مترجم: حبیب الله علیخانی
منبع:راسخون

پلیمرهای با منشاء طبیعی

ژلان (که از گلوکز و بتا- D- گلوکورونیک اسید و آلفا- L- رامنوز تشکیل شده است)، ژلاتین (پروتئین بدست آمده از هیدرولیز کلاژن)، آمیلوپکتین (amylopectin)، آمیلوز و آگارز برخی از بیوپلیمرهایی هستند که دارای حساسیت در برابر دما هستند. این مسئله به دلیل مکانیزم های ژله ای شدن مختلف انجام می شود و منجر به تشکیل پیکربندی حلزونی بواسطه ی تشکیل پیوند عرضی، می شود. این پلیمرها، در دماهای بالا، سل هستند و در دماهای پایین تر، با تشکیل کلوخه هایی از بخش های حلزونی دوگانه، به ژل تبدیل می شوند. ژلان پلی ساکاریدی و مشتق های آنها، مانند استر بنزیل ژلانی، این پیکربندی را بواسطه ی پیوندهای هیدروژنی در محیط مایع، بدست می آورد. در مورد ژلاتین، تشکیل شبکه های ژله ای به دلیل تغییر از پیکربندی رندوم به پیکربندی حلزونی سه گانه، ایجاد می شود. پایداری پایین ژلاتین تحت شرایط فیزیولوژیکی، موجب می شود تا اتصال با سایر پلیمرها، مانند کیتوسان بهبود یابد و ماده ی حاصله، تا دمای 50 درجه سانتیگراد، پایدار باشند.
اتصال های بیولوژیکی پلیمر- پروتئین
Hoffman و همکارانش همچنین اتصال های بیولوژیکی پلیمری– پروتئینی تولید کرده اند که برای استفاده در جداسازی مواد مشابه، بیوسنسورها، عوامل تشخیصی، فرآیندهای آنزیمی و رسانش هدفمند داروها و مواد شیمیایی، برچسب ها و روش های سیگنال دهی، مورد استفاده قرار می گیرند. دو نوع از اتصال های بیولوژیکی، شامل پلیمرهای با پاسخ در برابر محرک ها می باشند که به شیوه های زیر تولید می شوند:
ترکیب کردن رندوم گروه های لیسین آمینو از یک پروتئین
ترکیب کردن پلیمرها در مکان های خاص برای ایجاد سایت های آمینو اسیدی خاص. قراردادن پلیمرهای حساس به تحریک در نزدیکی مکان های فعال یک پروتئین تشخیصی می تواند موجب بهبود و ایجاد یک سیستم حساس به عوامل محیطی شود.
PNIPAAm به عنوان پلیمر مصنوعی حساس به تحریک انتخاب شده است. این ترکیب ها با استفاده از ماکرومولکول های با تحریک دوگانه مانند کوپلیمرهای N و N0 دی متیل اکریل آمید (DMA) و 4- فنیل آزوفنیل اکریلات (AZAA) یا N- 4- آزوفنیل آکریل آمید (AZAAm) تولید می شوند. کوپلیمرهای بر پایه ی NIPAAm و AAc داری کنترل pH بیوتینی و رهایش آنی از پروتئین های اصلاح شده ی ژنتیکی، می باشند.
پلیمرهای حاوی پاسخ های محرک دوگانه
این ممکن است که ساختارهای پلیمری بدست آوریم که هم به دما و هم pH حساس باشند. این کار با ترکیب ساده ی گروه های عاملی با قابلیت یونیزاسیون و آب گریز، انجام می شود. این مسئله اغلب با کوپلیمریزاسیون مونومرهایی انجام می شود که حاوی این گروه های عاملی هستند. این مواد از پلیمرهای حساس به گرما با پلی الکترولیت ها (SIPN, IPN) و یا با توسعه ی مونومرهای جدیدی تولید می شوند که به طور همزمان دارای هر دو تحریک، باشند.
برخی از محققین اخیراً مزیت های این زمینه را مورد بررسی قرار دادند. آنها میکروژل های کره- پوسته ای را بر اساس PNIPAAm، MBAAm و کیتوسان یا پلی (اتیلن ایمیدین) تولید کردند (در غیاب سورفکتانت). این مواد بوسیله ی پلیمریزاسیون گرافت و ایجاد یک ساختار هسته- پوسته ی مناسب انجام می شود که در آن، هسته ها حاوی مواد حساس به دما و پوسته ها حاوی مواد حساس به pH می باشند.
گروه تحقیقاتی Rodríguez-Cabello به طور گسترده ای بر روی توسعه ی پلیمرهای الاستینی مانند (ELPs) با استفاده از مهندسی ژنتیک کار کرده اند. این گروه توانسته پتانسیل های بالقوه ی استفاده از این مواد را نشان دهد. پلیمرهای مقاوم از این نوع با پوشش دهی یک گستره از ویژگی ها، تولید شده اند. آنها مواد مختلفی را با استفاده از تخمیر تولید کرده اند که در واقع این مواد مزیت های محیط زیستی قابل توجهی دارند. ELPs حساست دمایی و pH خوبی دارند و از این رو، در برخی از کاربردهای بیومدیکال، می توانند مورد استفاده قرار گیرند. ELPs همچنین می توانند با مولکول های حساس به نور مانند ازوبنزن ها و اسپیروپایرین اصلاح شوند و مولکول های حساس به نور تولید شود. Kurata و Dobashi روش آماده سازی حامل های دارویی هوشمندی را بر اساس مشتقاتی از N- آکرویلویل- N^'- آلکیل آمید های و L- گلوتامین اسید و L- آسپارتیک اسید، ارائه کرده اند.
سیستم های کوپلیمری جدید از NوN دی متیل آمینو اتیلن متا اکریلات (DMAEM) و اکریلیک اسید (AAc) یا ایتاکونیک اسید (IAc) و با تابش اشعه ی UV، تولید می شوند. این محصولات هم نسبت به تغییرت pH و هم تغییرات دمایی، حساس می باشند مانند یک پلی آمفولیت. این مسئله به دلیل ترکیب های مونومری و ترکیب دما و شرایط pH ایجاد می شود.
Kuckling و همکارانش یک مطالعه ی سیستماتیک بر روی تغییرات LCST نسبت به تعادل آب دوست/ آب گریز، انجام دادند. با این هدف، آنها کوپلیمرهایی از NIPAAm را با استفاده از مشتقات اکریل آمید تولید کردند که در آنها، گروه های کربوکسیلیک به مکان های خاصی متصل بود. این افراد اثر دما و pH بر روی خواص این مواد را مورد بررسی قرار دادند.
سایر محققین نیز NIPAAm را با بوتیل متا اکریلات و اکریلیک اسید ترکیب کرده و بدین صورت، وسایل حساس به pH یا دمایی ساختند که دارای خواص رسانش پپتید هستند. تولید این محصولات تأیید کرد که بازده این محصولات با افزایش استحکام یونی، افزایش می یابد. این مسئله در واقع به دلیل تغییر در برهمکنش های آب گریز و یا برهمکنش های خاض میان مولکول های پلیمری، اتفاق می افتد.
آلژینات (Alginate) با استفاده از PNIPAAm اصلاح می شود و بدین صورت SIPNs دارای پاسخ تحریکی دوگانه، می شود. این محصول برای کاربردهای بیومدیکال و استفاده در سیستم های رسانش دارویی، مناسب می باشد. علاوه بر این، Benrebouh و همکارانش کوپلیمرهایی را بر پایه ی NIPAAm و مونومرهای متااکریلات تولید کرده اند که از اسید چلیک (cholic acid) مشتق شده اند (شکل 1). با این روش، زیست سازگارپذیری این پلیمرها، بهبود می یابد.

