Was sind intelligente Polymere?

Wie stimulus-responsive Polymere in der Biotechnologie eingesetzt werden

Intelligente Polymere oder auf Reiz reagierende Polymere sind Materialien, die aus Polymeren bestehen, die in dramatischer Weise auf sehr geringfügige Änderungen ihrer Umgebung reagieren. Wissenschaftler, die natürliche Polymere untersuchen, haben gelernt, wie sie sich in biologischen Systemen verhalten, und nutzen diese Informationen nun, um ähnliche vom Menschen hergestellte polymere Substanzen mit spezifischen Eigenschaften zu entwickeln. Diese synthetischen Polymere sind potentiell sehr nützlich für eine Vielzahl von Anwendungen, einschließlich einiger, die mit Biotechnologie und Biomedizin zusammenhängen.

Wie Smart Polymers verwendet werden

Intelligente Polymere werden immer präsenter, wenn Wissenschaftler mehr über die Chemie und Auslöser erfahren, die Konformationsänderungen in Polymerstrukturen induzieren, und Wege finden, diese zu nutzen und zu kontrollieren. Neue polymere Materialien werden chemisch formuliert, die spezifische Umweltveränderungen in biologischen Systemen erfassen und sich in einer vorhersagbaren Weise anpassen, wodurch sie nützliche Werkzeuge für die Arzneimittelabgabe oder andere metabolische Kontrollmechanismen darstellen.

In diesem relativ neuen Bereich der Biotechnologie scheinen die potenziellen biomedizinischen Anwendungen und die Umweltanwendungen für intelligente Polymere grenzenlos zu sein. Gegenwärtig wird die Verwendung von intelligenten Polymeren in der Biomedizin hauptsächlich zur gezielten Wirkstoffabgabe genutzt.

Klassifizierung und Chemie von Smart Polymers

Seit dem Aufkommen zeitverzögerter Arzneimittel haben sich Wissenschaftler mit dem Problem konfrontiert, Wege zu finden, Arzneimittel an eine bestimmte Stelle im Körper abzugeben, ohne dass sie zuerst in der stark sauren Magenumgebung abgebaut werden müssen .

Die Vermeidung nachteiliger Auswirkungen auf gesunde Knochen und Gewebe ist ebenfalls ein wichtiger Gesichtspunkt. Forscher haben Wege entwickelt, um intelligente Polymere zu verwenden, um die Freisetzung von Arzneimitteln zu kontrollieren, bis das Verabreichungssystem das gewünschte Ziel erreicht hat. Diese Freisetzung wird entweder durch einen chemischen oder physiologischen Auslöser gesteuert.

Lineare und Matrix-Smart-Polymere existieren mit einer Vielzahl von Eigenschaften, die von reaktiven funktionellen Gruppen und Seitenketten abhängen. Diese Gruppen können auf pH, Temperatur, Ionenstärke, elektrische oder magnetische Felder und Licht ansprechen. Einige Polymere sind reversibel durch nichtkovalente Bindungen vernetzt, die je nach äußeren Bedingungen brechen und reformieren können. Die Nanotechnologie war von grundlegender Bedeutung für die Entwicklung bestimmter Nanopartikelpolymere wie Dendrimere und Fullerene , die für die Wirkstoffabgabe eingesetzt wurden. Herkömmliche Arzneimittelverkapselung wurde unter Verwendung von Milchsäurepolymeren durchgeführt. Neuere Entwicklungen haben die Bildung von gitterartigen Matrizen gezeigt, die das interessierende Arzneimittel zwischen den Polymersträngen integriert oder eingeschlossen halten.

Intelligente Polymermatrizen setzen Medikamente durch eine chemische oder physiologische strukturverändernde Reaktion frei, häufig eine Hydrolysereaktion , die zur Spaltung von Bindungen und Freisetzung von Arzneistoff führt, wenn die Matrix in biologisch abbaubare Komponenten zerfällt. Die Verwendung natürlicher Polymere wurde durch künstlich hergestellte Polymere wie Polyanhydride, Polyester, Polyacrylsäuren, Polymethylmethacrylate und Polyurethane ersetzt. Hydrophile, amorphe, niedermolekulare Polymere, die Heteroatome (dh andere Atome als Kohlenstoff) enthalten, haben sich am schnellsten abgebaut.

Wissenschaftler steuern die Geschwindigkeit der Arzneimittelabgabe, indem sie diese Eigenschaften variieren und so die Abbaurate anpassen.