生物运用材料教学大纲.docx
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生物运用材料教学大纲
-《生物医用材料》教学大纲
授课班级:
全校公选(高分子材料与工程专业的选修课)
选用教材:
《药用高分子材料》
作者:
姚日生
化学工业出版社
2003年8月第1版
生物医用材料,是高分子材料与工程专业的选修课之一。
本课程主要讲授高聚物结构与其物理和生物性能之间的关系,以指导对生物医用材料的正确选择和使用。
并通过各种有效方法,改变高聚物的结构,来满足特定使用性能的需要,以及现代生物制剂的开发与研究。
在生物制剂的加工应用中,药用高分子材料作为药物辅料或药物时,主要用于提高药剂的稳定性,改善药物的成型加工性能,改变给药途径及开发新药,实现智能给药等
通过这门课的学习,使学生了解熟悉生物医用材料的性能与结构的关系,掌握高分子材料在医用、药用领域中的基本应用原理和使用方法。
教学进度表
第一周:
(2006年9月4日—2006年9月8日)
第一章绪论
第一节:
高分子基本概念
第二周:
(2006年9月11日—2006年9月15日)
第一章绪论
第二节:
药用高分子材料通论
第三周:
(2006年9月18日—2006年9月22日)
第二章高分子材料的结构与性能
第一节:
概述
第四周:
(2006年9月25日—2006年9月29日)
第二章高分子材料的结构与性能
第六节:
高分子材料的生物化学性能
第五周:
(2006年10月2日—2006年10月6日)国庆休假
第六周:
(2006年10月9日—2006年10月13日)
第二章高分子材料的结构与性能
第七节:
高聚物的成型加工性能
第七周:
(2006年10月16日—2006年10月20日)
第三章高分子材料在药物制剂中的应用原理
第一节:
高分子材料的界面性能
第八周:
(2006年10月23日—2006年10月27日)
第三章高分子材料在药物制剂中的应用原理
第三节:
高分子辅料在药物制剂中的应用
第九周:
(2006年10月30日—2006年11月3日)
第四章天然药用高分子材料及其衍生物
第十周:
(2006年11月6日—2006年11月10日)
第五章药用合成高分子材料
第十一周:
(2006年11月13日—2006年11月17日)
第六章高分子药物
第十二周:
(2006年11月20日—2006年11月24日)
第七章药品包装与贮运材料
第一节:
概述
第十三周:
(2006年11月27日—2006年12月1日)
第七章药品包装与贮运材料
第二节:
药品包装与贮存材料的特殊性
第十四周:
(2006年12月4日—2006年12月8日)
第七章药品包装与贮运材料
第三节:
药品包装与贮运高分子材料
第十五周:
(2006年12月11日—2006年12月15日)
第七章药品包装与贮运材料
第四节:
常见的包装形式及包装材料的测试与评价
第十六周:
(2006年12月18日—2006年12月22日)
第七章药品包装与贮运材料
第五节:
药品包装与贮运材料的成型加工工艺
第十七周:
(2006年12月25日—2006年12月29日)
总复习
《生物医用材料》教案
第一章:
绪论
介绍生物医用,药用高分子材料的基本概念,发展状况,应用前景及本课程学习的内容。
第一节:
高分子基本概念
一、高分子的定义:
高分子指的是分子量(相对分子质量)很大的一类化合物。
常称为高分子化合物或高聚物,由成百上千个原子组成的大分子结构。
(高分子、高聚物、聚合物之间异同)。
由小分子(一种或多种)通过共价健连接而成的链状或网状分子,低高之间无严格界限(具有特性即可)。
一般意义上分子量≥10000称为高分子化合物。
举例:
H2C=CH2——→——CH2—CH2——nPE
聚合
通式:
nA—→——A——n
或:
nA+nB—→——A—B——n
介绍:
结构单元与重复单元的概念,聚合度与分子量之间的关系。
二、高聚物的分类与命名
1、按高聚物的化学结构分类,可将高聚物分成有机高聚物、元素有机高聚物、无机高聚物三类。
