医+用高分子+材+料415.ppt

《医+用高分子+材+料415.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《医+用高分子+材+料415.ppt（175页珍藏版）》请在三一文库上搜索。

1、第四节 医用粘合剂,齿科粘合剂,外科用粘合剂,2-氰基丙烯酸甲酯聚合物在人体内约4周内左右开始分解， 15周左右可全部水解完,一.医用粘合剂分类,医用粘合剂的种类很多，按其材料性质可分为化学粘合剂和生物粘合剂。按其用途，其粘合作用在人体生物细胞中涉及以下几个方面：细胞之间的粘合；人体内部活性组织与无活性部分的粘合；人体组织与外部物质之间的粘合。其具体分类为：软组织用粘合剂、牙科用粘合剂、骨科粘合剂及皮肤用压敏胶。,二. 医用粘合剂的性质,理想的医用粘合剂应该具备以下性质： 安全,可靠,无毒性,无三致（致癌,致畸,致突变）； 具有良好的生物相容性,不妨碍人体组织的自身愈合； 无菌且可在一定时期内

2、保持无菌； 在有血液和组织液的条件下可以使用； 在常温、常压下可以实现快速粘合； 具有良好的粘合强度及持久性,粘合部分具有一定的弹性和韧性； 在使用过程中对人体组织无刺激性； 达到使用效果后能够逐渐降解,吸收,代谢； 具有良好的使用状态并易于保存。,三 各类粘合剂 1.牙组织用粘结剂,齿有两种类型，脱落性的（乳齿）和永久性的（恒齿）。所有的齿是由两部分构成，即吃冠和齿根，由齿龈划分其范围。齿根位于称作齿槽的凹穴内。从图示永久性牙齿的径向界面以说明各种结构的特点。 牙齿珐琅是在身体内发现的最硬的物质，并几乎全是磷酸钙盐（97%），其形式是大的磷灰石晶体。牙质是另一种矿物化的组织，他的有机基质和矿

3、物质的分布类似于正常骨骼。牙质的胶原基质有不同于骨骼的分子结构，他有更多的交联。牙齿的小管（3-5um）从齿髓腔向边缘发射并穿透牙质的各个部分。胶原沅纤维（2-4um）按纵向填充于牙质的小管内部，并由蛋白质和多糖粘合起来。,1.牙组织用粘结剂,2.软组织粘合剂,-氰基丙烯酸酯类粘合剂； 聚氨酯类粘合剂； 明胶系，如GRF胶类粘合剂； 有机硅系粘合剂； 聚甲基丙烯酯羟乙酯系粘合剂； 氯乙烯乳液系类粘合剂； 火绵胶系粘合剂等。,软组织用-氰基丙烯酸酯,粘接机理 -氰基丙烯酸酯在弱盐基性物质如水（湿气）、醇等存在下，之所以能在瞬间发挥基强粘接作用，是因为迅速发生了阴离子聚合。,该类粘合剂在生物体组织

4、上聚合最快，因为蛋白质是生物体中各种细胞的基础物质，是氨基酸的线型聚合物，这类有机胺是-氰基丙烯酸酯单体聚合的催化剂，在常温下即可快速固化，而且体内的水分可加速这种固化反应。因此，-氰基丙烯酸酯类具备了迅速胶接生物组织的特殊结构。,-氰基丙烯酸酯类化合物作为医用粘合剂使用时具有其独特的优点，主要体现在以下几个方面： 使用方便。该类化合物为单组分液态无溶剂类粘合剂。使用时，无需外加条件（如加热、加催化剂等）即可在室温下几分钟，甚至几秒钟内固化。被粘接表面不需要特殊的处理。 使用量少。该类化合物的粘度低，易铺展，单位面积的使用量少，仅需1到2滴。粘接强度高，适用范围广。 固化后无色透明，收缩率为1

5、1%14%，外观美观。 具备与天然组织相适应的物理性能，且化学性能稳定。 具有良好的生物相容性，即力学相容性和组织相容性。本身无菌，对11种细菌具有抑菌作用。,粘接机理 -氰基丙烯酸酯在弱盐基性物质如水（湿气）、醇等存在下，之所以能在瞬间发挥基强粘接作用，是因为迅速发生了阴离子聚合。,该类粘合剂在生物体组织上聚合最快，因为蛋白质是生物体中各种细胞的基础物质，是氨基酸的线型聚合物，这类有机胺是-氰基丙烯酸酯单体聚合的催化剂，在常温下即可快速固化，而且体内的水分可加速这种固化反应。因此，-氰基丙烯酸酯类具备了迅速胶接生物组织的特殊结构。,主要产品,目前,国外该胶粘剂品种有AD/here、Cyano

6、bond、Eastman910、Aro nAlpla等。国内比较有名的有504止血胶(主胶为-氰基丙烯酸正丁酯)、508医用胶粘剂(主胶为-氰基丙烯酸正辛酯)等。,3.其它粘合剂,血纤蛋白胶粘剂,主要成分是血纤蛋白原、凝血酶、血液凝固第因子、Ca2+、抑肽酶等。该胶粘剂属生理功能性胶粘剂,粘合并不受血小板减少等血液凝固障碍的影响,并较为迅速,不需过高的热或压力,不受粘合部位水分影响,生物相容性好,可适度吸收。主要用于软组织手术创伤部位的止血,神经、胰血管的粘合等。,4硬组织胶粘剂,1965年出现了以多官能度甲基丙烯酸酯为基料,无机粉末为填料的复合粘合剂,性能大大提高。至今仍在齿科修复中广泛应用

