Sistem kehidupan merespon rangsangan eksternal dan beradaptasi diri untuk merubah kondisi. Para ilmuwan polimer telah mencoba untuk meniru perilaku ini selama dua puluh tahun terakhir menciptakan apa yang disebut polimer cerdas. Ini didefinisikan sebagai polimer yang mengalami reversibel besar, fisik atau chemicalchanges dalam menanggapi perubahan eksternal kecil dalam kondisi lingkungan, seperti suhu, pH, cahaya, medan magnet atau listrik, faktor ionik, molekul biologis, dll . Cerdas polimer telah sangat menjanjikan aplikasi di bidang biomedis sebagai sistem pengiriman agen terapi, perancah teknik jaringan, dukungan kultur sel, perangkat bioseparation, sensor atau sistem aktuator. Bab ini difokuskan pada pH dan suhu polimer sensitif dan aplikasi terbaru mereka dan relevan sebagai biomaterial dalam pemberian obat dan rekayasa jaringan. Bahan Dual-rangsangan-responsif juga akan disajikan karena potensi tinggi dalam bidang biomedis.

"Pintar" sistem polimer Rangsangan-sensitif atau polimer yang dapat mengatasiperubahan properti dramatis menanggapi perubahan kecil dalam lingkungan. Sistem yang paling penting, juga dari sudut pandang biomedis, adalah mereka sensitif terhadap pH atau temperatur (T). Tubuh manusia menyajikan variasi pada pH di sepanjang saluran pencernaan, dan juga di beberapa daerah tertentu seperti jaringan tertentu (dan daerah tumoral) atau kompartemen sub-seluler. Polimer termosensitif dengan T kritis dekat dengan nilai fisiologis, yaitu poli (N-isopropil akrilamida) (PNIPAm), menawarkan banyak kemungkinan di bidang biomedis, karena akan ditampilkan dalam tulisan ini.

Interaksi polimer-pelarut (solvent bahwa dalam aplikasi biomedis akan biasanya air) polimer-polimer dan menunjukkan tiba-tiba kembali penyesuaian dalam rentang kecil pH atau suhu, dan ini diterjemahkan ke rantai transisi antara diperpanjang dan dipadatkan negara koil. Dalam kasus polimer pH-sensitif, elemen kunci dari sistem ini adalah adanya terionisasi asam lemah atau gugus dasar yang melekat pada tulang punggung hidrofobik. Setelah ionisasi, rantai melingkar memperpanjang secara dramatis menanggapi tolakan elektrostatik dari muatan yang dihasilkan (anion atau kation).

Suhu menanggapi polimer menyajikan keseimbangan hidrofobik-hidrofilik baik dalam struktur mereka, dan perubahan suhu yang kecil sekitar T kritis, membuat rantai runtuh atau memperluas menanggapi penyesuaian baru dari interaksi hidrofobik dan hidrofilik antara rantai polimer dan berair media. Respon makroskopik polimer akan tergantung pada keadaan fisik rantai, seperti yang ditunjukkan pada Tabel 1. Jika rantai makromolekul linear dan dilarutkan, larutan akan berubah dari mono-phasic untuk bi-phasic karena polimer presipitasi ketika transisi terjadi.

Hoffman et al. [1] menunjukkan, dalam desain yang sangat elegan, bahwa tindakan reseptor enzimatik dapat dimodulasi saat semacam ini adalah polimer terkonjugasi dekat dengan tempat aktif. Mereka mampu beralih on-off reseptor menggunakan transisi antara bentuk diperpanjang dan melingkar molekul [2]. PH dan T-responsif polimer larut yang mengatasi transisi pada kondisi fisiologis (37 º C dan / atau pH fisiologis) telah diusulkan sebagai sistem suntik minimal invasif. Sistem larut dapat dengan mudah disuntikkan, namun mereka memicu atau gel in situ membentuk

Hidrogel reversibel sol-gel biasanya dibentuk oleh blok atau graft copolymer sebagai Pluronics, atau lebih baru-baru ini diusulkan, poliester PEO-biodegradable (PLGA, PLLA, PCL). Sistem ini sudah di pasar sebagai solusi suntik minimal invasif (BST-Gel ® dari BioSyntech dan regel ® dari Macromed). Blok atau cangkok kopolimer dapat memberikan jenis lain dari transisi dari polimer larut, yang terdiri dalam micellization atau misel agregasi [7,8]. Perilaku ini berkaitan erat dengan reversibel sol-gel transisi karena dalam beberapa kasus misel bentuk induk gelasi. Jika polimer sensitif membentuk bagian dari

jaringan silang terbatas, rantai reorganisasi akan berarti transisi gel antara runtuh dan negara diperluas, yaitu, antara menyusut dan bengkak negara (Gambar 1). Perbedaan antara kedua negara bisa mencapai beberapa kali lipat. Perilaku ini telah sangat menarik untuk persiapan berdenyut DDS [9,10].

