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基于聚合物的智能药物释放系统设计
基于聚合物的智能药物释放系统设计一、智能药物释放系统概述智能药物释放系统（Intelligent Drug Delivery Systems, IDDS）是一种能够根据生理条件或外部刺激（如温度、pH值、酶活性等）响应性地释放药物的系统。
这种系统的设计旨在提高药物的疗效，减少副作用，并提高患者用药的便利性。
基于聚合物的智能药物释放系统因其独特的物理化学性质和生物相容性，成为研究和应用的热点。
1.1 聚合物在药物释放系统中的应用聚合物由于其可塑性和多样性，被广泛应用于药物释放系统的设计中。
它们可以作为药物载体，通过物理或化学方法将药物分子包裹或结合，从而控制药物的释放速率和模式。
聚合物的分子结构和物理性质可以通过合成方法进行精确调控，以适应不同的药物释放需求。
1.2 智能药物释放系统的设计原则智能药物释放系统的设计需要考虑以下原则：- 药物的稳定性和生物活性：确保药物在储存和释放过程中保持稳定，避免降解或失活。
- 药物释放的可控性：系统应能够根据特定的生理或外部条件响应性地释放药物。
- 生物相容性和生物降解性：聚合物材料应具有良好的生物相容性，不引起免疫反应或毒性，同时能够在体内降解，避免长期积累。
- 靶向性：系统应能够将药物定向输送到病变部位，减少对正常组织的影响。
二、基于聚合物的智能药物释放系统的设计策略基于聚合物的智能药物释放系统的设计策略主要包括以下几种：2.1 pH响应性药物释放系统pH值在不同生理环境中存在显著差异，如肿瘤组织的微环境通常比正常组织更酸性。
利用这一特点，可以设计pH 响应性的药物释放系统。
聚合物载体在特定pH值下会发生结构变化，从而触发药物的释放。
2.2 温度响应性药物释放系统温度是影响药物释放的另一个重要因素。
某些聚合物在特定温度下会发生相变，导致药物释放。
通过精确控制聚合物的相变温度，可以实现对药物释放速率的精确控制。
2.3 酶响应性药物释放系统酶在生物体内具有高度的特异性，可以作为触发药物释放的信号。
温敏水凝胶在药物释放系统中的应用课件
在低温时聚合物链中亲水性链段和水分子之间的氢键 作用占主导地位, 聚合物因分子链呈伸展状态而形成网状 结构, 水分子分散于网络结构中呈溶胀状态;
随着温度的升高, 聚合物链中亲质子链段间的亲质子性 作用增强而氢键作用减弱, 综合作用体现为网络结构收缩 水分子被挤出, 凝胶收缩.
注：TC为相变温度
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
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二、温敏水凝胶的性质（以PNIPAAM为例）
定义：温敏水凝胶是由亲水性聚合物形成的网络结构,这 种凝胶的溶胀和收缩强烈依赖于温度, 当环境温度发生微 小变化时, 水凝胶的体积会随之发生变化, 当达到并超过某 临界区域时, 其体积会发生突跃式变化。这一现象称为凝 胶的体积相转变, 相应的温度称为相转变温度。
文档仅供参考，不能作为科学依据，请勿模仿；如有不当之处，请联系网站或本人删除。
三、温敏水凝胶在药物控释系统中的作用机理
➢ 释放方式：
亲质子性药物被包埋于溶胀的水凝胶后, 在环境温度>LCST ,水 凝胶发生收缩后向外排水, 同时将药物派出到环境中, 表现为 Fickian 扩散机理。
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二、温敏水凝胶的性质（以PNIPAAM为例）
• 目前，聚（N-异丙基丙烯 酰胺）（PNIPAAM）的研 究应用得到关注。
• PNIPAAM水凝胶具有温敏 性，是因为水介质中的 PNIPAAM分子链在32℃附 近发生亲水性疏水性的反转 ，这个温度被称为低临界溶 解温度（LCST）.
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随着温度的升高, 聚合物链中亲质子链段间的亲质子性 作用增强而氢键作用减弱, 综合作用体现为网络结构收缩 水分子被挤出, 凝胶收缩.
