变化发生结构和性能变化(例如表面活性、链构象、溶解度和构型)。

“pH响应聚合物”通常用于描述具有可电离的酸性或碱性残基的聚合物，其电离度取决于溶液的pH值。

pH响应聚合物可以具有线性、支化或网络结构。

它们可能会根据自身结构对溶液条件表现出不同的响应和自组装行为。

例如，pH 值变化可能会导致聚合物链中官能团的(去)质子化。

某些情况下，pH值变化可能会引起均聚物絮凝、链塌陷、延伸和沉淀。

也可能导致自组装，形成胶束、单体、凝胶、囊泡、(去)溶胀等。

具有pH响应嵌段的嵌段(共)聚合物，支链(共)聚合物和星形(共)聚合物在pH改变时表面活性会发生变化。

此外，水凝胶和树状聚合物的结构在pH变化时表现出(去)溶胀行为。

用聚合物改性的表面在pH值变化时能得到离子表面和薄/厚涂层[1]。

Part.2/ pH响应材料的分类通常，含有碱性单体的pH响应聚合物在酸性条件下表现为阳离子聚合物，含酸性单体的聚合物在碱性条件下表现为阴离子聚合物。

1.阴离子型：pH响应性阴离子基团[伯胺基（-NH2)，仲胺基（- NRH)，叔胺基（-NR2)]2.阳离子型：pH响应性阳离子基团[羧酸类（如海藻酸)，磷酸类（磷脂类细胞膜)]有必要根据不同的应用，选择这两种类型之一的单体或将它们结合使用。

[凝胶,研究进展,聚合物]用于药物载体的刺激响应性聚合物及微凝胶的研究进展分析

用于药物载体的刺激响应性聚合物及微凝胶的研究进展分析在癌症治疗中，目前传统的化疗都是应用一些小分子制剂，不但能杀死肿瘤细胞，对正常的组织也会产生危害。

因此，人们发展了一系列药物载体，在其表面连接一些靶向基团，可以特异性的识别并进入到肿瘤细胞内。

除了这种基于主动靶向的药物载体，另外一类利用被动靶向的药物载体也越来越受到人们重视。

为了使进入肿瘤部位的药物能够快速可控释放，人们发展了一系列刺激响应性高分子，利用肿瘤部位环境的不同而释放药物。

常见的刺激响应性聚合物包括:温度、pH、氧化还原以及光响应性的聚合物等，其中温度和酸敏感的聚合物是研究最为广泛的药物载体。

这类聚合物载体包裹药物，在血液循环中比较稳定，当进入的到肿瘤组织中后，由于一些外部刺激，使聚合物解散，其中包裹的药物被迅速释放出来。

此外，刺激响应性聚合物微凝胶在作为药物载体的方面的应用也越来越受到人们重视。

下面主要介绍一下各种刺激响应性聚合物及微凝胶在药物传递方面的研究进展。

1温度响应性聚合物温度敏感性聚合物由于在药物释放，催化和细胞培养等多方面的潜在应用而受到广泛研究。

温敏性的聚合物在水溶液具有低临界溶解温度(LCST)，即在低温时能够与水形成氢键，从而能够溶解在水中，而温度升高时，氢键被破坏，聚合物链发生收缩，使聚合物与水发生相分离。

聚丙基丙烯酞胺(PNIPAM)是发展最早的一类温敏性聚合物。

由于PNIPAM的LCST在32℃附近，接近于人体温度，且随环境的变化程度较小，使它被较透彻的研究作为药物载体。

例如，Chung等制备了聚甲基1丙烯酸丁酷( PBMA)和PNIPAM的嵌段共聚物，当温度较低时，该共聚物由于PBMA的疏水性和PNIPAM的亲水性而在水溶液中形成胶束，被包裹抗癌药阿霉素。

当温度升高时，由于PNIPAM链段的收缩，是聚集体发生扰动，其中包裹的抗癌药被释放出来。

为了使聚合物的LCST具有可调性，人们将NI-PAM与其他的单体进行共聚，通过调节聚合物的亲疏水性，来调节它的LCST。

医用材料的创新与进展

医用材料的创新与进展涉及多个领域，下面是一些相关的进展：1. 高分子材料：高分子材料在医学领域中得到广泛应用，并取得了许多创新进展。

例如，生物可降解高分子材料可以用于缝合线、植入物和药物传递系统等。

此外，聚合物材料的研究还涉及到3D打印技术、微纳米制造和仿生材料等方面。

2. 生物活性材料：生物活性材料能够与生物体相互作用，并引发特定的生物反应。

这些材料可以用于组织工程、再生医学和人工器官等领域。

例如，生物活性陶瓷材料可以用于骨修复，并促进新骨生长。

3. 纳米技术：纳米技术被广泛应用于医用材料的研发中。

纳米材料具有特殊的物理化学性质和较大的比表面积，可用于药物传递、疾病诊断和组织工程等方面。

此外，纳米颗粒还可以改善材料的力学性能和生物相容性。

4. 生物打印技术：生物打印技术将3D打印技术与生物材料相结合，可以制造出复杂的生物结构。

通过生物打印技术，可以打印人工皮肤、血管、软骨和器官等组织结构。

这种技术有望用于个性化医疗和组织修复。

5. 智能医用材料：智能医用材料可以对外界刺激做出响应，并产生特定的效应。

例如，智能药物释放系统可以根据患者的需求控制药物的释放速率。

此外，智能材料还可以用于感知和监测生理参数，并实现精确的治疗。

6. 材料表面改性：材料表面的改性可以改变其性能和相容性。

通过改变材料表面的化学性质、粗糙度和形貌等，可以增强其生物相容性、抗菌性和细胞黏附性。

这对于植入材料和医疗器械具有重要意义。

医用材料的创新与进展不断推动着医学领域的发展，为患者提供更好的治疗方案和医疗体验。

未来，随着科学技术的不断进步，我们可以期待更多创新和突破，以满足医学领域的需求。

新型药物递送系统研究进展

新型药物递送系统研究进展一、本文概述随着科学技术的飞速发展，新型药物递送系统（Drug Delivery Systems, DDS）已成为现代医药领域的研究热点。

本文旨在综述近年来新型药物递送系统的研究进展，探讨其设计理念、技术突破以及对未来药物研发和治疗模式的影响。

我们将重点关注纳米药物递送系统、基因与细胞递送系统、以及智能响应型递送系统等前沿领域，并评述这些技术在实际应用中的潜力和挑战。

通过深入剖析新型药物递送系统的最新研究进展，本文旨在为医药科研工作者和临床医生提供有价值的参考，以期推动药物递送技术的持续创新与发展，为患者带来更高效、安全的治疗方案。

二、药物递送系统的分类与特点药物递送系统（Drug Delivery Systems, DDS）是医药领域中一种重要的技术手段，其目的在于优化药物在体内的分布、提高药物疗效、降低副作用，并实现药物的精准释放。

根据不同的设计原理和应用场景，药物递送系统可以分为多种类型，各自具有独特的优势和特点。

被动靶向药物递送系统：这类系统主要利用药物在体内的自然分布规律，通过改变药物的物理和化学性质，如粒径、溶解度、稳定性等，实现药物在特定组织或器官的富集。

被动靶向系统简单易行，但靶向性相对较弱，通常适用于全身性治疗。

主动靶向药物递送系统：主动靶向系统则通过引入特异性配体（如抗体、多肽、小分子等）与药物载体结合，使药物能够主动识别并结合到目标组织或细胞表面的受体上，实现药物的精准递送。