7、。 传统的粘固剂属于无机材料,俗称水门汀,例如磷酸锌,至今已有100多年的历史。这种粘固剂分为两部分,一部分为粉剂,另一部分为液剂,使用时进行混合。 合成树脂在牙科的临床应用较多,主要承担机械力的作用,多属于含活性双键的丙烯酸酯及其衍生物,代表性的产品有:中林等人合成的甲基丙烯酸 2 羟基 3 萘氧丙基酯(HNPM)和甲基丙烯酸乙氧基烷基磷酸酯(Rhenyl P),鲍恩(R.Bowen)发明的双酚A 双(3 甲基丙烯酰氧基 2 羟丙基)醚(Bis GMA)。这些物质的分子中既有亲水基又有疏水基,因此粘结性能优良,可用作补牙复合充填树脂。,5医用压敏胶,医用压敏胶是由弹性体和增粘树脂组成。所用原

8、料可以是天然橡胶、SIS、SBS、丙烯酸共聚物、有机硅共聚物、聚氨酯等。早期在该领域中使用最多的是橡胶型压敏胶带。由于天然橡胶易老化,往往需要添加多种辅助剂。它具有油溶性,贴敷后,往往会被人体表面及内部分泌的脂肪成分所溶解,引起皮肤过敏和粘接力下降。以SIS、SBS等弹性体为主的热熔型压敏胶粘带,具有无色透明、无毒无味、粘接性好、耐老化等优点,广泛应用于妇女卫生制品及婴幼儿尿不湿等方面。最近,国内外报道了采用辐射交联和金属阳离子交联研制的丙烯酸酯热熔压敏胶,该胶具有众多优点。,第五节 药用高分子材料,分类： 药理活性高分子药物 小分子药物的高分子化 高分子材料药物控制释放体系,一、药理活性高分

9、子药物,1. 低相对分子质量的聚二甲基硅氧烷 2. 聚乙烯N-氧吡啶 3. 聚氨基酸类 4. 肝素 5. 聚乙烯吡咯酮 6. 阳离子聚合物 7. 阴离子聚合物 8. 聚丙烯酰胺,干扰素诱导剂,临床使用的干扰素诱导剂有：聚肌胞苷酸，聚腺尿苷酸。病毒，细菌，多核糖苷酸，合成高分子(阴离子聚合物)，抗生素等都可作为干扰素诱发剂。信使RNA根据不同密码，指定氨基酸合成不同的干扰素。由于干扰素有种属特异性，人干扰素需要从人血提取制得，要大量制备供临床应用有困难，因此用干扰素诱导剂以诱导干扰素是临床常用方法。,具有药理活性的高分子药物还有多胺类、聚氨基酸类聚合物抗癌剂，顺丁烯二酸酐共聚物抗病毒药物，具有乙

10、烯基咪唑结构聚合物的合成酶及治疗腹泻便秘的肠道药、镇痛药和抗辐射药物等。,二、小分子药物的高分子化,阿司匹林已经在临床上广泛使用，但直到 1971才得以阐明，发现其解热镇痛作用机制主要通过阻断炎症、致热因子前列腺素的合成来发挥。 阿司匹林结构中的乙酰基不可逆的结合到 环氧合酶（COX）的关键丝氨酸残基上，造成该酶合成前列腺素能力的丧失。,聚丙烯酸中的羧基与维生素B1中的羟基反应得到高分子维生素B1，结构虽然不同，但药效基本不变。,高分子络合物药物,高分子化合物一些基团的氮、氧，对一些金属离子或小分子具有络合作用，能生成具有一定物理、化学稳定性的络合物。由于生成的络合物与原化合物(或元素)之间存

11、在一种化学平衡，既可保持原化合物的生理活性，又可降低其毒性和刺激性，还能因平衡而保持一定的浓度，达到低毒、高效和缓释的作用。,用聚乙烯醇(PVA)高分子和硝酸铜制备出聚乙烯醇-铜(),除Cu()外，Co()、Cr()和Fe()等均能与高分子形成络合物,顺铂cis-Pt(NH3)2Cl2是临床常用而且有效的癌症化疗药物，但代谢半衰期短，副作用大，常让患者望而生畏。很多药物化学家设想将顺铂结合到高分子链上来弥补上述两大不足。美国的Allcock小组选用生物相容性好，水溶性的甲氨基聚膦腈高分子，将顺铂与聚膦腈主链的氮原子络合，形成顺铂-聚膦腈衍生物，药理学研究表明，具有很好的抗癌效果。,与小分子形成

