药用高分子材料第1章 绪论

面向21世纪课程教材
《药用高分子材料学》
中国医药科技出版社
《药用高分子材料学》
第一章
绪 论
绪
论
概 述
药用高分子材料（polymers for pharmaceuticals）
指具有生物相容性、经过安全评价且应用于 药物制剂的一类高分子辅料。
药用高分子材料学（pharmaceutical polymer material science）
绪
论
区别：高分子材料与高分子药物
概 述
高分子药物即把生理活性物质用化学 的方法挂接到高分子上，使其达到持 续释放和定位释放药物的目的，或本 身具有强烈活性的高分子化合物。
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
论
传统剂型中应 用高分子材料 缓控释和靶向制剂 应用的高分子材料
（一）药用高分子材料的分类情况
研究药用高分子材料的结构、理化性质、 工艺性能及用途的理论和应用的学科。
绪
历史沿革：
论
药物制剂领域中，高分子的应用具有久远的历史。
概 述
第一阶段：
人类的远古时代至1930年。
第二阶段：
20世纪30年代：高分子概念被承任，聚维 酮合成成功，并广泛应用于药剂工业。
第三阶段：
20世纪50年代至今：高分子材料广泛应用 于现代药物传递系统。
绪
论
人类的远古时代，在谋求生存和与疾
病斗争的过程中，广泛地利用天然的动植 物来源的高分子材料，如阿胶的生产原料 驴皮就是天然高分子材料。明朝大医药家 李时珍在《本草纲目》中说：“阿胶，本 经上品,弘景曰:‘出东阿,故名阿胶’”。 东阿县做为阿胶发祥地，利用天然高分子 生产阿胶已有两千多年的悠久历史。
高分子材料在传统的药剂中是不可缺少的粘合剂、赋形剂、 乳化剂、助悬剂，在我国古代的医药典籍中己屡见不鲜。
绪
论
1920年德国人史道丁格(Standinger)发表了划
概 述
时代的文献“论聚合”。他提出了“高分子”、“长 链大分子”的概念。史道丁格 学说在1932年法拉第学会上得 到公认。他预言了一些含有某 些官能团的有机物可以通过官 能团间的反应而聚合，比如聚 苯乙烯、聚甲醛等，后来都得 到了证实。为了表彰他的杰出 贡献，1953年72岁的他登上了 诺贝尔化学奖的领奖台。史道 高分子科学的奠基人 丁格是高分子科学的奠基人。
概 述
绪
胶原蛋白的结构
论
胶原蛋白的结构与特性
类似绳索，由无数根胶 原纤维束所组合而成。 胶原蛋白最基本的单位 为原胶原，是由三条多 肽链所组成的，而此三 胶原蛋白水解图 条多肽链则以链间的氢 键紧密地结合在一起，形成稳定的三股螺旋结构。
明胶的制备过程就是三螺旋结构水解的过程。 此外，淀粉、多糖、蛋白质、胶质和粘液汁等天然的
PVP 含量( % )
0.5～5 0.5～5 0.5～2 1～2 —— 5～15 —— 2～10 —— 0.5～5
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绪
论
药物制剂的发展经历了四个时代：
第一代：简单加工口服与外用的膏丹丸散 第二代：片、颗粒剂、胶囊、注射剂 第三代：药物传递系统(缓控释制剂、前体与透皮给药制剂） 第四代：靶向制剂
第一代：普通丸剂
4．用作新型给药装置的 组件
这类聚合物为水不溶性， 有乙烯，醋酸乙烯共聚物， 聚酚胺，硅橡胶，对苯二甲 酸树脂，聚三氟氯乙烯和聚 氨酯树脂等。
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
论
5.作为生物粘着性材料
属于这类的高分子材料有纤维素醚类 (羟丙基纤维素、羧 甲基纤维素钠),海藻酸钠，聚卡波菲，聚乙烯醇及其共聚物， 聚维酮及其共聚物，羧甲基纤维素钠及聚异丁烯共混物等。
背衬层
药物储库
控释膜 压敏胶 皮肤
膜-储库型透皮吸收制剂示意图
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
论
（4）离子交换树脂
此类高分子载体系用于离子药物的控制释放，离子 交换树脂是由聚电解质(即带有大量离子基团的高分子) 离子交换树脂具有阳离子或阴 交联而成，具水不溶性。 离子交换性能。
绪
论
*长久以来，人们都把辅料看作是惰性物质，随着人 们对药物由剂型中释放、被吸收的性能的深人了解，现在人们 己普遍认识到： 辅料有可能改变药物从制剂中释放的速度或稳定性，从而 影响其生物利用度。