(1)有机高聚物碳链:
主链上全为碳原子:
烯烃类、二烯类
杂链:
除碳外,还有氧、氮、硫、磷等原子。
(2)元素有机高聚物:
大分子主链中无碳原子。
主要为硅、硼、铝等原子组成,但侧基却含有有机机团:
如:
甲基、乙基、芳基等。
CH3
例:
聚二甲基硅氧烷:
——O―si——n硅橡胶
CH3
(3)无机高聚物:
主侧链均无碳原子,石墨、金刚石。
另:
介绍基体不同的复合材料概念。
2、按性能和用途分类:
习惯名称、化学名称、商品名称:
塑料、橡胶、纤维、粘合剂、涂料等,根据配方和加工条件的不同,同一种材料可有不同的用途。
例:
PVA-粘合剂、涂料、药膜;PA-塑料、纤维。
3、以结构为基础的系统命名法:
(IUPAC国际纯化学和应用化学联合会),单体前冠“聚”字。
三、聚合反应:
两类:
不饱和乙烯类单体或环状化合物,自身加成聚合。
两个或两个以上官能团之间反应,缩聚而成。
共聚—共聚物、共缩聚。
1、加聚(自由基)
链引发:
I—→2R·
链增长:
R·—→M—→RM·,RM+M—→RMM·……
链终止:
RM﹏M·+RM﹏M·RM﹏MMM﹏R
RM﹏M+RM﹏M
链转移:
RM﹏M·+AB—→RM﹏MA+B·
I:
引发剂:
R:
自由剂;AB链转移剂。
介绍可控自由基新概念,休眠大分子链,新引发种,可通过分子设计制得多种具有不同结构(线型、梳型、网状、星型、数技状)、不同组成、不同功能的高分子化合物,这是制备多功能、智能化、生物医用药用材料的重要方法。
实施方法有:
本体、悬浮、乳液、溶液四大类。
本体:
单体+少量引发剂,无任何介质。
悬浮:
单体分数在反应介质中聚合。
乳液:
加乳化剂形成乳状液聚合。
溶液:
单体溶解溶液中聚合。
2.缩合聚合反应:
通式:
nAa+nBb——AB——n+nab链逐步增长,可逆平衡,除去小分子,控制反应。
二聚、三聚、多聚等产物。
实施方法:
熔融缩聚、溶液缩聚。
四、高分子的化学反应:
通过聚合反应,得到的高分子与原来的单体相比,发生了化学结构和化学性质的改变,故高分子材料作为普通化学试剂进行化学反应,可实现以下目的:
★引入反应活性基团及功能基团,使非反应性的高分子变成反应性的高分子,使材料改性,产生新功能,完善使用性能。
★从常用的高分子化合物制备另一种在常态下不能通过单体直接聚合的产物,如:
PVA。
★制备不同组成分布的共聚物(分子量大小与分布概念),使现有的高分子材料取长补短。
★了解和证明高分子的结构(仪器、测试、反应证明)。
★了解高分子材料老化及裂解的原因,延长使用寿命。
★制备具有新型特殊功能的材料。
(一)、高分子材料的化学反应能力与影响因素
1、化学反应能力:
与低分子无本质区别(原子结构一致),但因其分子量很大,结构复杂,故具备以下特征:
(1)具有反应能力的基团多,但并非都参加反应,故反应具有不均性,反应物不是单一结构。
(2)高分子链很长,在物理或化学因素作用下,容易发生大分子裂解,内环化,大分子链间支化(异构化、甚至交联)等副反应。
(3)高分子与化学试剂,如属非均相反应(水溶性聚合物除外),则试剂在高分子相内的扩散速度对反应程度的影响很大,扩速>反速,则与低分子相同,反之不同。
2、高分子化学反应的影响因素:
(1)静电荷与位阻:
比低分子更明显,相邻基团的效应。
(2)结晶结构:
反应一般发生在无定型区域,结晶区域几乎不发生(取向度高,分子间作用力大,试剂不易扩散进去)。
(3)溶解度(溶胀度):
反应发生后,会影响溶解度的大小。
反应程度:
与溶解度成正比(分子间易接触)。
两种溶剂:
溶解聚合物本身;溶解反应生成的衍生物;
(4)其他:
◆双反应限制:
功能基团若为单数,必有未发生基因(结构所定)。
◆相溶性影响:
结构相似的聚合物也不相溶。
◆空间构型与构象。
(二)、高分子反应类型:
1、高分子的一般有机反应:
取代、加成、消除、水解、酯化、氢化、卤化、醚化、硝化、磷化、环化、离子交换等。
2、高分子的表面反应:
仅限于在聚合物表面进行(未扩散进内部)
可改进聚合物的触感性、抗静电性、耐腐蚀、渗透、粘结及生物相溶性(!