12、的络合物,碘(I2)是近百年来使用最广泛的最有价值的高效局部消毒剂。使用碘化钾的乙醇溶液来配制碘，这就是碘酊。碘酊虽然大大增加I2的溶解度，但仍易产生过敏反应，对皮肤和粘膜有刺激性因而使用范围不广。现在，人们已研制出聚乙烯吡咯烷酮-碘(PVP-I)水溶性络合物，成为高分子药物中最著名的一种,PVP-络合物又称聚维酮碘，其杀菌效力及杀菌谱与碘相当，PVP-已成为世界发达国家首选的含碘杀菌消毒剂，广泛用于外科手术、预防术后感染，以及烫伤、溃疡、口腔炎和阴道炎等疾病的治疗，也收入我国1995年版药典。 聚乙烯吡咯烷酮除与I2外，还能与-胡萝卜素、甲苯磺丁脲、苯妥英、阿吗啉、灰黄霉素、利血平及多种磺胺

13、药物等化合物络合。,临床药物举例,临床用于治疗动脉粥样硬化及肝硬化、胆石病引起的瘙痒症的降胆敏，属于强碱性阳离子交换树脂型高分子药物，为聚苯乙烯三甲苄铵。分子式为-CH2CHC6H4 CH2 N+C (CH3)3,在制造提纯肝素时，如果保留丝氨酸残基，通过这种残基与高分子化合物健合则可以维持肝素的天然构型。肝素分子亦可以自由运动，因而可保证很高的生物活性。典型的例子是采用肝素和聚乙烯醇(PVA)在路易士酸催化剂的作用下通过与戊二醛反应，一端形成缩醛另一端和丝氨酸的氨基反应生成Schiff碱。schiff碱进一步重排而得到稳定的结构。,三、高分子材料药物控制释放体系,聚合物药物控制释放体系是利用

14、聚合物作为药物的载体或介质，制成一定的剂型，控制药物在体内的释放速率，使药物按设计剂量，在要求的时间范围内按一定的速率在体内缓慢释放，以达到有效治疗的目的。 与传统的给药方式相比，具有以下优点： （1） 提高药物利用率、安全性、有效性； （2） 减少给药频率； （3） 药物被定位释放到病区部位，提高疗 效而减少剂量； （4） 研制费用大大低于新药合成与筛选,有的药物本身为弱碱性，在胃液中高度质子化不易通过细胞膜吸收，而在较高pH(pH78)的肠内离解较少，以分子即脂溶性形式存在而易透过细胞膜吸收，但这种弱碱性药物往往在它们到达肠前在胃酸中接触较长时间(数小时)而趋于破坏。 采用像甲丙基烯酸酯和

15、甲基丙烯酸这种在酸性下不易溶而在碱性下易溶的高分子作载体，则能达到避免在胃液中被破坏的目的。德国Rhm公司产的Eudragit l和Eudragit S就是使用甲基丙烯酸与丙烯酸甲酯摩尔比为11或12的共聚物为包衣载体，,德国Rhm公司产的 Eudragit l和Eudragit S就是使用甲基丙烯酸与丙烯酸甲酯摩尔比为11或12的共聚物为包衣载体，其结构代表式为：,避孕药：,CLcoLA包裹十八炔诺酮 改变LA量，调节降解速度，(数月 数年),Self Regulated Drug Delivery System :,己内酯,丙交脂,例 1. 胰岛素给药体系 (水凝胶膜)：治糖尿病 HEMA

16、 co DMAEMA 包埋葡萄糖氧化酶和胰岛素 血液中血糖 ，扩散入水凝胶膜，与酶作用成葡糖酸 葡糖酸与DMAEMA成盐，增加gel的溶胀性，使较高分子量的胰岛素能透过gel膜，给药,例 2. N iso p- PAAm 3237相分离 (热敏水凝胶),植入眼部的Ocusent体系，毛果芸香碱夹在两层乙烯-醋酸乙烯酯共聚物膜中间，通过控制膜的厚度，毛果芸香碱的释放率可达20-40g，释放一周。,服用传统药物制剂后的血药浓度浓度 1中毒极限变化 2最低有效浓度,用于控释体系的高分子材料,1. 赛璐珞及其衍生物 2. 聚酯 3. 聚原酸酯和聚酸酐 4. 硅橡胶 5. 乙烯-醋酸乙烯共聚物 6. 水

17、凝胶,影响药物释放功能的各种因素,PAA与PVP在一定PH值下可以形成氢键，有人利用这一性质成功地制备了大块的互穿网络聚合物，用做药物载体。,Shou kuan FU Adv.Mater .2002, 14,No. 15 1090-1092 Sanford A. Asher JACS 2004,126,7940-7945,癌症是一组可影响身体任何 部位的多种疾病的通称。使 用的其它术语为恶性肿瘤和 赘生物。 癌症的一个定义特 征是快速产生异常细胞。 这些细胞超越其通常边界生 长并可侵袭身体的毗邻部位 和扩散到其它器官。这一过 程被称之为转移。转移是癌 症致死的主要原因。,世界卫生组织统计数据,

18、 肺癌（140万死亡） 胃癌（86.6万死亡） 肝癌（65.3万死亡） 结肠癌（67.7万死亡） 乳癌（54.8万死亡） 大约30%的癌症死亡是可以避免的！,四.高分子抗癌药,顺铂cis-Pt(NH3)2Cl2是临床常用而且有效的癌症化疗药物，但代谢半衰期短，副作用大，常让患者望而生畏。很多药物化学家设想将顺铂结合到高分子链上来弥补上述两大不足。美国的Allcock小组选用生物相容性好，水溶性的甲氨基聚膦腈高分子，将顺铂与聚膦腈主链的氮原子络合，形成顺铂-聚膦腈衍生物，药理学研究表明，具有很好的抗癌效果。,第五章 天然高分子材料,第一节 蛋白质的高分子化学 第二节 核酸的高分子化学 第三节 酶