这种系统的靶向性强，但设计和制备相对复杂。

物理刺激响应型药物递送系统：这类系统利用外界物理刺激（如温度、光照、磁场、电场等）触发药物释放。

例如，热敏脂质体可以在温度升高时释放药物，光敏纳米粒则能在特定光照条件下实现药物释放。

物理刺激响应型系统具有较高的可控性和精准性，但需要外部设备的支持。

化学刺激响应型药物递送系统：这类系统利用体内特定的化学环境（如pH值、酶活性等）触发药物释放。

刺激响应型生物医用聚合物纳米粒子研究进展_李永勇

中国科学: 化学 2010年第40卷第3期: 197 ~ 209 SCIENTIA SINICA Chimica 《中国科学》杂志社SCIENCE CHINA PRESS评述刺激响应型生物医用聚合物纳米粒子研究进展李永勇①②, 董海青①②, 王康①, 时东陆②, 张先正①*, 卓仁禧①①武汉大学生物医用高分子材料教育部重点实验室, 化学与分子科学学院, 武汉 430072;②同济大学先进材料与纳米生物医学研究院, 上海200092* 通讯作者, E-mail: xz-zhang@收稿日期: 2009-11-29; 接受日期: 2009-12-13摘要近十几年来, 纳米科学的发展极大地推动了纳米材料在生物医用领域的应用. 聚合物纳米粒子由于其独特的性能在药物传递、医学成像等医用领域备受关注. 其中, 刺激响应型聚合物纳米粒子是一类可以在外界信号刺激下(包括pH、温度、磁场、光等)发生结构、形状、性能改变的纳米粒子. 利用这种刺激响应性可调节纳米粒子的某种宏观行为, 故而刺激响应型聚合物纳米粒子也被称为智能纳米粒子. 因为其特有的“智能性”, 刺激响应型聚合物纳米粒子的研究已成为当前生物材料领域的研究热点. 本文综述了几类重要的生物医用刺激响应型聚合物纳米粒子, 侧重介绍双重及多重刺激响应型聚合物纳米粒子的制备及其生物医学应用. 关键词聚合物刺激响应纳米粒子药物载体细胞成像1 引言目前纳米科学领域的重要研究方向之一是纳米技术在生物医学领域的应用, 随着生物医用纳米材料表现出越来越诱人的应用前景, 近年来, 全世界纳米技术的研究热点正由半导体芯片领域转向生物医学领域, 纳米生物医学技术已经被列入各国的优先科研计划, 越来越多的研究经费正在投入这一领域[1].聚合物纳米材料引起人们的关注始于20世纪90年代. 由于纳米粒子比血红细胞还小许多, 因此可以在血液中自由运行. 将药物或成像剂负载在纳米粒子中, 用于药物传递和疾病诊断, 是目前纳米材料在生物医用领域最重要的应用.迄今为止, 用于药物输送的纳米材料主要以聚合物为主体. 目前文献报道用于药物载体的聚合物纳米粒子大小通常在几纳米到1000纳米之间, 具有多种形态结构, 药物既可以通过物理包埋、也可以通过化学键合的方式结合到聚合物纳米粒子中. 用于药物传递的聚合物纳米粒子主要有以下优势[2~5]: (1)由于尺寸较小, 纳米粒子可以较为方便的将药物带入细胞内, 从而提高药效; (2)聚合物有较大的分子量, 作为药物载体能使药物在病灶部位停留较长时间, 由于药物通常被包封于聚合物内部, 因此聚合物还能起到保护药物不会被提前代谢的作用; (3)药物的释放可通过药物在纳米粒子内的扩散或聚合物自身的降解进行控制; (4)聚合物比较容易被化学修饰, 因此可以把一些具有靶向作用或具有生物活性的组分结合到聚合物粒子表面; (5)药物释放后载体材料可通过聚合物的降解被排除体外.聚合物纳米粒子用作药物控释载体时, 我们希望它同时具有靶向性以及刺激响应性, 从而最大限度的降低药物副作用、提高药物的生物利用度[6]. 刺激响应型纳米粒子可以在外界信号刺激下产生物理或化学变化, 包括分子链结构、溶解性、表面结构、溶胀、解离等行为. 利用的刺激信号可分为物理与化学信号两类, 其中物理信号包括温度、电场、磁场、超声等, 而化学信号包括pH、离子强度、化学物质等[7~11]. 这些信号可以从分子水平上改变聚合物分子链之间或聚合物分子链与溶剂的相互作用, 从而调控药物的释放. 近十几年以来, 关于单信号刺激响应纳米粒子领域李永勇等: 刺激响应型生物医用聚合物纳米粒子研究进展198已有大量研究工作, 最近不少研究者将双重、甚至双重/多重刺激响应行为引入到同一种纳米粒子, 从而设计制备出多功能的纳米药物载体. 本文主要综述几种重要的生物医用刺激响应型聚合物纳米粒子, 并侧重介绍双重及多重刺激响应型聚合物纳米粒子.2 不同响应性的刺激响应型纳米粒子“刺激响应”也经常被称为“环境响应”, “智能”等. 其智能行为主要体现在其可以根据外界刺激信号从而产生各种特殊的宏观行为. 根据刺激信号的不同, 刺激响应型纳米粒子可分为pH 、温度、磁场、光、超声、酶、化学物质等类型. 其中以pH 、温度、磁场、光、超声等最为常见.2.1 pH 敏感纳米粒子pH 敏感纳米粒子是最受关注的纳米粒子之一. 这主要是因为人体内各组织的环境pH 各有差别, 比如人体胃的pH 值呈酸性 [12, 13], 一般肿瘤组织的pH 环境是呈酸性的, 大约为6.75, 明显低于正常组织的pH 7.23[14~17]; 另外, 当纳米粒子进入细胞内部后, 粒子会遇到pH 值更低的溶酶体和内涵体(pH 5.0~5.5). 利用这种pH 环境的差异可设计出众多针对肿瘤组织或其他特定器官进行药物传递的pH 敏感药物载体[18~26], 并被广泛用于药物、基因、蛋白质等的控制释放[27~31].pH 敏感聚合物的典型特点就是含有可作为质子给体或受体的可电离部分. 弱酸性聚合物, 比如聚丙烯酸(PAAc), 在pH 较低时可以接受质子, 在pH 较高时可以提供质子; 而弱碱性聚合物, 比如聚4-乙烯基吡啶的性质就刚好相反[32]. 通常的pH 敏感聚合物纳米药物载体正是通过在载体中引入pH 敏感单元而达到pH 响应的目的. 随着pH 的改变, 载体中的pH 敏感部分会诱导纳米粒子发生聚集或者溶解, 从而调控所负载药物的释放.pH 敏感聚合物纳米粒子的一个重要应用就是利用肿瘤组织及细胞内涵体、溶酶体的弱酸性将抗癌药物运送到达肿瘤部位. 例如, Kataoka 和Park 等将阿霉素(ADR)通过pH 敏感的腙键连接于聚合物制得了一系列的pH 敏感纳米粒子[33~35]. 