Wat zijn slimme polymeren?

Hoe stimuli-responsieve polymeren worden gebruikt in de biotechnologie

Slimme polymeren , of stimulusgevoelige polymeren, zijn materialen die zijn samengesteld uit polymeren die op een dramatische manier reageren op zeer kleine veranderingen in hun omgeving. Wetenschappers die natuurlijke polymeren bestuderen, hebben geleerd hoe zij zich in biologische systemen gedragen en gebruiken die informatie nu om soortgelijke door de mens gemaakte polymere stoffen met specifieke eigenschappen te ontwikkelen. Deze synthetische polymeren zijn potentieel zeer nuttig voor een verscheidenheid aan toepassingen, waaronder enkele met betrekking tot biotechnologie en biogeneeskunde.

Hoe Smart Polymers worden gebruikt

Slimme polymeren komen steeds meer voor als wetenschappers leren over de chemie en triggers die conformationele veranderingen in polymeerstructuren induceren en manieren bedenken om deze te benutten en te beheersen. Nieuwe polymere materialen worden chemisch geformuleerd die specifieke omgevingsveranderingen in biologische systemen detecteren en op een voorspelbare manier aanpassen, waardoor ze nuttige hulpmiddelen voor medicijnafgifte of andere metabole controlemechanismen zijn.

In dit relatief nieuwe gebied van de biotechnologie lijken de potentiële biomedische toepassingen en het gebruik van milieuvriendelijke toepassingen voor slimme polymeren onbegrensd. Momenteel is het meest voorkomende gebruik van slimme polymeren in de biogeneeskunde voor specifiek gerichte toediening van geneesmiddelen.

Classificatie en chemie van slimme polymeren

Sinds de komst van farmaceutische producten met tijdrelease zijn wetenschappers geconfronteerd met het probleem van het vinden van manieren om geneesmiddelen aan een bepaalde plaats in het lichaam af te leveren zonder dat ze eerst degraderen in de zeer zure maagomgeving.

Preventie van nadelige effecten op gezond bot en weefsel is ook een belangrijke overweging. Onderzoekers hebben manieren bedacht om slimme polymeren te gebruiken om de afgifte van geneesmiddelen te beheersen totdat het toedieningssysteem het gewenste doelwit heeft bereikt. Deze release wordt gecontroleerd door een chemische of fysiologische trigger.

Lineaire en matrix slimme polymeren bestaan ​​met een verscheidenheid aan eigenschappen afhankelijk van reactieve functionele groepen en zijketens. Deze groepen kunnen reageren op pH, temperatuur, ionsterkte, elektrische of magnetische velden en licht. Sommige polymeren zijn reversibel verknoopt door niet-covalente bindingen die kunnen breken en hervormen afhankelijk van externe omstandigheden. Nanotechnologie is van fundamenteel belang geweest bij de ontwikkeling van bepaalde nanodeeltjespolymeren zoals dendrimeren en fullerenen , die zijn toegepast voor medicijnafgifte. Traditionele geneesmiddelinkapseling is uitgevoerd met behulp van melkzuurpolymeren. Meer recente ontwikkelingen hebben de vorming van roosterachtige matrices gezien die het van belang zijnde geneesmiddel vasthouden of ingesloten tussen de polymeerstrengen bevatten.

Slimme polymeermatrices geven geneesmiddelen vrij door een chemische of fysiologische structuurveranderende reactie, vaak een hydrolysereactie die resulteert in splitsing van bindingen en afgifte van geneesmiddel als de matrix wordt afgebroken tot biologisch afbreekbare componenten. Het gebruik van natuurlijke polymeren heeft plaatsgemaakt voor kunstmatig gesynthetiseerde polymeren zoals polyanhydriden, polyesters, polyacrylzuren, poly (methylmethacrylaten) en polyurethanen. Hydrofiele, amorfe polymeren met een laag moleculair gewicht die heteroatomen bevatten (dwz andere atomen dan koolstof) blijken het snelst te degraderen.

Wetenschappers controleren de snelheid van medicijnafgifte door deze eigenschappen te variëren en dus de snelheid van afbraak aan te passen.