19、的高分子化学 第四节 多糖的高分子化学,第一节 蛋白质的高分子化学,1. 蛋白质的元素组成及其单体 蛋白质多肽氨基酸 蛋白质一般含碳50-55%，氢6-8%，氧20-23%，氮15-18%，硫0-4%；特种蛋白质还含有Cu、Fe、P、Mo、Zn、I等元素；蛋白质的含氮量较为稳定，平均为16%，所以在分析生物制品时均以这个平均值作为估测值。 氨基酸的通式：,2. 氨基酸类的反应,氨基酸类中至少含有一个羧基和一个氨基，所以会呈现酸和碱的反应，即使最简单的甘氨酸也是一个两性离子，它在水溶液中呈现：,酸性时：,碱性时：,氨基酸的缩合反应,(1) 与茚三酮反应，pH=4时反应生成紫色(Ruhemann)

20、反应,(2) 与氟代硝基苯在碱溶液中反应生成黄色的三硝基苯衍生物,(3) 与丹磺酰氯(dansyl chloride)产生荧光性,(4) 多肽键 peptide band,3. 蛋白质的二级结构氢键与折叠,组成蛋白质大分子结构中各个原子都有一定的空间排布，这种排布按他们占有的空间坐标进行定量表征，称为二级结构。这种结构与蛋白质的功能有密切的关系，即结构被破坏以后功能也随之消失。 二级结构有： -螺旋，(-helix) -片层，(-sheet) -转角，发夹环(hairpin loop)等。,蛋白质的二级结构,蛋白质三级与四级结构,4. 蛋白质的功能与其结构的关系,所有蛋白质都具有一个普通特征，

21、即它至少有一个氨基酸长链是由多肽键结合的，这个键的一端是自由氨基（N-端），而另一端是羧基（C-端）。 在pH值环境下，蛋白质的分子都带有净电荷，会在电场中移动，呈现电池行为，这种现象在提纯蛋白质时可加以利用。 从蛋白质大分子整体来说，当它们的静电荷为零时，这个点就是该蛋白质的等电点。在等电点下，该蛋白质的溶解度最小，这是分子间静电互斥力降到最低点，多肽链就会聚集起来，并从溶液中沉淀出来。 几种常用天然蛋白质高分子材料： (1) 白蛋白 (2) 胶原蛋白 collagen (3) 明胶,胶原蛋白质的基本组成之一，是人体中含量最丰富的蛋白质，约占人体蛋白总量的30%，是人体的支持组织和结缔组织的

22、主要组成成分，胶原蛋白中氨基酸以甘氨酸，脯氨酸，羟基脯氨酸等为主，胶原蛋白是一种纤维性蛋白，其基本组成单元是原胶原分子 该分子定向整齐排列，分子之间通过共价键交联，形成稳定的胶原微纤维，再聚集成胶原纤维。,(2) 弹性蛋白,弹性蛋白是弹性纤维的主要成分，广泛存在于弹性组织和韧带，动脉中。它的化学组成和胶原有所不同，是另一种结构的蛋白质。动物颈韧带是由弹性蛋白构成的，它帮助动物支持头部，并可自由伸展。在动物血管壁，特别是靠近心脏的动脉血管壁中，也有弹性蛋白。动脉因心脏的每次搏动而扩张，贮存血液并在心脏的两次搏动之间因回弹而重新排出。这样，在整个心脏搏动周期中，血液都能在较小的血管中流动。,（3）

23、糖蛋白,糖蛋白是由蛋白质和中性糖，碱性糖，两性糖或糖胺聚糖等组成的复合大分子，是一类以不均一低聚糖为辅基的结合蛋白。糖辅基可能为一个或多个，糖键通常具有许多分枝，无连续重复单元，多数与多肽键成共价结合。糖蛋白在人体内普遍存在，是结缔组织中的基质成分，也是一切细胞外的基质成分。几乎所有的细胞都能合成糖蛋白。细胞核成的糖蛋白，一部分留在细胞内构成亚细胞组分，更多的是被分泌到细胞外或作为细胞膜的组分执行多种特殊的生物学功能。,糖蛋白作为普遍存在的生物高分子，具有以下几种功能： （1）作为机体内外表面的保护物及润滑剂。 （2）作为载体。与维生素，激素，离子等结合，有助于这些物质 在体内的转移和分配。

24、（3）作为结构组分。有的糖蛋白可以组成组织支架的一部分，有的构成亚细胞组分。 （4）脑及其它神经组织中的糖蛋白似乎起一种信息储存和传递神经冲动的作用。 （5）与抗体形成有关.可以是抗原决定簇.糖蛋白还参与凝血过程。 （6）与动物适应一定的生活环境有关。 （7）糖蛋白是细胞识别机理必要组分，这是它的主要功能之一.,糖蛋白的主要作用,血红素结构中卟啉环呈平面型，带有许多非定域电子，而铁（在铁ll价态与正常生理状态下）是按照八面体络合型被围绕着的，这样造成的多肽链中有组氨酸 的氮环与氧分子，每一个配合基给予铁的空白轨道以一对电子。,第二节 核酸的高分子化学,1. 核酸的组成 嘌呤类： 嘧啶类：,核酸