最近Kataoka 将阿霉素键合于嵌段聚合物(聚乙二醇－聚天冬氨酸, PEG-b- PAsp, 结构如图1所示)[36]. 其中ADR 与PEG-b-PAsp 的连接键可以在弱酸性环境下迅速离解, 从而发挥药效, 阿霉素是一种广泛使用的抗癌药, 同时键接的阿霉素还为两亲聚合物自组装提供了疏水作用, 从而使其能够自组装成纳米胶束. 研究发现: 在生理pH 值下(7.4), 该载药聚合物纳米粒子非常稳定, 而当pH 值降到5~6之间时(对应内涵体及溶酶体的环境pH), ADR 开始迅速释放; 进一步的研究显示该载药纳米粒子在T βR-I 抑制因子存在的情况下可以有效应对多种难处理癌症(比如胰腺癌及弥散型胃癌)的治疗, 在作为临床肿瘤治疗药物载体方面显示出广阔的应用前景. 另外, Bae 等通过引入pH 敏感的磺胺药物及组氨酸制备出众多具有良好pH 敏感的聚合物纳米粒子[24, 37, 38]. 这类pH 敏感类聚合物药物载体能够在较窄的pH 范围内(pH 6.5~7.2)调控对药物的释放.绝大部分的pH 刺激响应聚合物纳米粒子随pH 的变化, 粒子的粒径发生变化或者粒子开始形成或瓦解. 最近, Jiang 等制备出了一种不同行为的pH 敏感纳米粒子[39]. 这种纳米粒子由基于壳聚糖与乙二胺四乙酸的聚合物构成, 比较有趣的是其表面电荷及组成根据pH 值可以发生可逆变化, 类似于某些病毒.2.2 温度敏感纳米粒子温度敏感药物载体一般由热敏性聚合物制备而成. 此类聚合物都有一个临界溶解温度(CST). 在CST 温度上下, 热敏感聚合物在溶液中会经历一个相转变过程. 其转变有两种类型, 当低于某个温度时聚合物是水溶性的, 但当温度高于此温度时却变成水不溶性的, 这种现象称之为具有较低临界溶解温度(LCST). 反之, 则具有较高临界溶解温度(UCST). 其中报道最多的是氮取代的丙烯酰胺类聚合物, 最常见的为聚(N-异丙基丙烯酰胺) (PNIPAAm). PNIPAAm 的LCST 为32℃左右, 在溶液中具有非常明显的可逆相变过程[32, 40]. 由于PNIPAAm 的温度敏感性, 含有PNIPAAm 链段的两亲性嵌段共聚物胶束具有温度敏感性.用于药物输运的温度敏感胶束在人体内除了能通过被动靶向机理产生作用之外, 也能通过温敏主动靶向机理产生作用. 这方面的研究主要集中在具有亲- 疏水结构的温敏嵌段共聚物. 例如, 采用大单体合成技术可制备PNIPAAm 与疏水聚合物的嵌段共聚物[40~43], 在20℃时, 将溶于有机溶剂的嵌段共聚物对水透析, 能形成稳定的温敏核-壳结构的聚合物胶束, 并可将疏水药物包入胶束的内核中. 其中, 外壳是温敏的PNIPAAm, 内核是疏水聚合物. 当改变温度时,中国科学: 化学 2010年第40卷第3期199图1 阿霉素键接聚乙二醇-聚天冬氨酸纳米胶束的结构及其在细胞环境下的pH 敏感药物释放示意图[36]PNIPAAm 外壳的亲水性可发生改变. 在LCST 以下,亲水的外壳可阻止内核与生物实体如蛋白质、细胞以及其他胶束的相互作用. 而当温度超过LCST 时, 外壳会突然变得疏水, 导致胶束聚集甚至沉淀, 从而起到药物释放的“开关”作用, 其释药机理如图2所示[44]. Zhuo 等在温度敏感性两亲性载药聚合物纳米粒子方面做了大量的工作[45~50], 包括系统考察了聚合物结构对载药率的影响、核壳交联对聚合物纳米粒子稳定性的影响、引入亲水单体调节纳米粒子的相转变温度、引入靶向配体和其他功能基团等. 这类聚合物纳米粒子主要由嵌段、接枝、无规两亲性聚合物制备图2 载药温敏胶束的温度控制药物释放示意图[44]而来. 例如, 他们设计合成了Y 型及星型共聚物[47, 49], 发现由它们自组装形成的胶束均展现出较高的载药率和持续的药物缓释性, 主要归因于它们独特的结构得到的胶束具有松散的疏水性内核. 通过将荧光成像剂与PNIPAAm 基的聚合物结合, 可得到具有荧光性的纳米粒子[45]. Yang 等[51]制备出了一类基于PNIPAAm 的核壳胶束, 其LCST 正好为生理温度(37℃). 该载药胶束在酸性情况下会产生结构形变, 从而可以诱导被包封药物的释放. 此外, Gao 等[52] 开发了一种基于PNIPAAm 接枝三甲基壳聚糖共聚物的温敏纳米粒子, 并将其用于基因载体. 通过改变温度, 比如在25℃时, 该温敏的基因载体转染效果大为提高. 2.3 光敏感纳米粒子光由于其具有独有的清洁、可远程控制等优点被认为是最理想的控制手段之一, 然而利用光作为刺激信号调控纳米粒子行为的工作目前处于起始开发阶段. 光刺激响应纳米粒子的制备通常是在聚合物的主链中引入光敏基团, 比如偶氮苯, 二苯乙烯, 三苯甲烷等[53~56]. 在光照条件下, 以上基团会发生结构、极性等变化并进一步引起整个纳米粒子产生形态变化, 从而引李永勇等: 刺激响应型生物医用聚合物纳米粒子研究进展200起药物的释放. 以偶氮苯为例, 该分子有顺式、反式两种异构体, 其构象可以通过光照来控制, 在可见光照射下偶氮分子为顺式结构, 而顺式结构可以在紫外光照射下转变为反式结构. 例如Kim 等[13]以一类末端含有两种光敏基团2-硝基苯酯或偶氮苯的一种枝化分子为前驱体(结构见图3(a)), 将药物载入其空腔, 制备成载药纳米胶囊. 研究发现该载药纳米胶囊在紫外光照射下形态发生改变从而明显加速药物的释放(图3(b)). Zhao 等制备了一系列基于偶氮苯和硝基苯的光敏聚合物纳米粒子[57~60]. 例如, 他们将偶氮苯引入图3 含光敏基团的枝化分子的结构及其载药纳米胶囊的药物控释示意图[13] 两亲性聚合物的疏水段制得了一类光敏聚合物. 在可见光照射下, 该两亲性聚合物可以形成胶束, 有趣的是作者发现经过紫外光照射后, 胶束变成了囊泡, 并且该变化是可逆的[57].2.4 磁敏感纳米粒子磁敏感就是将磁性材料, 如最常用的氧化铁包封到聚合物载体中, 并对药物进行示踪或者捕捉. 具有磁性的聚合物纳米粒子能够在磁场的导向下被引导到靶向部位, 然后通过聚合物载体的降解或药物自身的扩散作用将装载的药物缓慢释放出来[61]. 