注：TC为相变温度
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二、温敏水凝胶的性质（以PNIPAAM为例）
定义：温敏水凝胶是由亲水性聚合物形成的网络结构,这 种凝胶的溶胀和收缩强烈依赖于温度, 当环境温度发生微 小变化时, 水凝胶的体积会随之发生变化, 当达到并超过某 临界区域时, 其体积会发生突跃式变化。这一现象称为凝 胶的体积相转变, 相应的温度称为相转变温度。
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三、温敏水凝胶在药物控释系统中的作用机理
➢ 释放方式：
亲质子性药物被包埋于溶胀的水凝胶后, 在环境温度>LCST ,水 凝胶发生收缩后向外排水, 同时将药物派出到环境中, 表现为 Fickian 扩散机理。
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二、温敏水凝胶的性质（以PNIPAAM为例）
• 目前，聚（N-异丙基丙烯 酰胺）（PNIPAAM）的研 究应用得到关注。
• PNIPAAM水凝胶具有温敏 性，是因为水介质中的 PNIPAAM分子链在32℃附 近发生亲水性疏水性的反转 ，这个温度被称为低临界溶 解温度（LCST）.
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智能药用高分子材料
Tankertanker Design
班级： 学号：
姓名：
高分子材料
Tankertanker Design
高分子材料。
外界环境刺激因素有：
温度、pH、压力、声波、离子、电场、溶剂和磁 场等，对这些刺激因素产生有效响应的智能高分 子物质自身性质，如相、形状、光学、力学、电 场、表面积、反应度和识别性能等随之变化。
Tankertanker Design
Tankertanker Design
目录 CONTENTS
智能高分子凝胶
可生物降解的聚酯类
缓释抗肿瘤药物能延长药物在肿瘤细胞
内的停留时间，减慢肿瘤的生长，与游离药物 相比，延长了肿瘤患者的存活时间。
Tankertanker Design
Tankertanker Design
半合成的智能高分子材料
Tankertanker Design
作为药物载体的半合成高分子材料多系纤维素衍生物，其 特点是毒性小、黏度大和成盐后溶解度增大。 囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖 纤维素类衍生物作为药用辅料，在缓释药物制剂的生产和 开发中具有非常重要的作用，己广泛应用在各种药物的载体， 控制药物在人体内的释放速率。即要求在一定的时间范围内按 设定的速率在体内缓慢释放，以达到有效治疗的目的。 囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖囖 采用适宜的纤维素类衍生物辅料与工艺将药物制成缓释制 剂，可增加药物吸收程度、稳定血药浓度、降低毒副作用、减 少服药次数、提高药效，并力求以最小剂量发挥最大疗效。
Tankertanker Design
Tankertanker Design
Tankertanker Design
天然智能高分子材料
[医学]药物释放体系研究
![[医学]药物释放体系研究](https://img.taocdn.com/s1/m/cbbe1b47a76e58fafab0039a.png)
琼脂
琼脂主要是由琼脂糖和琼脂果胶组成，而琼脂糖是由 D一半乳糖3，交替组成的直链多糖，是理想的实验材料和 高分子药物载体材料。