25、结构中的糖类（戊糖，D-ribose） 脱氧核糖核酸（DNA单体，deoxy nuleotide） 核苷酸（RNA单体） 核酸，也称为聚核苷酸（polynucleotide）,2. 核酸中的氢键与疏水键,氢键在核酸的三维结构中是处于重要地位的，这些键位于分开的聚核苷酸键之间或是在同一个键的不同部位之间。由氢键连起来的一对碱基常常带有一个嘌呤和一个嘧啶，往往是腺嘌呤与胸腺嘧啶或尿嘧啶相结合（A-T或A-U）。若是鸟嘌呤则常常与胞嘧啶相结合（G-C）。在某些特殊情况下，氢键可以连系三个碱基。 在核酸的结构中疏水键也很重要。杂环碱基是疏水性的，他们彼此间可能结合在一起，而不是与水结合。在分子的双链段

26、区内，碱基可以相互平行排列，彼此在分子内部一个堆积在另一个的顶部连接起来。平行的杂环碱基中介电子彼此相互作用使疏水性增强。,3. 核酸中DNA和RNA结构及其性质,DNA分子是由带有双螺旋结构的两支多核苷链所构成，这两只链向着相反方向发展，它们以氢键的方式使碱基成对结合。 DNA两条链中的碱基并不相同，但却能互补，其中一条链中的碱基的顺序就能决定另一条链中碱基的顺序，A-T结合，G-C结合，如： 5-端-GATCACGTA-3-端 3-端-CTAGTGCAT-5-端,poly I (肌苷酸) poly C (胞嘧啶核苷酸) 1 ：1的双链聚合物 聚肌胞,中国，1979年，通过鉴定,poly I

27、,poly C,其二次结构对活性影响甚大，仅有双链结构聚合物才有活性,4. 核酸的功能,生物体的基因信息存在于细胞的脱氧核糖核酸的碱基顺序中作为密码。较高级的生物体中，大部分的DNA都存在于细胞核的染色体内，少量则存在于细胞颗粒中，即存在于线粒体与叶绿体中。线粒体可发出能量，叶绿体则是光合作用的反应点。 （1）信息的再生复制 （2）信息的揭示转录,基因再组合,遗传密码表和用20种氨基酸有里往外的太阳式图,二、PCR扩增技术,实验原理,多聚酶链反应（PCR）技术的原理类似于DNA的天然复制过程。可简述为： 在微量离心管中加入适量缓冲液，加入微量模板DNA，四种脱氧核苷酸（dNTP），和耐热Taq

28、聚合酶及两个合成的DNA引物，并有Mg2+存在。,实验原理,加热使模板DNA在高温下（94）变性，双链解链，这是所谓变性阶段。 降低溶液温度，使合成引物在低温（56）与模板DNA互补退火形成部分双链，这是所谓退火阶段。 溶液反应温度升至中温（72），在Taq酶作用下，以四种dNTP为原料，引物为复制起点，模板DNA的一条双链在解链和退火之后延伸为两条双链，这是延伸阶段。 如此反复，在同一反应体系中可重复高温变性、低温复性和DNA合成这一循环，使产物DNA重复合成，并且在重复过程中，前一循环的产物DNA可作为后一循环的模板DNA而参与DNA的合成，使产物DNA的量按2n方式扩增。经过2535个循

29、环，DNA扩增倍数可达106109。,实验原理,基因组DNA提取原 理,DNA在生物体内是与蛋白质形成复合物的形式存在的。核酸与蛋白质之间的结合力包括离子键、氢键、范德华力等，破坏或降低这些结合力就可把核酸与蛋白分开。 DNA、RNA所含有的嘌呤环和嘧啶环的共轭双键具有吸收紫外光的性质，吸收高峰在260nm处，所以，可用紫外分光光度法测定DNA的浓度。,5. 标记化合物的方法及其应用,同位素的灵敏度非常高，所以可以用合成方法使被研究的物质分子含有稳定同位素或放射性同位素作为标记。这种化合物就称为标记化合物。标记以后，就能很准确的测量这些物质的存在，还能测出这些物质产生化学反应所述的路径，即使在

30、生物体内也行。这种技术就称为同位素示踪法（radioactive tracing）。 I. 制备标记化合物的方法： 交换法 化学合成法 生物合成法,II. 同位素的测量 同位素的测量使用较精密的测量仪器，如质谱仪或核磁共振仪。表示放射性强度的方法有： （1）比放射性 或称放射性比度(specific activity)。这表示单位数量物质的放射性，如说明某一样品中放射性元素的含量与该元素总量的比例或百分比；例如： 其次是代表单位重量或单位容量的物质衰变率。如“每毫克每分钟若干次”或“每毫克中若干微居里”，“每毫克分子量的毫居里数。” （2）回收率 这说明某一样品的放射性与生物体接受的总放射性之

