第四章 (1) 药用天然高分子材料

淀粉分子量分布的不均匀性，以及同种淀粉不同样品间分散度 的差异性，是自然形成的，无法控制，与合成有机高分子不一 样。
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根据偏振光测定淀粉颗粒发生的现象来看，淀粉粒内部构造 与球晶体相似，它是由许多环层构成的，层内的针形微晶体(又 称微晶囊)排列成放射状，每一个微晶束，则是由长短不同的直 链淀粉分子或支链淀粉的分枝互相平行排列，并由氢键联系起 来，形成大致有规则的束状体。
蛋白质类天然药用高分子，主要是用动物原料制取的一类聚L氨基酸化合物，明胶以及白蛋白等属于此类。 其他类则是无特定组成单元的天然药用高分子的统称。
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依据原料的来源，天然药用高分子材料还又可分为淀粉及其衍 生物，纤维素及其衍生物和甲壳素及其衍生物等。
淀粉及其衍生物是指天然淀粉和由淀粉改性制取的产物(淀粉 衍生物)。
第四章 天然药用高分子材料
第一节 概 述
一、天然药用高分子材料的定义
天然药用高分子材料是指自然界存在的可供药物制剂作辅料 的高分子化合物，它们有淀粉、纤维素、阿拉伯胶、甲壳素、 海藻酸、透明质酸、明胶以及白蛋白(如人血清白蛋白、玉米蛋 白、鸡蛋白等)等。
植物、动物和藻类是提取、分离和加工天然药用高分子材料的生 物材料。近年来，人类回归自然的心理以及人类生存的环境变化， 促使了人类对天然物的利用，天然药用高分子材料亦在其中。
有研究表明，各种淀粉的重均分子量由大到小依次为：马铃薯> 木薯>甘薯>葛根>竹芋>藕粉>豌豆>绿豆>眉豆>荸荠>红豆> 玉米>小麦淀粉；
研究结果还表明，淀粉分子量分布不均匀，分散度多介于5～ 10之间，有相当数量在10～15之间，个别的分散度高达19.84及 15.14，样品分散度由大到小的排列为：块茎淀粉>谷类淀粉>豆 类淀粉≈块根淀粉；其次，同一品种的淀粉，不同产地的样品， 其分散度差别很大。
将黄原胶以及聚谷氨酸等生物发酵或酶催化合成的生物高分子 也归为天然高分子类。
因此，药用天然高分子材料包括：天然高分子材料、生物发酵 或酶催化合成的高分子材料和天然高分子衍生物材料三大类。
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三、天然药用高分子材料的特点
天然药用高分子及其衍生物结构和性能各异。绝大多数天然 药用高分子材料及其衍生物具有无毒、应用安全、性能稳定、 成膜性好、与生物的相容性好和价格低廉等优点和特点，是药 物制剂加工时选用的一类重要辅料。
直链淀粉是葡萄糖基之间以α-1,4-苷键连接的线性多聚物。直 链淀粉由于分子内氢键作用，链卷曲成螺旋形，每个螺旋圈大约 有6个葡萄糖单元。
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来自百度文库链淀粉化学结构式
直链淀粉的分子构象(右手螺旋结构)
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支链淀粉是一种高度分枝的大分子，各葡萄糖基单位之间以 α-1,4-苷键连接构成它的主链，在主链分枝处又通过α-1,6-苷键 形成支链，分枝点的α-1,6-糖苷键占总糖苷键的4％～5％。支 链淀粉的分子量较大，根据淀粉来源及分支程度的不同，平均 相对分子质量范围在1000万～2亿，相当于聚合度为5万～100 万。一般认为每隔15个单元，就有一个α-1,6-苷键接出的分支。 支链淀粉分子的形状犹如树枝状，小分支较多，估计至少在50 个以上。
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第二节 淀粉及其衍生物
一、淀粉 1．淀粉的结构与性质
(1)结构
淀粉是由一薄层蛋白包着的颗粒状存在于植物中的，颗粒内除 含有75％-80％的支链淀粉(amylopectin)外，还含有20％-25％的 直链淀粉(amylose)。
支链淀粉称糖淀粉，直链淀粉又称胶淀粉。二者的结构单元均 为D-吡喃型葡萄糖基。
作为药用辅料，天然药用高分子及其衍生物不仅用于传统的药 物剂型中，而且可用于缓控释制剂、纳米药物制剂和靶向给药 系统等新型现代剂型和给(输)药系统。
以药用淀粉纳米载体为例，淀粉有良好的生物相容性；可生物 降解，降解速率可调节；无毒、无免疫原性；材料来源广，成 本低；与药物之间无相互影响。淀粉在水中可膨胀而具有凝胶 的特性，这也有利于其应用于人体。当淀粉制备成小于1000 nm的纳米粒时，静脉注射可被人体的网状内皮系统(肝、脾)迅 速消除，因此具有被动靶向的优良特性，可用作治疗细菌感染 及溶酶体疾病，目前也多用于大分子多肽蛋白类药物的载体。
支链淀粉链型构象示意
1-葡萄糖单位；2-麦芽糖单位；3-异麦芽糖单位
4-α-1,6-糖苷键；. 5-α-1,4-糖苷键苷键
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支链淀粉的化学结构
淀粉的分子量及分子量分布主要与其来源有关，谷物淀粉的低 分子量部分含量较高，超过40%，其次为豆类、薯类淀粉则小于 30%。
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从玉米、木薯、马铃薯、绿豆、豌豆、荸荠、芭蕉芋等淀粉样 品的分子量测定中发现，同一品种淀粉的重均分子量基本相同。
例如，淀粉的改性产物羧甲基淀粉、淀粉磷酸酯等；纤维素 的改性产物微晶纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基 纤维素、羟丙基甲基纤维素、丁酸醋酸纤维素、琥珀酸醋酸纤 维素等。
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二、天然药用高分子材料的分类
天然药用高分子材料按照其化学组成和结构单元可以分为多糖 类、蛋白质类和其他类。
多糖类天然药用高分子是糖基间通过苷键连接而成的一类高分 子聚合体。其在医药工业和食品工业应用最多的首推淀粉、纤维 素、阿拉伯胶，其次是海藻酸、甲壳素、果胶等。
纤维素及其衍生物是天然纤维素及由纤维素改性制取的产物(纤 维素衍生物) 。
甲壳素及其衍生物则为天然甲壳素及甲壳素改性物。
纤维素衍生物在医药工业和其他工业方面的应用较为广泛。
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按照加工和制备方法，将天然高分子经过化学改性得到的羧 甲基淀粉、羧甲基纤维素、甲基纤维素、乙基纤维素、羟丙基 纤维素、丁酸醋酸纤维素等称为天然高分子衍生物，或称为半 合成高分子；
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天然药用高分子材料已用作药物制剂的各种辅料。不同药物 剂型和制剂对天然药用高分子材料的要求不尽相同，随着现代 制剂工业的发展，药物新剂型、新制剂的不断出现，原始的天 然药用高分子的性质已不适应制剂的许多应用范围。因此，有 必要根据其结构及性质进行物理、化学或生物的改(变)性加工 处理，使其能符合药用和制剂工业生产的特殊需要和应用要求。 在改(变)性加工处理过程中，天然药用高分子通过物理结构破 坏、分子切断、重排、氧化或在分子中引入取代基，形成了性 质发生变化、加强或具有新的性质的天然药用高分子衍生物。