丝素蛋白膜
丝素作为药物载体，采用溶剂蒸发法和冷冻干燥法制 备含药物的丝素膜(下称药膜)。
采用体外释放法将药膜置于一定pH值的溶液中释放， 用紫外及可见分光光度法测定释放液中的药物含量，以研 究药膜中药物的释放性能。
高分子药物控制释放体系的特点
药物释放到环境中的浓度比较稳定 能十分有效地利用药物 能够让药物的释放部位尽可能接近病源，提高了药效，避
免发生全身性的副作用 可以减少用药次数
高分子药物控制释放体系的分类
按 生物降解 硅脂肪族聚酯类
降
解
方
式 分
非生物降解 橡胶、乙稀、醋酸乙烯
共聚物、聚氨酯弹性体等
天然型高分子载体
天然高分子一般具有较好的生物相容性和细胞亲Байду номын сангаас性， 因此被用做高分子药物载体材料。
目前，作为药物载体的天然生物降解性高分子主要有： 壳聚糖、海藻酸、琼脂、纤维蛋白和胶原蛋白等。
壳聚糖一海藻酸钠微囊的制备
采用乳化法制备，可注射用壳聚糖一海藻酸钠微囊。 用牛血清白蛋白作为模型药物，其在微囊中的包埋率可超 过5O% 。通过壳聚糖在海藻酸钠微囊表面的复合，牛血清 白蛋白从微囊中的持续释放时间从几个小时延长到半个月 以上。
药物控制释放载体分子结构的降解设计
本体降解材 料的设计
特征：内外同时，随机进行，降 解速率与体积有关，分子量变大 失重、水渗透快
影响因素：分子量、环境(pH 和 温度等)，释药动力学为一级
表面降解材料 的设计
释药行为：高分子载体降解溶 蚀与药物释放同步进行，直至 整个系统消耗殆尽的过程
智能高分子及水凝胶的响应性及其应用
智能高分子及水凝胶的响应性及其应用一、本文概述随着科技的飞速发展，智能高分子及水凝胶的响应性及其应用已经引起了全球科研人员的广泛关注。
智能高分子，作为一类具有特殊响应性能的高分子材料，能够在外部刺激下发生可逆或不可逆的物理或化学变化，从而展现出独特的性质和功能。
水凝胶，作为一种特殊的智能高分子，能够在水溶液中吸收并保持大量水分，同时保持其三维网络结构。
智能高分子及水凝胶的响应性使得它们在许多领域，如药物传递、生物传感器、组织工程、环境治理等，具有广泛的应用前景。
本文旨在全面介绍智能高分子及水凝胶的响应性及其应用。
我们将对智能高分子及水凝胶的基本概念、分类和性质进行阐述，以便读者对它们有一个清晰的认识。
接着，我们将深入探讨智能高分子及水凝胶的响应机制，包括温度响应、pH响应、光响应、电响应等，以及这些响应机制在实际应用中的优势与挑战。
我们将详细介绍智能高分子及水凝胶在药物传递、生物传感器、组织工程、环境治理等领域的应用案例，展望其未来的发展趋势。
通过本文的阅读，我们期望读者能够对智能高分子及水凝胶的响应性及其应用有一个全面而深入的了解，同时也为相关领域的科研人员提供有益的参考和启示。
二、智能高分子的响应性智能高分子，作为一种新型的功能高分子材料，其最显著的特征在于其独特的响应性。
这种响应性源自高分子链上的特定官能团或结构，使其能在外界环境刺激下发生物理或化学性质的变化。
这些刺激源广泛而多样，包括温度、pH值、光照、电场、磁场以及化学物质等。
温度响应性高分子是最常见的智能高分子之一。
这类高分子通常含有温敏性基团，如聚(N-异丙基丙烯酰胺)（PNIPAM），其在低于最低临界溶解温度（LCST）时呈现亲水性，而在高于LCST时则转变为疏水性。
这种温敏性质使得这类高分子在药物控释、生物传感器和智能纺织品等领域具有广泛的应用。
pH响应性高分子则能在不同pH值环境下发生性质变化。
这些高分子通常含有可电离的基团，如羧基、氨基等，其电离状态随pH值的变化而变化，从而改变高分子的溶解性、电荷状态和亲疏水性。