31、比：,同位素测量中，因它们的穿透能力不同，可有下列类别： （1）-射线发射体的测量 发射-射线的同位素，如131I、24Na、38Cl、82Br、51Cr、65Zn、59Fe等，由于它们有很高的穿透能力，不必经过萃取或分离就可以直接测量。测量的设备可用碘化钠闪烁计数品。 （2）软-射线测量 如14C、3H、35S、45Ca等都是低能量-射线的发射体，在生物高分子中占有很重要的地位。操作过程中，应当尽量增大几何效率，并尽量减少射线在样品中产生自吸收和被测量仪器吸收作用。测量时应使用薄窗盖革计数管或无窗盖革计数管。 （3） 硬-射线测量 这些应用于能发射高能-粒子的同位素，如32P、131I、38

32、Cl等，测量时应使用底窗型计数管。 （4）活化分析 活化分析是把原来没有放射性的样品经中心照射，使其中普通元素变成具有特征射线的产物，而后进行鉴定和测量。活化分析具有高灵敏度、高度专一性，而且不损坏样品。在研究天然高分子方面很适应。所需能源可来自反应堆，加速器或同位素中子源等。,第三节 酶的高分子化学,酶是最主要的、以蛋白质为主的特殊功能高分子。 特点： 1. 催化效率高，一般为无机催化剂的106-1013倍。 2. 专一性强，酶对其底物（substrate）即被作用物有严 格的选择性,高度特异性。 3. 反应条件温和，一般在常温常压下进行，酶活性的不稳定性（容易失活）。 4. 酶的作用是可以

33、调节和控制的。,（一） 酶的固定化（immobilization）,酶作为催化剂有稳定性差的缺点，对热、强酸、强碱、有机溶剂等均不够稳定，即使在最适条件下，也会很快失活。所以使用酶作为催化剂时，使用固定化方法是必需的。 关于酶的活力： 按1964年国际生化协会统一规定，酶活力等于能使1mol底物在1min内转变成产物的酶量，温度为25，反应时pH值与底物浓度等均采用最适条件。,由于酶很不稳定，在提取时易变性失活，因而提取时应注意： ()温度 整个提纯操作应尽可能在低温下(04C)进行，以防止酶的变性失活或蛋白质水解酶对目的酶的水解(尤其是在有机溶剂或无机盐存在下更应注意) (2)PH 在提纯过

34、程中一般采用缓冲液作为溶剂，防止过酸或过碱。对一特定的酶，溶剂pH的选择应考虑酶的pH稳定性以及酶的溶解度。 (3)盐浓度 因为大多数蛋白质具有盐溶性质所以在抽提过程中可选用合适浓度的盐溶液以促进蛋白质溶解；但要注意当盐浓度过高时，酶容易变性； (4)搅拌 剧烈搅拌容易引起蛋白质变性，提纯中应避免剧烈搅拌和产生泡沫。 (5)微生物污染 酶液是微生物生长的良好培养基，在提纯过程中应尽可能防止微生物对酶的破坏。,酶的制备流程： 一般包括破碎细胞、溶剂抽提、离心、过滤、浓缩、干燥这几个步骤，对某些纯度要求很高的酶则需经几种方法乃至多次反复处理。 (1)破碎细胞 除了胞外酶的提取以外，所有胞内酶均需将

35、细胞破碎后方可进一步抽提。破碎细胞有许多方法，动植物细胞常用高速组织捣碎机和组织匀浆器破碎，而微生物细胞的破碎则有机械破碎法、酶法、化学试剂法和物理破碎法 等多种。 (2)溶剂抽提 大多数酶蛋白都可用稀酸、稀碱或稀盐溶液浸泡抽提。何种溶剂和抽提条件视酶的溶解性和稳定性而定，抽提时应注意溶剂种类、溶剂量、溶剂pH等的选择。,(3)离心分离 离心分离是酶分离提纯中最常用的方法，主要用于除去细胞碎片或抽提过程中生成的沉淀物。工业上常用板框压滤机来完成酶的粗分离。 (4)浓缩 由于发酵液或酶抽提液中酶的浓度一般都比较低，必须经过进一步纯化以便于保存、运输和应用。事实上，大多数纯化酶的操作如吸附、沉淀、

36、凝胶过滤等均包含了酶的浓缩作用，工业上常采用真空薄膜浓缩法以保证酶在浓缩过程中基本不失活。 (5)干燥 酶溶液或含水量高的酶制剂即使在低温下也极不稳定，只能作短期保存。为便于酶制剂的长时间的运输、储存，防止酶变性，往往需对酶进行干燥，制成含水量较低的制品。常用的干燥方法有真空十燥、冷冻干燥、喷雾干燥等。,各种酶传感器的基本结构,固定化方法与实施,(1)物理吸附法 是制备固定化酶最早采用的方法，它是以固体表面物理吸附为依据，使酶与水不溶性载体相接触而达到酶吸附的目的。吸附的载体可以是石英砂、多7孔玻璃、硅胶、淀粉、高岭土、活性炭等对蛋白质有高度吸附力的吸附剂。该方法操作简单，反应条件温和，反复使