کردند که در یک گستره ی دمایی بین 38 تا 40 درجه ی سانتیگراد، تغییر خاصیت می دادند. علاوه بر این، این مواد همچنین در pH=2.5، نیز حساسیت داشت. رفتار پاسخ الکتریسیته در میدانی به ولتاژ سه ولت، نیز مشاهده شده است. به دلیل اینکه ماده ی سنتزی، شفاف، الاستیک و دارای ظرفیت تورم بالاست، استفاده از آن در تولید سیستم های رهایش دارویی پیشنهاد شده است.
پلی (N و N – دی اتیلن آمیتو اتیل متا اکریلات) (PDEAEMA) (شکل 4b بخش اول این مقاله) نیز با استفاده از PEO کوپلیمره می شوند و بدست صورت کوپلیمرهای حساس به دما و pH برای کاربردهای رهایش تزریقی، استفاده می شود.
Gan و همکارانش پلیمرهای حساس به دما و pH جدیدی را بر پایه ی پلی (اکریلوییل – N- پروپیل پیپرازین) (PAcrNPP) تولید کردند (شکل 2) که دارای دمای انحلال بحرانی پایین (LCST) در آب بودند. این دما، در حدود 37 درجه ی سانتیگراد می باشد.

نتیجه گیری

این مقاله تلاش کرد تا برخی از پیشرفت های متداول در زمینه ی پلیمرهای هوشمند و کاربردهای آنها در بیومواد و حامل های رسانش دارویی و همچنین فرایندهای ترمیم بافت، را ارائه دهد. سیستم های پلیمری حساس به pH، ویژگی ها و کاربردهای آنها از جمله سیستم های رسانش دارویی، به طور خاص حامل های ژن، یکی از کاربردهای جالب توجه این سیستم ها هستند. پلیمرهای حساس به دما که می توانند از منشاء طبیعی یا مصنوعی باشند، نیز مورد بررسی قرار گرفت. همچنین رفتار دمایی، LCST، مکانیزم ژله ای شدن این مواد نیز مورد بررسی قرار گرفت. در نهایت، مواد با پاسخ های دوگانه مانند سیستم های شبه الاستینی و هموپلیمرهای اکریلیکی و کوپلیمرهای با پاسخ های دوگانه در برابر محرک ها، مورد بررسی و بحث قرار گرفت.
استفاده از مطالب این مقاله، با ذکر منبع راسخون، بلامانع می باشد.
منبع مقاله :
Smart Polymers and Their Applications as Biomaterials/ M.R.Aguilar et al.