同时, 当磁纳米粒子被吞噬到肿瘤组织或特定的肿瘤细胞中后, 还可以通过外加磁场提高这些磁纳米粒子的温度, 进而加热肿瘤组织达到杀死癌细胞的目的[62].2.5 超声波敏感纳米粒子超声波在医学中是用于诊断和成像的常用工具. 随着医学的发展, 超声波响应的药物载体和靶向系统也开始被研究. 超声波的应用根据参数设置的不同分为两个类型: 加热型和机械型. 需要加热时一般采用连续超声方式, 而需要产生机械行为时一般采用脉冲式超声. 加热式超声主要是和温度敏感的药物载体联用, 对所载药物进行控释, 而机械式超声主要用于加速药物的扩散. 聚合物胶束是目前超声应用最广泛的对象[63~67].Rapoport 课题组发展了一种针对肿瘤组织的超声敏感聚合物胶束载体, 研究表明超声不仅可以诱导胶束中药物的释放, 并且还可以引起肿瘤细胞膜的不稳定, 从而使得药物更好的扩散进细胞内. 其他研究表明超声也可以帮助高分子量的药物穿过如皮肤等屏障, 成功的例子包括对基因治疗药、化学治疗和溶解血酸的药物等的输送[67].3 双重刺激响应纳米粒子3.1 pH/温度双重刺激响应纳米粒子pH 和温度是最常见的刺激信号, 相应的刺激响应型纳米粒子也研究最多, 同时在纳米粒子中引入pH/温度双重敏感单元可以赋予纳米粒子双重刺激响应性能[12, 46, 68~78]. 其中, 最常见的是采用聚丙烯酸及PNIPAAm 分别作为pH 敏感及温度敏感单元的双重中国科学: 化学 2010年第40卷第3期201敏感纳米粒子[4, 27, 69, 79]. 例如, Liang 等[69]同时引入以上两种敏感单元, 在无需添加表面活性剂的条件下制备出pH/温度双重敏感纳米凝胶. 所得纳米凝胶尺寸可通过丙烯酸的含量进行调节, 在60~230 nm 范围. 并且, 凝胶的粒径可以同时受到pH 和温度的调控. Zhang 等将pH 敏感单元十一烯酸引入PNIPAAm, 制得了一种新型pH/温度双重敏感聚合物[80]. 该两亲聚合物可以自组装成60 nm 左右的纳米胶束. 醋酸泼尼松被作为模型药物载入该纳米胶束, 释药实验表明该载药胶束表现出明显的pH 、温度响应释药行为: 在体温和弱碱性环境下表现出明显快于常温及中性条件下的药物释放行为. 考虑到一般人体肠道为弱碱性环境, 因此此类药物控制释放体系可用于肠道给药. 氨基是另一种常用的pH 敏感基团. 例如Chirachanchai 等[77]将一种叔胺类pH 敏感单元引入高分子制备了一种pH/温度双重敏感荧光聚合物(PNIPAAM-co-PNVC)-b-PDMAEA, 其纳米胶束的尺寸随着pH 值从碱性变到酸性在40~65 nm 范围变化.以上体系同时将pH 及温度敏感单元引入同一种聚合物, 从而实现双响应性能. 这种设计有时会导致pH 及温度敏感单元相互干扰, 特别是温度响应性质常会受到较大影响. 这主要是因为一般温度响应的本质是温度的变化导致亲疏水平衡的移动, 从而引起纳米粒子的宏观行为发生改变, 而pH 敏感单元的引入会诱导响应温度的升高或降低, 甚至消失[40, 81]. 为了克服这一缺点, Zhang 等分别合成温度及pH 响应荧光聚合物, 然后将两种两亲性的聚合物通过氢键复合制备出一种复合胶束. 该复合胶束在不同温度和pH 条件下显示出不同的颜色变化. 如图4所示: 保持pH 不变, 随着温度升高, 复合胶束红色荧光基团逐渐进入复合胶束内核, 导致荧光基本消失, 而绿色荧光无此变化, 基本维持不变; 保持温度不变, 随着pH 升高, 复合胶束的绿光基团由于共轭结构改变, 荧光逐渐增强, 而红色荧光基团无此变化, 基本维持不变; 两种聚合物不同质量配比下的荧光照片也显示出明显的颜色变化. 更为重要的是复合胶束在细胞内环境时其荧光也表现出类似的温度和pH 敏感性, 没有受到细胞内复杂环境的影响, 显示该多彩胶束可用于探测复杂微环境下的pH 或温度, 在生物检测和药物传递等方面具有较大的应用前景[46].绝大部分的pH/温度双重敏感聚合物纳米粒子都是不可降解的, 最近也有研究者通过对壳聚糖中图4 两种pH 及温度敏感聚合物(FC-1, FC-2)形成复合胶束的示意图及复合胶束在不同温度、pH 、配比下的颜色变化照片[46]的糖环进行氧化产生的自由基引发NIPAAm 单体聚合得到一种pH 及温度双重敏感的聚合物, 并进一步在聚合物的相转变温度之上时将其制备成以壳聚糖为壳、PNIPAAm 为核的纳米胶束[78]. 壳聚糖中的氨基及PNIPAAm 分别提供pH 及温度敏感性. 研究显示: 温度升到35℃, 纳米粒子开始形成, 继续升高温度, 纳米粒子核层中的PNIPAAm 发生收缩, 粒径明显减小; 40℃下, pH 逐渐升高, 纳米粒子由于疏水性增强, 粒径逐渐增大. 药物控释实验结果显示载药胶束在酸性情况下表现出明显的加速释放行为.3.2 磁场/(温度或pH)双重刺激响应纳米粒子在聚合物纳米粒子中引入磁性物质可使得该杂化纳米粒子同时具有磁响应性及聚合物纳米粒子本身所具有的特有性能[82]. 其中最常用到的磁性物质之一是超顺磁性物质. 超顺磁性纳米粒子在交变磁场作用下, 因受到涡电流效应、磁滞效应、磁后效应、畴壁共振以及自然共振等众效应的协同作用而吸收磁场能量, 发生磁损耗而产生热量[61]. 因此, 磁性纳米粒子经常被包封在温度敏感的聚合物纳米粒子中, 从而可以利用其热效应控制温敏聚合物纳米粒子的行为. 与传统通过加热的方式相比, 该方法仅通过外李永勇等: 刺激响应型生物医用聚合物纳米粒子研究进展202源磁场就可以控制温度敏感聚合物纳米粒子的宏观行为. 如将磁性纳米粒子和药物一起包埋到温敏性聚合物纳米粒子后, 通过磁热效应诱导释药系统温度升高, 从而使得药物从系统中缓慢释放. 另外, 热效应非常显著时还可以使得聚合物纳米粒子发生解体, 可以起到快速释放药物的目的[82], 其释药机理如图5所示. 在这种技术中, 交变磁场是药物释放的开关, 可以便利地控制温热效应, 因此比单纯依靠动物自身局部温度不均匀(如肿瘤部位温度略高于身体其他部位)来控制药物释放要优越的多. 