37、用，但结合力弱酶易解析并污染产品。,(2)离子吸附法 该法是通过离子效应，将酶分子固定到含有离子交换基团的固相载体上。最早应用于工业化生产的氨基酰化酶，就是使用多糖类阴离子交换剂DEAE 葡聚糖凝胶固定化的。常见的载体有DEAE纤维素、CM衍生物等。离子吸附法的操作同样简便，反应条件温和，制备出的固定化酶活性高，但载体与酶分子之间的结合仍不够牢固当使用高浓度底物高离子强度或PH发生变化时酶容易脱落但这种固定化酶容易回收再生。,(3)螯合法 这是一种比较吸引人的技术，它主要是利用螯合作用将酶直接螯合到表面含过渡金属化合物的载体上，具有较高的操作稳定性。已知能用于酶固定化的金属氢氧化物有钛(二价和

38、四价)、铁(四价)和钒(三价)等，其中以钛(四价)和铁(四价)的氢氧化物较好，它们能与酶的羧基、氨基和羟基结合。,(4)共价结合法 共价结合法是通过酶分子上的官能团，与载体表面上的反应基团发生化学反应形成共价键的一种固定化方法，是研究得最多的固定化方法之一。共价交联法是通过双功能或多功能试剂，在酶分子间或酶分子和载体间形成共价键的连接方法。这些具有两种相向或不同功能基团的试剂叫做交联剂。共价交联法与共价结合法一样，反应条件比较激烈，固定化酶的回收率比较低，般不单独使用，但如能降低交联剂浓度和缩短反应时间，则固定化酶的比活会有所提高。常见的交联剂有顺丁烯二酸酐和乙烯共聚物、戊二醛等，其中以戊二醛

39、最为常用。,（5） 包埋法,将酶包埋在高聚物凝胶网格中或高分子半透膜内的固定方法。前者又称为凝胶包埋法，后者则称为微囊法。 包埋法一般不需要与酶蛋白的氨基酸残基起结合反应，较少改变酶的高级结构，酶活的回收率较高；但它仅适用于小分子底物和产物的酶，因为只有小分子物质才能扩散进入高分子凝胶的网格，并且这种扩散阻力还会导致固定化酶动力学行为的改变和活力的降低。,固定化酶的高分子载体,（二）酶的应用,表5-1 酶在工业上的应用实例,应用领域 1.酶与发酵工业 2.酶与氨基酸工业 3.酶法生产有机酸 4.酶与洗涤工业 5.酶与能源工业 6.酶与医疗工业,1.酶与发酵工业,（1） 酒精酿造 利用淀粉酶（-

40、1，4-葡聚糖-4-葡聚糖水解酶），先把淀粉质材料水结成糖，而后再经酵母发酵制成酒精。 （2） 酶法制造葡萄糖 过去制造葡萄糖一般采用酸法。发酵酶法制造葡萄糖后，可以得到无苦味、收获量高、纯度高的优良产品。 （3） 麦芽怡糖的酶法生产 生产怡糖一般使用麦芽汁使淀粉糖化，因为麦芽中含有-淀粉酶和-淀粉酶。 （4） 糖蜜制酒精 （5） 酶在面包制造中的应用,2.酶与氨基酸合成工业,（1） 赖氨酸 赖氨酸是营养辅助品与强化饲料原料，目前主要用酶法生产。以环己烷为原料，使用卢氏隐球酵母或无色杆菌中产生的内酰氨酶或消旋酶，可以生产赖氨酸。 （2） 丙氨酸 丙氨酸是一种脂肪型非极性氨基酸，可以用发酵法生产

41、，但产品是DL型的，必须经光学析分，也可以从L-天门冬氨酸以酶法生产。 所谓光学析分，是把消旋体的氨基酸分开的方法。因为在光学型式中只有L-型有生理活性，所以要把L-型与D-型分开。分开的方法可以用酰化酶进行酶法析分。,生物体对于旋光性化合物的“辨认”是众所周知的，例如（L）-门冬酰胺是苦的，（D）-门冬酰胺是甜的。氯霉素四个异构体中只（D）-（-）-苏式具有药效，其余三个异构体几乎无药效。烯丙聚酯八个异构体中只有以（R,R）-构型的酸和（S）-构型的醇组成的异构体具有最高的杀虫能力。某种吗啡类药物，其左旋体具有强止痛作用，而且不成瘾；而其右旋体只有微弱的止痛作用，但却能成瘾，等等。生物体的这

42、种能力当然与生物体本身是由结构严格的旋光性大分子（蛋白质，糖类，核酸等）构成有关，因此纯的旋光异构体的获得，对于生物活性物质的研究是十分重要的。,3.酶法生产有机酸,（1）酒石酸,（2）苹果酸,4.酶与洗涤工业,在洗涤剂中加入蛋白酶，能使这些污物成为易溶状态而去除。,5.酶与能源工业,（1） 生产乙醇 （2） 生产氢 （3） 生产甲烷 （4） 在石油勘探中使用,6.酶与医疗工业,主要在药用中使用的酶制剂举例如下：,以酶为试剂的临床化学分析,第四节 多糖的高分子化学,“糖”指多羟基的醛、酮、醇与它们的氧化或还原衍生物，以及由其糖苷键连接的化合物。“多糖”是指具有上列结构的多聚体。 主要内容： 1