智能高分子材料在智能给药系统中的应用
物、 刺激响应型聚 合 物、 环 境 敏 感 型 聚 合 物， 是一种 能感觉周围环境 变 化， 而且针对环境的变化能采取 响应对策的高分子材料。外 界环境 刺 激 因素 有：温 度、 压力、 声波、 离子、 电 场、 溶 剂 和磁 场 等， 对这 6E、 些刺激因素产生有效响应的智能高分子物质自身性 质， 如相、 形 状、 光 学、 力 学、 电 场、 表 面 积、 反应速度 和识别性能等随之变化。智能高分子材料作为智能 材料的一种已在生物医学、 智能给药系统、 化学转换 器、 记 忆 元 件 开 关、 传 感 器、 人 造 肌 肉、 化 学 存 储 器、
［ #:］
。智能高分子
凝胶在温度感应型、 血糖感应型、 磁感应 89 感应型、 型、 分子识别型、 光 敏 感 型、 电压敏感型一系列智能 化给药系统 中 得 到 了 广 泛 的 应 用
［ ; — ##］
。 其 中 有 !5
异丙基丙烯酰胺 （ <=1<> ） 、 甲基丙烯酸 （ ?>> ） 、 甲基 丙烯酸 5!5 羟基乙酯 （ 9@?>） 、 丙烯酸 （ >>） 、 聚乙 烯 醇 （ <A>） 、 异丁烯酸甲酯 （ ??> ） 、 聚乙二醇 （ <@B ） 、 聚 丙烯酰 胺 （ <>>0） 、 聚乙烯基吡咯烷酮 （ <A< ） 、 甲基 丙烯酸二甲氨基乙酯 （ 2?>@?>） 等。 研 究 的途 径 是 通过 ! 5 异丙基丙烯酰胺与其它单体 交 联 聚合、 接枝 共聚和互穿网络 等 方 式， 形 成 均 聚 物、 共 混 物、 接枝 共聚物、 嵌段共 聚 物、 互穿聚合物网络 （ 1<= ） 双重或
结合了阳离子化明胶的dna质粒加强了基因表达延长了基因表达的时间期限实现了dna展望由于智能高分子材料在结构上的复杂性和多样性可以在分子结构包括支链结构聚集态结构共混复合界面和表面甚至外观结构等诸多方面或单一或多种结构综合利用来达到高分子材料的某种智能化实现药物释放的智能化
高分子材料第三章第五节智能高分子凝胶
电场
有些凝胶的溶胀行为会因特定物 质（如糖类）的刺激而发生突变， 例如药物释放体系可依据病灶引 起的化学物质（或物理信号）的 变化进行自反馈，通过凝胶的溶 胀与收缩调控药物释放的通、断。 另外，可在相转变附近将生理活 性酶、受体或细胞包埋入凝胶中， 使其在目标分子等近旁诱发体积
相转变而起作用。
化学物质
高分子凝胶是由三维网络结构（交联结构）的高聚物和溶胀剂组成的， 网络可以吸收溶胀剂而溶胀。根据溶剂的不同，凝胶又分为高分子水凝 胶和高分子有机凝胶。智能高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质 可以随外界环境改变而变化的高分子凝胶。当这种凝胶受到环境刺激时 其结构和特性（主要是体积）会随之响应，如当溶剂的组成、pH值、离 子强度、温度、光强度和电场等刺激信号发生变化时，或受到特异的化 学物质的刺激时，凝胶的体积会发生突变，呈现体积相转变行为（溶胀 相—收缩相）。即当凝胶受到外界刺激时，凝胶网络内的链段有较大的 构象变化，呈现溶胀相或收缩相，因此凝胶系统发生相应的形变；一旦 外界刺激消失时，凝胶系统有自动恢复到内能较低的稳定状态的趋势。
pH值
电活性凝胶是其溶胀易受电场（或电流）影响的凝胶。此类刺激响应凝胶是由交联聚 电解质（分子链上带有可离子化基团的高聚物）网络组成，在此类凝胶中，荷电基团 的抗衡离子在电场中迁移，使凝胶网络内外离子浓度发生变化，导致凝胶体积或形状 改变。例如聚[(环氧乙烷—共—环氧丙烷)—星形嵌段—聚丙烯酰胺]／交联聚丙烯酸 互穿网络聚合物凝胶，在碱性溶液(NaOH和Na2CO3)中经非接触电极施加直流电场时， 试样弯向负极。