另外, 除了通过热效应来控释药物, 还可以通过在肿瘤部位外加磁场的方法, 使超顺磁性磁性纳米粒子聚集到肿瘤部位, 达到靶向治疗的作用[82].作为一种研究较多的温度敏感聚合物, PNIPAAm 经常被用作包覆磁性纳米粒子、在其表面形成聚合物层, 从而制得磁场/温度敏感聚合物纳米粒子[83~88]. 例如, 采用共沉淀法可制备一种表面含功能双键的磁性纳米粒子, 并以该磁性纳米粒为核, 在其表面引入PNIPAAm 类温度敏感两亲性聚合物, 即可制备出一种以磁性纳米粒和两亲性聚合物为壳的磁性/温度敏感聚合物复合纳米粒子. 所得纳米粒子分散均匀, 粒径分布较窄[84]. 图6为其透射电镜照片及结构示意图. 由于其表面为两亲性聚合物, 该复合纳米粒子能够负载疏水性药物, 进行温控释放. 另外研究发现该复合纳米粒子具有良好的磁敏感性.与PNIPAAm 两亲性聚合物类似, 聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯(PEO-b-PPO-b-PEO)在水溶液中也具有温度敏感的胶束化行为[89, 90]. 因此PEO-b-PPO-b-PEO 也被经常用于制备磁性/温度敏感聚合物纳米粒子[82, 87]. Liu 等将磁性纳米粒子包封于PEO-b-PPO- b-PEO 胶束内部, 考察了所得新型双敏纳米粒子的图5 磁性热敏聚合物纳米载药系统在交变磁场控制下的释药机制[82] 温度响应行为, 发现该纳米粒子在大约40℃时开始发生收缩. 对负载药物维他命B12的纳米粒子在磁场调控下的药物释放行为研究表明未加磁场时, 药物释放缓慢; 而在磁场作用下, 被包封的药物迅速暴释[87].磁性纳米粒子除了与温度敏感聚合物相结合从而同时赋予纳米粒子磁场及温度响应性质之外, 也经常与pH 敏感聚合物相结合从而同时赋予纳米粒子磁场及pH 响应性能[91~95]. 例如Guo 等利用共沉淀法制备出了一类磁性/pH 双敏感的聚合物纳米粒子[91]. 该纳米粒子以磁性纳米粒为核, 以pH 敏感聚甲基丙烯酸甘油酯-聚甲基丙烯酸-聚氧乙烯(PGMA-b- PMAA-b-PEO)为壳, 磁性纳米粒通过嵌段聚合物中PGMA 链段相互作用从而连接上三嵌段聚合物, 通过离子键作用将模型药物－阿霉素载入以上双敏纳米粒子, 载药纳米粒子在弱酸性(pH5.5)情况下表现出更快的药物控释行为, 该环境正好与细胞内的溶酶体及内涵体的pH 环境类似. 由于双敏纳米粒子具有较小的粒径(约20 nm)及特有的磁性性质, 因此在药物传递领域具有广泛的应用前景. 另外Yang 等[93]制备了一种以pH 敏感的羧基化壳聚糖为壳, 以磁性纳米粒子为核的磁性/pH 双敏纳米粒子, 在酸性环境下该纳米粒子可以大量吸附蛋白质, 并可在弱碱性情况下释放出来, 可应用于蛋白质分离.3.3 光/(pH 或温度)双重刺激响应纳米粒子光刺激响应是另一类引起较多关注的聚合物纳图6 磁性/热敏聚合物纳米粒子透射电镜及结构示意图[84]中国科学: 化学 2010年第40卷第3期203米粒子. 这主要归因于光信号具有优越的可控性、非破坏性、清洁性等优点. 由于光敏聚合物设计合成方面的挑战性, 目前基于光的双刺激响应聚合物纳米粒子的研究仍不多见[54, 96~100]. 然而基于光的双刺激响应的聚合物纳米粒子与其他聚合物纳米粒子相比, 优势明显, 因此研究开发新型的基于光的双刺激响应纳米粒子将具有突出的研究意义. 最近, Zhao 等[99]设计制备了一种光/pH 双刺激响应纳米粒子. 该纳米粒子所涉及的聚合物采用可逆加成-链转移聚合(RAFT)及原子转移自由基聚合(ATRP)制备而成. 作者首先采用RAFT 聚合合成网络结构中含有卤元素的微凝胶, 然后利用卤元素引发pH 敏感单体进行ATRP 聚合连接上具有pH 刺激响应聚合物, 随后再引入含光敏基团－芘的聚合物, 进而制得了光/pH 双刺激响应性的聚合物纳米粒子. 在光信号刺激下, 该纳米粒子中的光敏基团－芘可以逐渐从纳米粒子中被降解出来, 从而导致荧光强度显著减弱; 同时纳米粒子中的pH 敏感聚合物在不同的pH 环境下链的伸展状态不一样, 从而导致聚合物纳米粒子的尺寸表现出明显差别.香豆素是一类在光信号刺激下可发生二聚化的光敏分子(如图7所示). Jiang 等[101]设计制备了一种光/ 温度双刺激响应的聚合物纳米粒子. 所采用的聚合物通过亲核加成以及开环聚合制得, 成分主要由温度敏感的聚氧乙烯以及光敏感的香豆素构成. 该聚合物具有两亲性, 在水溶液中, 可自组装成以疏水的香豆素为核及亲水的聚氧乙烯为壳的纳米胶束. 所得纳米胶束在254 nm 紫外光照射下, 处于核层的香豆素会发生二聚, 从而得到核交联的纳米胶束, 而再经365 nm 光照辐射, 核交联状态可解离. 室温下的纳米粒子呈均匀分散状态, 粒径约为50~60 nm; 高温下呈聚集状态, 粒径约为300 nm, 比较有趣的是, 如果在高温下对聚集体进行紫外照射后, 再将温度降到室温, 聚集体的状态不会发生改变, 表明该过程不可逆. 此类双敏纳米粒子在新型药物传送系统, 蛋白分离等领域具有较大的应用前景.4 三重刺激响应纳米粒子近来, 三重刺激响应纳米粒子也开始逐渐出现. 三重刺激响应纳米粒子可实现的功能更多, 可调控的手段也更多, 但从技术角度讲, 三重刺激响应纳米粒子的设计制备也更有难度. 在pH/温度刺激响应聚合物纳米粒子中引入磁性纳米粒子是一种比较容易实现制备三重刺激响应纳米粒子的途径. 例如, Bhattacharya 等制备出pH/温度敏感的聚合物微凝胶, 再利用其作为模板, 采用共沉淀法在凝胶内部原位生成磁性纳米粒子, 从而得到同时对三种刺激信号(pH/温度/磁场)敏感的聚合物纳米粒子[102]. 该刺激响应纳米凝胶在不同温度、pH 下具有明显不同的溶胀度, 并且纳米粒子的运动可以受到磁场的控制.一般多重敏感聚合物的敏感单元是无规分布于整个纳米粒子中, 最近Isojima 等[103]设计制备了一种温度/pH/磁分离的三重刺激响应纳米粒子. 其中温图7 基于温敏聚氧乙烯及光敏感香豆素的双敏聚合物纳米粒子在不同信号刺激下的自组装示意图[101]。