Modifikasi permukaan dengan jenis polimer mengarah ke persiapan antarmuka responsif yang bisa menunjukkan perilaku yang sangat berbeda dalam menanggapi salah satu perubahan kecil dalam parameter lingkungan. Permukaan dapat berubah dari hidrofobik hidrofilik [11-14] atau jika membran yang dimodifikasi secara kimia, mungkin bervariasi ukuran pori sendiri [15-17] Dari skema umum ini, isu-isu yang berbeda akan dihadapi dalam tulisan ini, sebagai modulasi respon (T atau kisaran pH transisi, tingkat transisi, dll) dengan mengendalikan struktur rantai polimer. Beberapa komentar tentang kegunaan polycations untuk membawa dan memberikan gen juga akan dibahas. Perhatian khusus akan ditempatkan pada dual-rangsangan polimer cerdas, atau polimer yang dapat merespon dua parameter, yaitu pH dan T, secara bersamaan.

pH-sensitive polymers: General considerations

polimer pH-sensitif polielektrolit yang beruang dalam struktur yang lemah kelompok asam atau dasar mereka yang menerima atau melepaskan proton dalam menanggapi perubahan pH lingkungan. Transisi dari keadaan ambruk ke keadaan diperluas telah dijelaskan oleh perubahan tekanan osmotik yang diberikan oleh counterions ponsel menetralkan biaya jaringan . Kisaran pH yang terjadi fase transisi reversibel dapat umumnya dipengaruhi oleh dua strategi:

1. Memilih bagian terionisasi dengan pKa cocok kisaran pH yang diinginkan. Oleh karena itu, pemilihan yang tepat antara poli atau polybase harus dipertimbangkan untuk aplikasi yang diinginkan.

2. Memasukkan gugus hidrofobik ke backbone polimer dan mengendalikan sifat, jumlah dan distribusi. Ketika kelompok terionisasi menjadi netral - kekuatan tolakan non-terionisasi-dan elektrostatik hilang dalam jaringan polimer, interaksi hidrofobik mendominasi. Pengenalan bagian lebih hidrofobik dapat menawarkan konformasi lebih kompak dalam keadaan bermuatan dan fase transisi yang lebih terdakwa. Hidrofobisitas polimer ini dapat dikontrol oleh kopolimerisasi monomer hidrofilik terionisasi dengan monomer lebih hidrofobik dengan atau tanpa pH-sensitif gugus, seperti 2-hidroksietil metakrilat, metil metakrilat dan anhidrida maleat.

aplikasipolimer pH-sensitif telah digunakan dalam beberapa aplikasi biomedis, yang paling penting adalah menggunakan mereka sebagai sistem pengiriman obat dan gen, dan sensor glukosa. Antara semua sistem dijelaskan dalam literatur, kami melaporkan di bagian ini contoh yang paling menarik dilaporkan dalam tahun terakhir.

Polymers with dual stimuli-responsivenessHal ini dimungkinkan untuk mendapatkan struktur polimer sensitif terhadap suhu dan pH, dengan kombinasi sederhana dari kelompok fungsional terionisasi dan hidrofobik (termosensitif inverse). Hal ini terutama dicapai oleh kopolimerisasi monomer bantalan kelompok-kelompok fungsional [89-92], menggabungkan polimer termosensitif dengan polielektrolit (SIPN, IPN) [93] atau dengan perkembangan monomer baru yang merespon secara bersamaan untuk kedua rangsangan [94]. Beberapa penulis baru-baru ini mempresentasikan kemajuan mereka di bidang ini, seperti Leung et al. [95] yang telah disiapkan

microgels core-shell pintar berbasis PNIPAAm, MBAAm dan kitosan atau poli (ethyleneimine) tanpa adanya surfaktan. Materi tersebut diperoleh dengan kopolimerisasi cangkok dan disajikan struktur core-shell didefinisikan dengan baik yang terdiri dari core suhu-sensitif (berdasarkan PNIPAAm) dengan kerang pH-sensitif (berdasarkan kationik polimer yang larut dalam air).

Aquilar, M.R, C.Elvira, A. Gallardo, B. Vazquez, and J.S. Roman. 2007. Smart Polymer and Their Applications as Biomaterials. Topic in Tissue Enginering, Vol 3, 2007. Eds. N. Ashammakhi, R.Reis and E Chiellini.