)
3、高分子的降解反应:
(耐老化)
高聚物在加工或使用过程中,因光、热或机械力作用下,而引起其性质的变化,称为降解。
在生物制剂中,不允许这种现象发生。
4、高分子的络合反应:
某些高聚物可作为高分子配位体与金属离子络合,形成高分子络合物(调节剂、解毒剂)。
五、高分子材料的成型加工性能:
除本身基本组分外,加入某些辅助组份才能具有实用价值。
目的:
用来改进制品性能要求,改善成型加工性能需要。
塑料用品:
增塑剂、稳定剂、填料等。
橡胶用品:
硫化剂、促进剂、防老剂等。
涂料用品:
催干剂、颜料等。
第二节:
药用高分子材料通论
一、药用高分子材料的定义与分类
定义:
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,包括高分子药物本身以及药用辅料(包装、贮存)。
辅料:
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程度。
必须要求:
安全、有效、稳定。
分类:
(1)按原料来源天然、淀粉、多糖、蛋白质。
合成:
聚合物、生物类。
(2)按应用性质:
药物本身。
药物辅料(制备、加工)
但对高分子化合物在机体内的反应,吸收、分解、排泄等机理尚不十分清楚,还须进一步研究。
二、医药制品对高分子材料的基本要求:
国际药用辅料协会IPEC对药用辅料的要求如下:
※在药物制剂制备过程中,有利于成品的加工。
※加强药物制剂的稳定性,提高生物利用度或病人适应性。
※有助于从外观上鉴别药物制剂(内服、外用)。
※增强药物制剂在储藏或应用时的安全性和有效性。
1、药用高分子材料必须具备:
(1)本身纯度高,不含任何杂质,分解产物也应无毒。
(2)材料能经受消毒处理(温度、压力、消毒剂)
(3)循环系统用药:
水溶性(或亲水性)、生物降解,易吸收或排泄,抗凝血(溶血)性。
(4)口服用药:
惰性、生物降解。
(5)能在体内水解为具有活性的基团。
(6)适宜的载药能力和载药后适宜的释药能力。
(7)包装用药:
强度、气密性、透明性。
2、靶向制剂(辅料)作用:
(1)分子量大,作为载体能使药物在病灶部位停留时间长。
(2)药物在聚合物内能通过扩散或聚合物本身的降解,达到缓释或可控释放的目的。
(3)可以把一些功能性组份,通过化学健的方式结合到聚合物粒子的表面。
(4)可生物降解高分子药物,避免积聚而产生副作用。
3、靶向制剂的要求:
(1)性质稳定;
(2)合适的释药速度;
(3)无毒、无刺激;
(4)与药物匹配,不影响药理作用及含量测定;
(5)有一定强度及可塑性;
(6)有符合要求的粘度,渗透性、亲水性、溶解性等;
(7)生物降解,生物相容;
三、高分子材料在制药工业中的地位、作用、前景:
1、地位和作用:
辅料不但赋予药物具体的用药形式,而且左右药物稳定性,药效发挥及制剂质量。
包装、贮存则利用聚合物材料的耐侯性、生物稳定性、阻隔性能、力学性能、和成型加工性能。
2、前景:
基因药物(生物导弹),一次性医疗器械(皮肤粘合剂)。
第二章高分子材料的结构与性能
第一节:
概述
高聚物结构的主要特点:
1、重复单元数目大,分子量高,结构不同。
2、主链有一定内旋转的自由度。
3、一旦交联,力学性能随
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