刺激响应型材料在医学领域的应用

刺激响应型材料在医学领域的应用刺激响应型材料：医学领域的新希望第一章：引言在医学领域的不断发展中，材料科学与工程的进步为医学领域带来了新的突破。

刺激响应型材料作为一种具有智能性和响应性的新型材料，不仅在工程领域得到广泛关注与应用，而且在医学领域也获得了巨大的重视。

本章将介绍刺激响应型材料的基本概念和在医学领域中的应用前景。

第二章：刺激响应型材料的基本概念2.1 刺激响应型材料的定义刺激响应型材料是指在受到外界刺激后，能够产生响应以改变其性能或形态的一类材料。

这种材料往往能够通过对温度、光照、pH值、电压等外界刺激的敏感反应，实现内部结构的相变、形态的转变、功能性能的改变等。

2.2 刺激响应型材料的分类根据不同的刺激响应机制，刺激响应型材料可以分为温度响应、光响应、pH响应、电磁响应等几个大类。

其中，温度响应型材料是目前应用最广泛且研究较为深入的一类刺激响应型材料。

第三章：刺激响应型材料在医学领域的应用3.1 生物医学传感器生物医学传感器是指能够监测生物体内生理指标的一种设备或材料。

刺激响应型材料作为生物医学传感器的关键组件之一，能够根据特定的刺激（如光、温度、pH值等）进行形态和性能的改变，从而实现对生理指标的实时监测。

例如，利用温度响应型材料制作的体温传感器可以通过体温的变化实现对患者的健康状况监测。

3.2 智能药物传递系统智能药物传递系统是指根据患者体内的生理和病理状态自主精确地控制药物释放的一种系统。

刺激响应型材料可以通过对温度、pH值等刺激的响应，实现药物的定向释放和控制释放速率。

这种智能药物传递系统对于提高药物治疗的效果、减少药物的副作用具有重要意义。

3.3 组织工程和再生医学组织工程和再生医学旨在利用生物材料和细胞等手段修复和重建受损的组织和器官。

刺激响应型材料能够对外界刺激做出响应，从而实现组织工程的定向导向和再生医学的精准治疗。

例如，利用光响应型材料制作的人造血管，在受到特定光刺激后能够完成血管扩张和收缩，用于治疗心血管疾病。

刺激响应型纳米材料在药物传递中的应用研究

刺激响应型纳米材料在药物传递中的应用研究第一章引言纳米材料的出现引起了药物传递领域的广泛关注，特别是刺激响应型纳米材料的应用。

本章将介绍纳米材料在药物传递中的重要性以及刺激响应型纳米材料在药物传递中的应用前景。

第二章纳米材料在药物传递中的优势本章将探讨纳米材料在药物传递中的优势。

首先，纳米材料具有较大比表面积，可以提高药物的载量。

其次，纳米材料可以通过改变粒径和结构来调控药物的溶解度，提高其生物利用度。

同时，纳米材料还能够保护药物免受生物降解和肝脏代谢的影响，延长药物在体内的停留时间。

第三章刺激响应型纳米材料的设计与制备本章将介绍刺激响应型纳米材料的设计和制备方法。

首先，根据药物的性质和需要实现的响应形式，选择合适的纳米材料作为载体。

然后，通过改变材料的化学结构、表面修饰以及调控材料之间的相互作用来实现刺激响应性。

最后，采用适当的制备方法，如溶剂挥发法、共沉淀法等，制备刺激响应型纳米材料。

第四章刺激响应型纳米材料在药物传递中的应用本章将重点介绍刺激响应型纳米材料在药物传递中的应用。

首先，针对药物传递中的一些难题，如靶向性、缓释性，设计了相应的刺激响应型纳米材料。

然后，通过外界刺激，如温度、pH值等，触发纳米材料释放药物，实现精确的药物传递。

最后，利用纳米材料本身的生物活性以及与药物的协同作用，提高药物的疗效。

第五章刺激响应型纳米材料在药物治疗中的挑战与展望本章将探讨刺激响应型纳米材料在药物治疗中面临的挑战以及未来的发展方向。

首先，由于纳米材料的复杂性，在其设计和制备过程中仍存在一些问题，如材料的稳定性、药物的选择等。

其次，对刺激响应型纳米材料的毒理学评价和安全性研究也亟需加强。

最后，未来的发展方向包括进一步优化纳米材料的性能和功能，提高其在药物传递中的应用效果。

第六章结论本章将对全文进行总结，并展望刺激响应型纳米材料在药物传递中的未来发展前景。

刺激响应型纳米材料在药物传递中具有重要的应用价值，可以实现精确的药物传递，提高治疗效果。

聚合物纳米粒子的制备及其医药应用

聚合物纳米粒子的制备及其医药应用随着纳米科技的发展，纳米材料在生物医药领域的应用越来越广泛，聚合物纳米粒子是其中的一种重要材料。

它们可以在生物体内实现精确的靶向治疗和药物释放，是现代生物医药研究的重要支撑材料。

本文将介绍聚合物纳米粒子的制备方法和医药应用。

一、聚合物纳米粒子的制备方法聚合物纳米粒子的制备方法有很多种，常见的有溶剂挥发法、乳化法、反应还原法等。

1. 溶剂挥发法溶剂挥发法即先将聚合物和药物等混合物溶解在有机溶剂中，然后将有机溶剂挥发掉，使聚合物和药物等分子得以自组装成纳米粒子。

此方法操作简单、成本低，但容易造成药物的损失和难以控制空心粒子的形成。

2. 乳化法乳化法是在两种相互不相溶的溶液中加入表面活性剂，然后通过搅拌使两种液体产生乳化状态。

然后再将聚合物和药物等乳化到油相中，等到自组装成纳米粒子后再将其分离。

此方法制备出来的纳米粒子较小，形态还比较规则。

3. 反应还原法反应还原法是通过在温和反应条件下将还原剂还原聚合物成分为纳米粒子的方法。

此方法可以得到非常规则的形态、大小均一的聚合物纳米粒子。

此法对粒子的控制比较灵活，但操作更复杂、成本较高。

二、聚合物纳米粒子在医药领域的应用1. 靶向药物传递聚合物纳米粒子可以封装药物，并在体内分泌出来。

最近的研究表明，由于聚合物纳米粒子可以通过受体介导的端粒化和胞吞作用，因此可以针对性地释放药物和治疗患者。

这些靶向药物可以减少药物分布在其他组织中的副作用，从而提高药物的疗效。

2. 修复组织及再生医学聚合物纳米粒子可以作为一种有效的基质来支持组织工程和干细胞移植。

它们可以促进细胞在组织液中的生长和分化，并可以用来修复中枢神经系统的损伤。

3. 疫苗和免疫治疗聚合物纳米粒子也可以作为疫苗和免疫治疗载体。

它们可以通过与抗原蛋白质结合并从而激发免疫反应。

它们还可以通过配制药物和单克隆抗体的叉向物来针对性地消灭肿瘤和癌细胞。

4. 纳米材料的纳入聚合物纳米粒子不是唯一可用于纳入药物和纳米材料的纳米载体。

纳米技术在药物传递中的前沿探索

纳米技术在药物传递中的前沿探索在当今的医学领域，纳米技术正以前所未有的速度发展，并在药物传递方面展现出巨大的潜力。

药物传递一直是治疗疾病的关键环节之一，而纳米技术的出现为解决传统药物传递系统的局限性提供了全新的思路和方法。

传统的药物传递方式往往存在诸多问题。

比如，口服药物可能会在胃肠道中被分解，导致药效降低；注射药物则可能引起疼痛和感染风险，而且药物在体内的分布也难以精确控制。

这些问题不仅影响了治疗效果，还可能给患者带来不必要的副作用。

纳米技术的引入为解决这些问题带来了曙光。

纳米粒子，通常指尺寸在 1 到 100 纳米之间的微小颗粒，具有独特的物理和化学性质，使其成为理想的药物载体。

首先，纳米粒子的小尺寸使其能够更容易地穿透生物屏障，如血脑屏障，将药物输送到以前难以到达的病灶部位。

其次，通过对纳米粒子表面进行修饰，可以实现对药物的控释和靶向传递，提高药物在病灶部位的浓度，同时减少在其他正常组织中的分布，从而降低副作用。

在纳米技术用于药物传递的研究中，脂质体是一种常见的纳米载体。

脂质体由磷脂双分子层组成，类似于细胞膜的结构，能够包裹水溶性和脂溶性药物。

它具有良好的生物相容性和可降解性，能够减少药物的毒性和免疫反应。

例如，阿霉素脂质体已经被用于治疗癌症，相比于传统的阿霉素制剂，其心脏毒性明显降低。

聚合物纳米粒子也是备受关注的药物传递载体。

它们可以由天然或合成的聚合物制成，通过调整聚合物的种类和分子量，可以控制纳米粒子的粒径、表面电荷和药物释放特性。

一些聚合物纳米粒子还具有刺激响应性，能够在特定的环境条件下（如 pH 值、温度、酶等）释放药物，实现精准治疗。

除了脂质体和聚合物纳米粒子，还有许多其他类型的纳米载体，如金属纳米粒子、量子点、纳米凝胶等。

金属纳米粒子，如金纳米粒子和银纳米粒子，具有独特的光学和电学性质，可以用于药物的成像和诊断。

量子点则在荧光成像方面表现出色，能够实时监测药物在体内的分布和代谢。

刺激响应型聚合物的合成与性能

刺激响应型聚合物的合成与性能聚合物是由大量的重复单元构成的高分子化合物，具有广泛的应用领域，例如塑料、纤维、涂料和药物传递系统等。

近年来，随着对智能材料的需求不断增加，刺激响应型聚合物引起了研究人员的广泛关注。

刺激响应型聚合物具有智能性能，能够在特定的外部刺激下发生显著的物理或化学变化，如体积变化、形状改变、颜色变化等，从而实现在不同环境中的可控自适应行为。

本文将介绍刺激响应型聚合物的合成方法和性能表现。

一、刺激响应型聚合物的合成方法刺激响应型聚合物的合成方法多种多样，常用的有自由基聚合法、原子转移自由基聚合法、离子交换聚合法等。

其中，自由基聚合法是最常见的方法之一。

自由基聚合方法的基本原理是通过引入引发剂或光裂解剂，使引发剂或光裂解剂分解生成自由基，自由基与单体发生反应，聚合形成链长链聚合物。

刺激响应型聚合物的合成过程中，可以通过控制引发剂、单体的种类、比例和反应条件等方法，实现对聚合物结构和性能的调控。

二、刺激响应型聚合物的性能表现刺激响应型聚合物具有多种性能表现，如温度响应、pH响应、光响应等。

温度响应型聚合物是目前研究较为深入的一类刺激响应型聚合物。

温度响应型聚合物在温度改变的情况下，会发生体积变化和形状改变。

例如，聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）是一种典型的温度响应型聚合物，具有下冷上热的体积相变特性。

