控释制剂中生物降解聚合物的优点与降解反应

聚合物的降解是指高分子链在热、光、机械力、超声波、化学试剂或微生物等外界因素作用下分裂成较小部分的反应过程。以下列举几种降解反应。

1.热降解

在热作用下发生的降解反应称为热降解。热降解可分为解聚、无规断裂和取代基的消除三种类型。

（1）解聚。在高温条件下，大分子末端链节生成活性较低的自由基，然后按连锁机理逐一脱去单体，该反应可看作链增长反应的逆反应，因而解聚反应既可发生在聚合过程中，又能在高分子材料内部进行。

（2）无规断裂。聚合物受热时，主链可以在任意位置断裂，分子量迅速减小，单体收率低，称为无规断裂，也称降解。如聚乙烯断裂后，形成的自由基活性很高，周围又有许多仲氢原子，易发生链转移反应，几乎无单体产生。其特点是分子量减小、力学性能大幅度下降、变黏，但质量变化不大。

（3）取代基的消除。某些含有活泼侧基的高聚物受热时首先发生取代基脱除反应，如聚氯乙烯、聚乙酸乙烯酯脱乙酸等，其特点是随加热温度的升高或时间的延长，消除反应加剧，但主链一般不断裂，对性能影响不大。

2.氧化降解

高分子暴露在空气中易发生氧化作用，分子链上形成过氧基团及含氧基团，引起分子链的裂解和交联。氧化降解根据聚合物分子结构的不同而有差异。氧的存在还能加剧光、热、辐射和机械力对聚合物的破坏作用，使其发生更为复杂的降解反应。氧化降解是聚合物制品物理机械性能变坏的主要原因，因此在聚合物中加入抗氧剂，可延缓氧化降解。

3.机械降解

在撞击、研磨、挤拉或强烈搅拌等机械力的作用下，高分子链断裂的过程称为机械降解，通常发生在橡胶、塑料和某些聚合物的加工成型过程中。

4.生物降解

生物降解通常是指在生物环境中（水、酶、微生物等作用下），聚合物大分子的完整性受到破坏，产生碎片或其他降解产物的现象，降解的特征是分子量减小。生物降解的过程包括水解、氧化和酶解等反应，其中以水解形式存在的化学降解是最重要的降解形式，生物体内的降解主要是水解或酶解。具有生物降解性能的聚合物在医药和农业生产中有着广泛的应用。在医药领域中用于外科修复、吸收性肠线、药物植入型控释制剂和注射用控释制剂。控释制剂中应用生物降解聚合物的优点是药物控制释放完全后，聚合物会由于生物降解而使其从体内的作用部位自行消失，降解产物最后转变为无毒的产物，由生物体吸收或排出，无须手术取出。

影响聚合物生物降解速度的因素有：

（1）聚合物的结构。聚合物的降解速度主要受可降解聚合物骨架的官能团性质影响，不同种类聚合物的水解速度次序为聚酸酐＞聚原酸酯＞聚酯＞聚酞胺，但会受化学环境或相邻基团的影响。

（2）结晶度和分子量。聚合物的结晶度对降解有直接影响，有些结晶聚合物比其无定型产品的降解速度慢。分子量对降解的影响较为复杂：直接影响是通过聚合物的链长度介导的，分子量增大，链长增加，降解所需时间延长；间接影响如分子量对玻璃化温度的影响，当分子量较大时，玻璃化温度升高，由于玻璃态聚合物比高弹态聚合物降解慢，因此降低了降解速度。(www.xing528.com)

（3）pH。pH是影响聚合物降解的重要因素，改变介质的pH可以使降解速度呈数量级的改变。因此，当具有酸性或碱性官能团的物质存在时，需考虑到其对聚合物的影响。此外，很多降解产物也具有酸碱官能团，pH可随着降解反应的发生而变化，致使降解速度也不断变化。

（4）共聚物的组成。共聚物的组成会影响结晶度、玻璃化转变温度、亲水/亲油值及空间效应，从而影响共聚物的降解速度。此外，降解速度也受共聚物中各官能团的影响。

（5）酶降解。大多数天然生物降解聚合物可经酶催化水解，而微生物会影响酶的作用，如聚合物表面的菌群和微生物环境等。生物系统也会影响生物降解和生物溶蚀过程。

（6）残留单体和其他水分子物质的存在。特别是在某些酸、碱和增塑剂等添加剂小分子存在时，不仅会增加链的柔性，还会使环境的pH发生变化，对降解速度产生较大的影响。因此应严格控制或尽量避免使用添加剂。

（7）其他因素。制品尺寸的大小、加工和消毒方法等因素也会影响降解速度。

生物降解聚合物用于控释制剂时要求具备下列性质：

（a）分子量及多分散性：分子量决定了聚合物的强度及其模塑成型能力，多分散性的程度也会影响降解速率。

（b）玻璃化温度：聚合物玻璃化温度越低，对药物的渗透性越好，但一般建议玻璃化温度应大于37℃，玻璃化温度太低时，聚合物的机械强度差。

（c）机械强度：对于用于植入的生物降解聚合物，要求具有一定的强度，能够经受较大的物理应力作用。温度、聚合物的取向、分子量和结晶度等对机械强度均有明显的影响。

（d）溶解性：如用浇注法成型时，需考虑聚合物在无毒溶剂中的溶解度。此外，由于药物的释放速度与其边界层中的溶解度有很大关系，还需考虑聚合物在生理体液中的溶解。

（e）渗透性：药物在聚合物中的透过性可通过玻璃化温度或密度近似估计，渗透性与药物在水及聚合物中的溶解度以及聚合物的亲水性和疏水性有关。

（f）可灭菌性：注射和植入用生物降解聚合物应具有可灭菌性，在高热和60Co照射的灭菌条件下应稳定。

（g）载药量：聚合物的载药量要适当，一般为30％～50％。

此外，聚合物还应具有良好的生物相容性、降解产物无毒。