پلیمرهای هوشمند و کاربرد آن ها به عنوان مواد زیستی smart polymers and their applications as biomaterials

رشته های مرتبط: شیمی و مهندسی پلیمر، مهندسی مواد مرکب
سیستم های زنده به محرک های خارجی با سازش خود در برابر شرایط در حال تغییر پاسخ می دهند. دانشمندان پلیمر در حال تلاش برای تقلید و پیروی از این رفتار به مدت دو دهه اخیر بوده و پلیمر هایی موسوم به پلیمرهای هوشمند تولید کرده اند. پلیمر های هوشمند، پلیمرهایی هستند که در پاسخ به تغییرات خارجی کوچک در شرایط محیطی نظیر درجه حرارت، اسیدیته، نور، میدان الکتریکی و مغناطیسی، فاکتورهای یونی و مولکول های زیستی تحت بار های شیمیایی، فیزیکی بزرگ و برگشت ناپذیر قرار می گیرند. پلیمرهای هوشمند دارای کاربرد های بسیار مفیدی در زمینه بیوشیمی به عنوان سیستم های تحویل عوامل درمانی، مهندسی یافت، پشتیبانی از کشت سلولی، ابزارهای تفکیک زیستی، و سیستم های سنجنده و محرک می باشند. این فصل بر پلیمرهای حساس به اسیدیته و درجه حرارت و نیز کاربرد های اخیر آن ها به عنوان مواد زیستی در سیستم های دارورسانی و مهندسی بافت متمرکز است. مواد حساس به محرک مضاعف نیز به دلیل پتانسیل بالای خود در زمینه درمان زیستی ارائه خواهند گردید. لغات کلیدی: پلیمر های حساس به محرک، دارورسانی، مهندسی بافت. مقدمه سیستم های پلیمری حساس به نحرک یا هوشمند، پلیمرهایی هستند که می توانند بر تغییرات فزاینده خواص در پاسخ به تغییرات کوچک در محیط غلبه کنند. مهم ترین سیستم های از نقطه نظر درمان زیستی، سیستم های حساس به اسیدیته و درجه حرارت می باشند. بدن انسان در امتداد دستگاه گوارشی خود و نیز در برخی مناطق خاص نظیر بافت ها و مناطق توموری یا بخش های زیر سلوللی تحت تغییرات اسیدیته قرار می گیرند.پلیمر های حساس حرارتی با مقدار T بحرانی نزدیک به مقدار فیزیولوژیک یعنی پلی ( N- ایزوپروپیل آکریلایمید) دارای نقش های مهمی در زمینه زیست درمانی می باشند که در این مقاله نشان داده خواهند شد. فعل و انفعالات پلیمر-پلیمر و پلیمر-حلال ( حلال در کاربرد های زیست درمانی عمدتا آب خواهد بود) حاکی از وجود تعدیل مجدد ناگهانی در طیف های کوچک اسیدیته یا درجه حرارت بده و این را می توان به حالت گذر زنجیره ای بین حالت های فشرده و آزاد سیم پیچ تفسیر کرد. در رابطه با پلیمر های حساس به اسیدیته، عنصر کلیدی سیستم، وجود مواد بازی و یا اسیدی ضعیف قابل یونیزه در ساختار آب گریز می باشد. با یونیزه شدن، زنجیره های پیچشی به طور فزاینده ای به دفعه های الکترواستاتیک بارهای تولید شده (انیون ها و کاتیون ها) پاسخ می دهد. پلیمرهای حساس به حرارت دارای یک تعادل آب دوست – آب گریز در ساختار خود می باشند و تغییرات دمایی کوچک حول درجه حرارت بحرانی موجب فروپاشی زنجیره ها و یا افزایش پاسخ در برابر تعدیلات جدید فعل و انفعالات آب دوست و آب گریز بین زنجیره های پلیمری و محیط آبی می شود. پاسخ ماکروسکوپی پلیمر بساتگی به حالت فیزیکی زنجیره ها دارد که می توانید آن را در جدول ۲ مشاهده کنید. در صورتی که زنجیره های ماکرومولکولی به صورت خطی و قابل انحلال باشند، محلول از حالت تک فازی به دو فازی به دلیل رسوب پلیمر تغییر می کند. هافمن و همکاران در یک پروژه مفصل ، اثبات کردند که عمل یک گیرنده آنزیمی را می توان زمانی تعدیل کرد که این نوع پلیمر به محل فعال خود نزدیک بوده و یا الحاق شده باشد. آن ها قادر به روشن خاموش کردن گیرنده با استفاده از تغییر بین حالت مولکول های فشرده و آزاد بودند(۲). پلیمر های حساس به دما و اسدییته که بر تغییرات موقت بین شرایط فیزیولوژیک فائق می آیند( ۳۷ درجه و اسیدیته فیزیولوژیکی) به عنوان سیستم های قابل تزریق مهاجم شناخته شده اند. سیستم های محلول را به آسانی می توان تزریق کرد، با این حال آن ها در محیط آزاد رسوب کرده و یا به صورت ژل در می آیند و تشکیل پیوند مفیدی برای سیستم های دارورسانی(DDS) یا کاربرد های مهندسی بافت می دهند.(۳-۶). جدول۱: اشکال فیزیکی زنجیره های پلیمری هوشمند همراه با نوع پاسخی که آن ها می دهند و نمونه هایی از کاربرد های احتمالی آن ها