羟丙纤维素：是一种多用途的非离子型纤维素衍生物，主要用作
固体制剂崩解和粘合剂，它粗糙 的结构与药物和颗粒之间有较大 的镶嵌，可明显提高片剂硬度， 同时，由于它的粉末有较大的表 面积和孔隙率，故能快速吸水膨 胀，用于片剂时，使片剂快速崩 解，从而加速药物的溶出度，提 高生物利用度。
生物黏附片示意图
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
论
６．用作药物产品的包装材料
属于这类的高分子材料有高密度聚乙烯，聚丙烯， 聚氯乙烯，聚碳酸酯，氯乙烯,偏氯乙烯共聚物等。
论
主要作用
黏合、增溶、赋形 黏合、增溶、赋形 药片（丸）外衣，成膜剂 帮助成粒，保护剂，蹦解剂 提高溶出速度 助溶、分散 分散、增稠 增加药效、减少刺激 杀菌、消毒、减少毒性、刺激性 赋形、缓释
PVP 在药学领域中的应用
含 PVP 成分
PVP-K30 PVP-K30 PVP-K30 PVP-K30 PVP-K15 PVP-K15 PVP-K15 ， K60 PVP-K30 ， K90 PVP-I PVP-K30 ， K6-
绪
论
概 述
结 论:
药用高分子材料学是 新制剂开发和研究的 重要桥梁学科
绪
论
高分子材料具 有什么性质？
概 述
了解和熟悉药用高分子材料的 基本知识，已成为药物制剂技 术人员在设计新药、减少生产 的疑难问题、缩短处方设计和 开发时间等方面的迫切需要。
性
质
稳 成 渗 成 粘 增 润 溶 膨 相 降 定 型 透 膜 着 粘 湿 解 化 容 解 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性 性
H.Standinger博士
绪
论
1930年高分子概念被承认后，合成的高分子材料大 量涌现，它在药剂工业方面的应用日益广泛，显示了高分子 材料的重要性。
聚维酮(聚乙烯吡咯烷酮，PVP，Povidonl)
20世纪30年代聚维酮合成成功，1939年取得专利, 聚维酮可提高血浆胶体渗透压，增加血容量，它在医 药品中可作为血浆代用品使用，用于外伤性出血及其 他原因引起的血容量减少。
3.有助于从外观鉴别药物制剂。 4.增强药物制剂在贮藏或应用时的安全和有效。
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
论
不溶性骨架 片释药过程
高分子材料作为药物载体的要求
1．适宜的载药能力；
2．载药后有适宜的释药能力；
3．无毒，并具有良好的生物相容性。 4．无抗原性。 5.适宜的分子量和物理机械性能，以适应加工成型 要求
论
2.作为缓释、控释制剂的辅料
1.用于扩散控释的材料。
2.溶解、溶蚀或生物降解的材料以及能形成水凝胶的材料。 3.具有渗透作用的高分子渗透膜。
4.用于离子交换树脂的材料。
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
论
3.作为液体制剂或半固体制剂的辅料
属于这类的高分子材料有纤维素的酯及醚类，卡 波沫，泊洛沙姆，聚乙二醇，聚维酮等，它们可作共 溶剂、脂性溶剂、助悬剂、胶凝剂、乳化剂、分散剂、 增溶剂和皮肤保护剂等。
绪
本课程的目的：
论
一 课 程 的 目 的 和 任 务
1、了解高分子材料学的最基本理论 2、了解药剂学中常用的高分子材料的结构、物理化学性质，性能 及用途 3、能初步应用这些基本知识来理解和研究高分子材料在一般药物 制剂、控释制剂及缓释制剂中的应用。
本课程主要内容：
1.高分子材料的一般知识；合成 反应及化学反应；高分子材料的化 学特性和物理、力学性能。 2.药用高分子材料的来源、 生产、化学结构、物理化 学性质和应用。
树脂+--药物- + X- →树脂+--X- + 药物树脂---药物+ + Y+→树脂---Y+ +药物+
目前药用的有波拉克林交
换树脂(即二乙烯苯/甲基丙烯 酸钾共聚物,英文名polacrilin potassium，商品名Amberlite IRP)等。
离子交换树脂示意图
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
论
1．作为片剂和一般固体制剂的辅料
口服固体 制剂辅料
粘合剂
稀释剂
崩解剂
润滑剂
包衣材料
其中包衣材料 ： 第一类肠溶衣材料：肠溶性材料是耐胃酸、在十二指肠很