在低温下，PNIPAAm水溶液会呈现溶胀态，而在高温下则会收缩。

这种特性使得PNIPAAm在药物传输系统中具有很好的应用前景。

除了温度响应外，刺激响应型聚合物还可以通过调节pH值发生体积变化。

酸碱响应型聚合物对于生物体内偏酸性或偏碱性环境具有良好的响应。

例如，聚（醛胺酸）、聚丙烯酸等酸碱响应型聚合物在酸性环境下会发生离子化，导致溶胀行为的发生。

这种性质使得酸碱响应型聚合物在控制药物释放等领域具有广泛的应用前景。

另外，光响应型聚合物也是一类研究热点。

光响应型聚合物可以通过光敏单体的引入，实现在光照条件下的形状变化。

生物响应材料在医学和生物传感研究中的应用

生物响应材料在医学和生物传感研究中的应用近年来，生物响应材料（Bioreactive Material）在医学和生物传感研究中得到越来越广泛的应用。

生物响应材料通过与生物分子的相互作用，可实现对生物体的响应和控制，因而具备许多传统材料所不具备的特殊性质，如生物相容性好、靶向性强、药物载荷量大等。

本文将从几个方面探讨生物响应材料在医学和生物传感研究中的应用。

一、生物响应材料在医学领域的应用1. 医用纳米材料生物响应材料在医学上的应用最为突出的便是纳米材料。

因其具有纳米级别的尺度，能够更容易地渗透到生物组织内，从而实现更好的治疗效果。

生物响应材料中的纳米材料主要分为有机纳米材料和无机纳米材料两种。

有机纳米材料主要包含脂质体、聚合物纳米粒子等。

其中，脂质体是由一层或多层脂质双分子层围住的空心微球，通常由磷脂类物质及其衍生物组成。

脂质体具有极好的生物相容性和生物可降解性，可实现生物分子的靶向输送。

聚合物纳米粒子则是由聚合物组成的微米和纳米级别的颗粒，具有尺寸小、容易加工、生物相容性等特点。

聚合物材料中最常用的是PLGA（聚（乳酸-羟基乙酸）），因其良好的生物相容性、可降解性和可制备性而得到了广泛应用。

通过这些有机纳米材料，可以实现对药物的精确控制，从而提高了治疗效果。

无机纳米材料则主要包括金纳米材料、银纳米材料等。

利用这些材料，可以实现有针对性的肿瘤靶向治疗，也可以通过其自身的光学性质，实现生物成像等功能，具有广阔的应用前景。

2. 医用生物响应性材料生物响应性材料中的生物可降解聚合物、天然高分子材料等，也具有广泛的应用前景。

生物可降解聚合物主要包括聚羟基烷酸酯（PHA）、聚乳酸（PLA）、聚己内酯（PCL）等材料。

这些材料不仅具有优良的生物相容性和可降解性，也可以定向制备出不同形态的材料，如微球、纤维等，具有广泛的应用前景。

天然高分子材料中的明胶、海藻酸钠等，也具有良好的生物相容性和生物可降解性，可以用于合成药物输送载体、细胞培养支架等。

刺激响应型高分子材料综述

刺激-响应型高分子材料的应用摘要：响应型高分子材料通过调节离子、分子的运输，改变润湿性，附着一些不同的材料，或是将化学和生物的新号转化成光、电、热和力学信号（反之亦然），可以适应周围的环境。

这些材料在载药、诊断、生物组织工程和智能光学系统，以及生物传感，微电子系统，染料和纺织等众多领域中正越来越多的发挥着重要作用。

我们综述了自组装形成的纳米结构的刺激-响应型高分子材料应用中的最新进展和挑战。

我们也提出了新兴发展的关键性轮廓。

为维持生命和保持生物功能，自然需要选择性地制备能够提供特殊化学功能和结构的分子组装和界面，它们能够改变环境。

合成的高分子材料（图1）具有非常相似属性，准备用于各种应用，例如功能上类似于自然界面的响应性的生物界面，药物缓释，能够对环境有响应或相互作用的涂料，和肌肉活动相似的复合材料，应用于很小浓度分析的传感器的薄膜和粒子。

本文主要关注刺激-响应型的分子纳米结构，他们有能力发生结构和化学变化，以应对接收的外部信号。

这些变化伴随着聚合物许多物理性质的变化。

信号来自于材料环境的变化，例如温度、化学组成或作用力的变化，它也可以通过光照或受到电场、磁场的作用而触发。

这里，我们只分析薄膜和纳米粒子中刺激-响应型纳米结构高分子材料和体系应用的最近进展（即过去的5年里），这些体系可以用图1总结。

我们讨论了二维（膜）和三维结构（粒子和组装体）的刺激-响应型。

然后，我们看了看每种类型的刺激中这些基本的方法是如何应用的。

最后，指出了这些复杂体系理论和模型以及未来发展中的挑战。

Reconstructable surfaces and applications重建的表面及应用改造的表面变化它们的润湿性和渗透性，以及它们的粘合性，吸附性，力学和光学性质。

新兴的应用扩展至粘合性和润湿性，外观和透明度可控的材料，快速释放化学品的涂料以及自愈型的涂料。

Principal architectures and mechanisms.主要的构架和机理改造的表面可分为以下几类：（1）polymer surfaces formed spontaneously in bulk polymer materials本体高分子材料自发形成的高分子表面（2）grafted polymer thin films (here referred to as polymer brushes);接枝高分子薄膜（相当于聚合物刷）（3）thin films of polymer networks聚合物网络薄膜（4）self-assembled multilayered thin films自组装形成的多层薄膜本体高分子材料形成的薄膜通常导致较长的响应时间（几分钟到十几个小时），在此期间，聚合物成分从本体迁移到表面，或是在本地重排，降低了表面张力。

基于纳米材料的刺激响应策略在肿瘤治疗中的研究进展

doi:10.3971/j.issn.1000-8578.2019.19.0285基于纳米材料的刺激响应策略在肿瘤治疗中的研究进展程凯，周洁综述，陈钰，陈道桢审校Progress of Stimulation Response Strategy Based on Nanomaterials in Tumor Therapy CHENG Kai, ZHOU Jie, CHEN Yu, CHEN DaozhenDepartment of Laboratory, Wuxi Hospital for Maternal and Child Health Care Affiliated to Nanjing Medical University, Wuxi 214002, ChinaCorresponding Author: CHEN Daozhen, E-mail: chendaozhen@Abstract: Most of the conventional chemotherapeutic agents against cancer have poor targeting and efficacy. With the development of nanomedicine, it is found that the stimulating response strategy based on nanomaterials can promote the gather, ingest and release of chemotherapeutic drugs in tumors through the response conditions of pH, redox, ROS and enzymes of the tumor microenvironment and external light, magnetic and other response conditions, thereby improving the safety and killing effect of the drug. This paper reviews the common nanomaterial-based stimulation response strategies and their role in tumor therapy, to provide some references for clinical application and future research.Key words: Nanomedicine; Stimulation response; Tumor treatment摘要：化疗作为肿瘤主要的治疗方法具有靶向性差、不良反应严重等缺点。

生物医用智能高分子材料刺激响应性研究

生物医用智能高分子材料刺激响应性研究一、概括随着科学技术的不断发展，生物医用智能高分子材料在生物医学领域发挥着越来越重要的作用。

这类材料具有良好的生物相容性和生物活性，能够实现对生物环境的感应和调控，从而为医疗器械、药物递送等领域带来革命性的变革。

本文将对生物医用智能高分子材料的刺激响应性进行简要概括，包括其概念、特点、分类及应用前景。

药物递送：通过刺激响应性高分子材料的设计，可以实现药物的有针对性释放，提高药物的疗效和降低副作用。

生物成像：刺激响应性高分子材料可以作为荧光探针或光热剂，用于生物成像和诊断。

组织工程：根据不同组织细胞的特异性刺激响应性，可以设计出具有靶向治疗作用的智能高分子材料支架，促进组织再生和修复。

人工器官：生物医用智能高分子材料可用于制造人工心脏、血管、皮肤等人工器官，提高其功能和生物相容性。

尽管生物医用智能高分子材料具有巨大的应用前景，但目前仍面临一些挑战，如生物相容性、生物降解性以及智能化程度等方面的问题。

未来研究需要进一步探讨材料的生物相容性和生物降解机制，提高材料的智能化水平，并探索其在生物医学领域的实际应用途径。

1. 生物医用智能高分子材料的意义和重要性在生物医学领域，智能高分子材料作为一种具有广泛应用前景的新型材料，正受到越来越多的关注。

生物医用智能高分子材料不仅能够模拟生物体内的各种生物化学反应和过程，还能通过其独特的刺激响应性实现对生物环境的感知、响应和控制。

本文将对生物医用智能高分子材料的意义和重要性进行探讨。

生物医用智能高分子材料在医学领域具有重要的应用价值。

随着生物医学科技的不断发展，人们对疾病治疗和康复手段的要求也越来越高。

生物医用智能高分子材料能够实现药物精确控制释放、生物分子分离与纯化、生物组织工程等，为临床治疗提供有力支持。

智能高分子材料可以作为药物载体，实现药物的缓释、靶向输送和智能监控，从而提高药物的治疗效果和降低副作用；智能高分子材料还可以用于生物分子的纯化和分离，提高生物分子研究的准确性和效率。