43、.糖的生理功能 2.多糖的单体及其结构 3.多糖单体的反应 4.糖苷键与多糖结构,一.糖的生理功能,氧化功能 储存能量，维持血糖 提供原料，合成其他物质 参与构造组织细胞 其他功能,糖代谢,糖原的合成与分解 合成：由单糖（主要是葡萄糖）合成糖原的过程。 分解：肝糖原分解为葡萄糖的过程。 糖原合成与分解的生理意义：肝糖原的合成与分解能维持血糖水平恒定，是血糖的重要来源。肌糖原的合成与分解主要供肌肉收缩时能量的需要。,糖的分解代谢,糖的无氧氧化：葡萄糖或糖原在无氧条件下，分解成乳酸并释放出部分能量。 糖的有氧氧化：在有氧条件下，葡萄糖和糖原氧化成H2O,和CO2,并释放出大量能量的过程 糖异生：非

44、糖物质转变成葡萄糖或糖原的过程,二.多糖的单体及其结构,Fischer投影式表示单糖结构：,竖线表示碳链；羰基具有最小编号, 并写在投影式上端；一短 横线代表手性碳上的羟基。,单糖的差向异构体,C-2差向 异构体,C-4差向 异构体,2. 糖的环状结构及其表示方法,1) 变旋现象,葡萄糖分子中醛基与羟基形成环状半缩醛结构。半缩醛羟 基的两种空间取向形成两种异构体。端基差向异构体。,-D-(+)-吡喃葡萄糖 -D-(+)-呋喃葡萄糖 +18.7o ( 63% ) +112o (37% ）,-异构体： 半缩醛羟基与CH2OH在链异侧；或半缩醛羟基 与C5上的羟基在链同侧。,达到平衡时：吡喃糖 99

45、% (-异构体37%、-异构体63%) 呋喃糖 1% ； 链形葡萄糖 仅占0.1%,-异构体： 半缩醛羟基与CH2OH在链同侧；或半缩醛羟基 与C5上的羟基在链异侧。,2）糖的Haworth式,-D-吡喃葡萄糖,-D-吡喃葡萄糖,修饰 Fischer投影式:,半缩醛羟基构型未定时的表示：,如何由Haworth(哈沃斯)式判断糖的构型？,-D-吡喃葡萄糖 -L-吡喃葡萄糖,D-型：CH2OH在环上方； L-型：CH2OH在环下方。,D-型糖中：-异构体：半缩醛羟基在环的下方； -异构体：半缩醛羟基在环的上方。,呋喃糖(Haworth式)的构型,D-型糖：C-5为R构型； L-型糖：C-5为S构型

46、。,在Haworth式结构式中：,L-型糖中：情况相反。,试判断下面呋喃葡萄糖是D-型还是L-型？是-构型还是-构型？,-D-呋喃葡萄糖,注意： 通常吡喃环中的氧原子写在环的右上角。,3. 单糖的构象,D-吡喃葡萄糖 -D-吡喃葡萄糖 -D-吡喃葡萄糖,三. 单糖的反应,1. 成苷反应,甲基-D-葡萄糖苷 甲基-D-葡萄糖苷,糖苷基与配基之间连接的键称为苷键。,-苷键,-1,6-苷键,-苷键,氮苷(胸腺嘧啶核苷) 苦杏仁苷,糖苷为缩醛结构，无变旋现象。 酸或酶催化下，苷键断裂生成原来的糖和非糖部分。 酶催化效率高且立体专一。,-D-葡萄糖苷酶,甲基-D-吡喃葡萄糖苷 -D-吡喃葡萄糖,2. 成

47、醚反应,稀酸水解，C-1上苷键被水解。,4. 成脎反应 （与过量苯肼作用）,发应过程：,5. 氧化反应,1) 与Tollens、Fehling、Benedict试剂反应,糖化学中的还原糖与非还原糖的概念。,反应发生在C-1和C-2上。由于氢键，脎形成较为稳定的六元环结构。,2) 与溴水、稀硝酸、高碘酸的反应,高碘酸氧化法测定糖苷中环的大小,6. 还原反应,7. 磷酸酯的形成,ATP 磷酸酯,8. 莫利施（Molisch）反应,鉴别糖类物质,四 寡糖,一.双糖（还原糖与非还原糖）,1. (+)-麦芽糖,-1,4,4-O-(-D-吡喃葡萄糖苷基)-D-吡喃葡萄糖,2,3,4,6-四-O-甲基-D-

48、吡喃葡萄糖 2,3,6-三-O-甲基-D-吡喃葡萄糖,2. (+)-纤维二糖,-1,4,4-O-(-D-吡喃葡萄糖苷基)-D-吡喃葡萄糖,(+)-纤维二糖与(+)-麦芽糖结构上的区别：苷键构型不同。,3. (+)-蔗糖,-1,2苷键,-2,1苷键,-D-吡喃葡萄苷基-D-呋喃果糖苷,3.多糖单体的反应,（1）还原反应,（2）糖苷反应,（3）羟基甲基化,二. 环糊精 (Cyclodextrins),-CD结构示意图,6、7、8 个D-(+)-吡喃葡萄糖 ； -1,4-苷键； 、环糊精。 (-CD 、-CD 、-CD ),环糊精的结构特点、性能与应用：,圆筒状；外缘亲水、内腔疏水，即具有极性的外侧和非极性的内侧； 有手性。 形成主客体包合物，使环糊精具有一定的选择识别能力； 用作相转移催化剂； 分离