Vad är smarta polymerer?

Hur Stimulus-Responsive Polymerer används i bioteknik

Smarta polymerer eller stimulerande polymerer är material som består av polymerer som svarar på ett dramatiskt sätt till mycket små förändringar i sin miljö. Forskare som studerar naturliga polymerer har lärt sig hur de beter sig i biologiska system och använder nu den informationen för att utveckla liknande konstgjorda polymera substanser med specifika egenskaper. Dessa syntetiska polymerer är potentiellt mycket användbara för en mängd olika tillämpningar, inklusive vissa relaterade till bioteknik och biomedicin.

Hur smarta polymerer används

Smarta polymerer blir allt vanligare eftersom forskare lär sig om kemi och utlösare som inducerar konformationsförändringar i polymerstrukturer och utformar sätt att utnyttja och kontrollera dem. Nya polymera material formuleras kemiskt som känner av specifika miljöförändringar i biologiska system och justeras på ett förutsägbart sätt, vilket gör dem användbara verktyg för läkemedelsleverans eller andra metaboliska kontrollmekanismer.

På det här relativt nya området bioteknik verkar de potentiella biomedicinska tillämpningarna och användningsområdena för smarta polymerer vara obegränsade. För närvarande är den vanligaste användningen av smarta polymerer i biomedicin för specifikt riktade läkemedelsleveranser.

Klassificering och kemi av smarta polymerer

Sedan introduktionen av läkemedel med tidsbegränsad frisättning har forskarna blivit utsatta för problemet med att hitta sätt att leverera droger till en viss plats i kroppen utan att först förstöra dem i den mycket sura magen.

Förebyggande av skadliga effekter på friska ben och vävnader är också ett viktigt övervägande. Forskare har utformat sätt att använda smarta polymerer för att kontrollera frisättningen av droger tills leveranssystemet har nått det önskade målet. Denna frisättning styrs av antingen en kemisk eller fysiologisk utlösare.

Linjära och matris-smarta polymerer existerar med olika egenskaper beroende på reaktiva funktionella grupper och sidokedjor. Dessa grupper kan vara mottagliga för pH, temperatur, jonstyrka, elektriska eller magnetiska fält och ljus. Vissa polymerer är reversibelt tvärbundna av icke-kovalenta bindningar som kan bryta och reformera beroende på yttre förhållanden. Nanoteknik har varit grundläggande för utvecklingen av vissa nanopartikelpolymerer, såsom dendrimerer och fullerener , som har tillämpats för läkemedelsavgivning. Traditionell läkemedelsinkapsling har gjorts med användning av mjölksyrapolymerer. Nyare utveckling har visat bildandet av gitterliknande matriser som håller läkemedlet av intresse integrerat eller infångat mellan polymersträngarna.

Smarta polymermatriser frigör droger genom en kemisk eller fysiologisk strukturändrande reaktion, ofta en hydrolysreaktion som resulterar i klyvning av bindningar och frisättning av läkemedel, när matrisen bryts ned i biologiskt nedbrytbara komponenter. Användningen av naturliga polymerer har givit sätt till artificiellt syntetiserade polymerer såsom polyanhydrider, polyestrar, polyakrylsyror, poly (metylmetakrylater) och polyuretaner. Hydrofila, amorfa polymerer med låg molekylvikt innehållande heteroatomer (dvs andra atomer än kol) har visat sig bryta ned snabbast.

Forskare kontrollerar graden av läkemedelsavgivning genom att variera dessa egenskaper och därmed justera graden av nedbrytning.