药物递送系统中的聚合物纳米颗粒研究进展

药物递送系统中的聚合物纳米颗粒研究进展聚合物纳米颗粒作为一种重要的药物递送系统，在医药领域中受到广泛关注和研究。

聚合物纳米颗粒具有较小的粒径、可控的形态和结构、良好的稳定性，以及高度的药物载药能力等优点，逐渐成为药物递送系统中的研究热点。

本文将重点介绍药物递送系统中的聚合物纳米颗粒的研究进展。

一、药物递送系统的重要性药物递送系统作为一种重要的治疗手段，能够有效地提高药物的治疗效果和减少毒副作用。

然而，药物分子在体内的药物释放、分布和代谢等过程存在一系列的限制。

聚合物纳米颗粒具有较小的粒径和较高的比表面积，能够提高药物的载药能力和靶向性，从而有效地解决药物在体内遇到的难题。

二、聚合物纳米颗粒的制备方法目前，制备聚合物纳米颗粒的方法主要包括溶剂挥发法、乳液聚合法、自组装法等。

其中，乳液聚合法具有简单、高效、可控性好等优点，被广泛应用于聚合物纳米颗粒的制备过程中。

此外，还可以通过改变聚合反应条件、添加不同类型的乳化剂等手段调控聚合物纳米颗粒的形态和结构，以实现不同的药物释放行为。

三、聚合物纳米颗粒在药物递送中的应用聚合物纳米颗粒在药物递送中的应用主要包括靶向性药物递送、控释性药物递送和联合治疗等方面。

靶向性药物递送是指通过修饰聚合物纳米颗粒的表面，使其具有特异性地与肿瘤细胞或炎症部位相互作用，从而提高药物的靶向性和治疗效果。

控释性药物递送是指将药物包载在聚合物纳米颗粒中，并通过调节聚合物的结构和性质，实现药物的缓慢释放，从而延长药物在体内的停留时间和减少毒副作用。

联合治疗是指将多种药物或治疗手段结合在一起，通过聚合物纳米颗粒作为载体，实现多种药物的协同作用，从而提高治疗效果。

四、聚合物纳米颗粒药物递送系统的优势和挑战与传统的药物递送系统相比，聚合物纳米颗粒具有一系列的优势，如药物保护性能好、药物释放可控、药物生物利用度高等。

但是，聚合物纳米颗粒在应用中也面临一些挑战，如药物的稳定性、聚合物的生物相容性、聚合物纳米颗粒的大规模制备等问题。

刺激响应性聚合物的合成及性能研究

刺激响应性聚合物的合成及性能研究聚合物是一种重要的功能材料，在化工、医药、电子等领域都有广泛的应用。

刺激响应性聚合物是一类可以对外界刺激做出响应的聚合物，具有很高的研究和应用价值。

本文将探讨刺激响应性聚合物的合成及性能研究。

首先，刺激响应性聚合物的合成是关键的一步。

目前，刺激响应性聚合物的合成方法主要有自由基聚合、离子聚合和环氧基团开环聚合等。

在这些合成方法中，自由基聚合是最常用的方法之一。

通过引入带有响应性基团的单体，可以合成具有刺激响应性的聚合物。

例如，引入温度敏感单体N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)可以得到温度响应性聚合物PNIPAM。

而通过引入pH敏感单体丙烯酸可以得到具有pH响应性的聚合物PAA。

其次，刺激响应性聚合物的性能研究也是十分重要的。

刺激响应性聚合物的性能主要包括响应速度、响应程度、力学性能等。

以温度响应性聚合物PNIPAM为例，当温度升高到临界溶解温度，PNIPAM会呈现折叠状态发生相变，使得水合能力降低，从而达到控制溶胀和溶胀的目的。

而pH响应性聚合物PAA则在酸性或碱性环境中发生变色、溶胀或收缩等变化。

因此，研究刺激响应性聚合物的性能对于其应用具有重要意义。

刺激响应性聚合物在生物医学领域的应用也备受关注。

例如，通过合成具有温度响应性的聚合物，可以制备智能药物载体，实现药物的控释或靶向释放。

此外，刺激响应性聚合物还可以应用于组织工程、仿生表面涂层等领域，为生物医学研究提供了新的可能性。

总的来说，刺激响应性聚合物作为一种新型智能材料，具有广泛的研究和应用前景。

通过对其合成及性能的深入研究，可以更好地开发其在各个领域的应用潜力，推动材料科学的发展和创新。

新型聚合物在生物医学中的应用

新型聚合物在生物医学中的应用在当今生物医学领域，新型聚合物的出现为疾病的诊断、治疗和预防带来了革命性的变化。

这些聚合物具有独特的物理、化学和生物学特性，使其在药物输送、组织工程、生物传感器等多个方面展现出了巨大的应用潜力。

新型聚合物在药物输送领域发挥着至关重要的作用。

传统的药物治疗往往面临着药物溶解性差、生物利用度低、靶向性不强以及毒副作用大等问题。

而新型聚合物可以作为药物载体，有效地解决这些难题。

例如，通过将药物包裹在聚合物纳米粒中，可以提高药物的溶解性和稳定性，延长药物在体内的循环时间，增强药物的靶向性。

聚合物纳米粒可以通过被动靶向（如利用肿瘤组织的高通透性和滞留效应）或主动靶向（如在纳米粒表面修饰特定的配体，使其能够特异性地识别和结合病变细胞表面的受体）的方式，将药物精准地输送到病变部位，从而提高治疗效果，减少对正常组织的损伤。

此外，刺激响应型聚合物在药物输送方面也具有独特的优势。

这类聚合物能够对外界的刺激（如 pH 值、温度、光、磁场等）做出响应，从而实现药物的控制释放。

例如，在肿瘤微环境中，pH 值通常比正常组织低。

因此，可以设计 pH 响应型聚合物，使其在肿瘤部位的酸性环境中发生结构变化，从而释放出包裹的药物。

同样，温度响应型聚合物可以在特定的温度下（如肿瘤部位的高温）改变其物理性质，实现药物的按需释放。

这种智能的药物输送方式不仅可以提高药物的疗效，还可以降低药物的使用剂量，减少副作用。

在组织工程领域，新型聚合物同样具有重要的应用价值。

组织工程的目标是构建具有特定功能的组织或器官，以替代受损或病变的组织和器官。

新型聚合物可以作为支架材料，为细胞的生长、增殖和分化提供适宜的微环境。

例如，可生物降解的聚合物（如聚乳酸、聚乙醇酸等）可以通过特定的加工工艺（如静电纺丝、3D 打印等）制备成具有特定结构和孔隙率的支架。

这些支架具有良好的生物相容性和机械性能，能够支持细胞的黏附、迁移和分化，并在组织形成后逐渐降解，被新生的组织所替代。

刺激响应型药物输送系统的研究

刺激响应型药物输送系统的研究引言近年来，为了提高药物的疗效和减少副作用，研究者们开始关注刺激响应型药物输送系统。

这种系统可以根据疾病特征或外部刺激来释放药物，从而实现药物的精确治疗和控制释放。

本文将重点讨论刺激响应型药物输送系统在不同类别的药物输送中的应用和研究进展。

第一章：温度响应型药物输送系统温度响应型药物输送系统是一种常见的刺激响应型系统。

高温、低温或温度变化可以引发输送系统中药物的释放。

这种系统可通过溶胀效应或相变等机制实现药物的控制释放。

例如，温度敏感凝胶能够在体内受到局部温度的影响而溶胀，从而释放药物。

另外，一些研究者还利用温度敏感纳米粒子作为药物的载体，当体内温度超过设定的阈值时，药物被释放。

第二章：pH响应型药物输送系统pH响应型药物输送系统可以根据不同的pH值来控制药物的释放。

由于疾病部位的酸碱度不同于正常组织，可以利用这种差异来设计刺激响应型系统。

例如，在肿瘤组织中，pH值通常较低，许多研究者针对这一特点设计了pH响应型纳米粒子。

这些纳米粒子可以通过pH值的变化来实现药物的释放，从而提高药物在肿瘤组织内的疗效。

第三章：化学刺激型药物输送系统除了温度和pH值外，一些化学性质的变化也可以作为药物的释放触发器。

例如，氧化物、还原物或酶等化学物质在体内具有地区特异性，可以被用来控制药物的释放。

许多研究者利用这些物质设计了化学刺激型药物输送系统。

这种系统通过化学反应来改变药物的释放性能，从而实现对疾病的治疗。

第四章：光敏刺激型药物输送系统光敏刺激型药物输送系统是近年来备受关注的一种刺激响应型系统。

这种系统利用可见光、紫外线或红外线等光敏材料对药物的释放进行控制。

光敏荧光物质或光敏纳米粒子可以吸收特定波长的光能并将其转化为热能，从而引发药物的释放。

这种药物输送系统具有空间定位性强、非侵入性和可控性好等优点，对于某些疾病的治疗有着广阔的应用前景。

结论刺激响应型药物输送系统是一种具有潜力的技术，可以提高药物的疗效和减少副作用。