易溶解的聚合物，如：醋酸纤维素酞酸酯。 如：阿司匹林肠溶片 红霉素肠溶片 第二类水溶性包衣材料：有海藻酸钠、明胶、桃胶、淀粉 衍生物、水溶性纤维素衍生物等，另加入泊洛沙姆或聚乙二醇具有 共混增塑等作用。
常用的有交联羧甲基纤维素钠，羟丙甲纤维素，聚乙二醇， 聚乙醇酸，聚乳酸，聚乙醇酸/聚乳酸共聚物，聚己内酯，交联聚 维酮，黄原胶等，这一类聚合物具水溶性、水不溶性或生物降解 性等不同性质，药物释放机理通过水膨化层的扩散、高分子链的 松弛或高分子链的断裂等作用。
溶蚀与扩散、溶出结合示意图
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
论
2．作为缓释、控释制剂的辅料
（1）用于扩散控释的材料。扩散控释包括膜控 和骨架控释。常用的有纤维素衍生物，壳多糖，乙烯/ 醋酸乙烯共聚物，硅橡胶等。
微孔膜包衣片释药原理
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
论
（2）溶解、溶蚀或生物降解的材料以及能 形成水凝胶的材料。
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
论
（三）药用高分子材料在药物制剂中的应用。
1.作为片剂和一般固体制剂的辅料 2.作为缓释、控释制剂的辅料 3.作为液体制剂或半固体制剂的辅料
4.用作新型给药装置的组件
5.作为生物粘着性材料
6.用作药物产品的包装材料
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
最小有效浓度
述
最小中毒剂量 最小有效浓度
缓控释制剂的C-t图
绪
论
高分子材料在透皮吸收制剂中的作用
概 述
“开发透皮吸收系统需要对 聚合物作出合理的选择，特定 药物透皮吸收新剂型 药物及一些活性物质在聚合物 的扩散必须具有我们希望的渗 [美]A.F.基多尼厄斯 透速度”。 主编 郑俊民主译 在这些制剂中，药用高分 子材料几乎成为药物在传递、 渗透过程中不可分割的重要组 科学出版社 成部分，可以说缓控释制剂的 发展虽然与制药设备的不断更 新有关系，但起主要作用的是药用高分子材料的开 发和应用。
论
（3）具有渗透作用的高分子渗透膜
它们具有不同的水蒸气透过性，以下按每25um厚的膜，24h水蒸 气的透过量(g/100cm2)的大小顺序列出：聚乙烯醇，聚氨酯，乙基 纤维素，醋酸纤维素 ，醋酸纤维素丁酸酯，流延法制的聚氯乙烯， 挤出法制的聚氯乙烯 ， 聚碳酸酯，聚氟乙烯，乙烯/醋酸乙烯共 聚物，聚酯，聚乙烯涂层的赛璐玢，聚偏二氯乙烯，聚乙烯，乙烯 /丙烯共聚物，聚丙烯，硬质聚氯乙烯。
其中具有高分子特征的辅料，一 般被称为药用高分子辅料。
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
论
国际药用辅料协会(IPEC)对药用辅料的定义是：
药用辅料是在药物制剂中经过合理的安全评价的不包括生理 有效成分或前体的组分，它的作用有：
1.在药物制剂制备过程中有利于成品的加工。
2.加强药物制剂稳定性，提高生物利用度或病人的顺应性。
第二代：普通胶囊
第三代：缓释制剂
第四代：脂质体
国家药典委员会专家张志芬教授指出：“药物传递系统(drug delivery system,DDS)的出现是现代药剂学领域中现代科学技术进步 的结晶。”而这一结晶的出现很大程度依赖于高分子材料。
绪
论
缓释制剂，控释制剂与普通制剂的差异：
最小中毒剂量
概
普通制剂的C-t图
聚维酮在医药上有广泛的应用，为国
际倡导的三大药用新辅料之一。可作为粘合剂， 助流剂，润滑剂，助溶剂，分散剂，酶及热敏 药物的稳定剂。聚维酮还可与碘合成PVP-I消 毒杀菌剂。PVP在医药上还可用作低温保存剂。 采用PVP产品作辅料的药物已有上百种。
绪
剂型
片剂 颗粒 包衣剂 胶囊 共沉淀剂 注射剂 口服液 服用药片 杀菌消毒剂 含片
用 途 分 类 来 源
包装用的高分子材料
天然高分子如蛋白 质，多糖天然树胶 半合成高分子如淀 粉纤维素的衍生物 合成高分子如热固 性树脂热塑性树脂
绪
二 高 分 子 材 料 在 药 剂 学 中 的 应 用
论
（二）药用辅料的定义与要求
药用辅料：
广义上指的是能将药理活性物质制备 成药物制剂的各种添加剂。