凝胶光栅
02
刺激响应聚合物和生物大分子（如抗体蛋白酶、A蛋白质、细胞 色素）以及链霉素偶联将使
P.S. Stayton、Chen Guohua和A.S. Hoffman等合成了一种蛋白 质链霉素突变体（N49C）。在此N49C链霉素突变体中聚合物偶 联位点邻近生物素结合口袋的外缘，半胱氨酸于49位为天冬酰 胺所取代。为使温度响应性聚异丙基丙烯酰胺与49位的半胱氨 酸的疏基有效偶联，他们合成了乙烯砜（VS）端基的PNIPAM衍 生物（VS—PNIPAM），并以三（2—羧乙基）膦为二硫化物还原 剂使VS—PNIPAM和N49C链霄素在pH=7.0的磷酸盐缓冲液中偶联， 然后再将此偶联物固定化在多孔聚四氟乙烯膜上。
有些凝胶的溶胀行为会因特定物 质（如糖类）的刺激而发生突变， 例如药物释放体系可依据病灶引 起的化学物质（或物理信号）的 变化进行自反馈，通过凝胶的溶 胀与收缩调控药物释放的通、断。 另外，可在相转变附近将生理活 性酶、受体或细胞包埋入凝胶中， 使其在目标分子等近旁诱发体积
相转变而起作用。
化学物质
高分子凝胶是由三维网络结构（交联结构）的高聚物和溶胀剂组成的， 网络可以吸收溶胀剂而溶胀。根据溶剂的不同，凝胶又分为高分子水凝 胶和高分子有机凝胶。智能高分子凝胶是其结构、物理性质、化学性质 可以随外界环境改变而变化的高分子凝胶。当这种凝胶受到环境刺激时 其结构和特性（主要是体积）会随之响应，如当溶剂的组成、pH值、离 子强度、温度、光强度和电场等刺激信号发生变化时，或受到特异的化 学物质的刺激时，凝胶的体积会发生突变，呈现体积相转变行为（溶胀 相—收缩相）。即当凝胶受到外界刺激时，凝胶网络内的链段有较大的 构象变化，呈现溶胀相或收缩相，因此凝胶系统发生相应的形变；一旦 外界刺激消失时，凝胶系统有自动恢复到内能较低的稳定状态的趋势。
pH值
电活性凝胶是其溶胀易受电场（或电流）影响的凝胶。此类刺激响应凝胶是由交联聚 电解质（分子链上带有可离子化基团的高聚物）网络组成，在此类凝胶中，荷电基团 的抗衡离子在电场中迁移，使凝胶网络内外离子浓度发生变化，导致凝胶体积或形状 改变。例如聚[(环氧乙烷—共—环氧丙烷)—星形嵌段—聚丙烯酰胺]／交联聚丙烯酸 互穿网络聚合物凝胶，在碱性溶液(NaOH和Na2CO3)中经非接触电极施加直流电场时， 试样弯向负极。
凝胶光栅
02
刺激响应聚合物和生物大分子（如抗体蛋白酶、A蛋白质、细胞 色素）以及链霉素偶联将使
P.S. Stayton、Chen Guohua和A.S. Hoffman等合成了一种蛋白 质链霉素突变体（N49C）。在此N49C链霉素突变体中聚合物偶 联位点邻近生物素结合口袋的外缘，半胱氨酸于49位为天冬酰 胺所取代。为使温度响应性聚异丙基丙烯酰胺与49位的半胱氨 酸的疏基有效偶联，他们合成了乙烯砜（VS）端基的PNIPAM衍 生物（VS—PNIPAM），并以三（2—羧乙基）膦为二硫化物还原 剂使VS—PNIPAM和N49C链霄素在pH=7.0的磷酸盐缓冲液中偶联， 然后再将此偶联物固定化在多孔聚四氟乙烯膜上。
纳米药物与智能释放技术
智能释放技术的药物传递系统
智能释放技术的研究现状和发展趋势
1.智能释放技术已成为药物传递领域的研究热点之一。 2.未来智能释放技术将更加注重个性化治疗和精准医疗，以满 足患者的不同需求。
智能释放技术的挑战和前景
1.智能释放技术仍面临着一些挑战，如生物相容性、安全性等 方面的问题。 2.随着技术的不断进步和发展，智能释放技术在未来有着广阔 的应用前景和市场潜力。
▪ 纳米药物的挑战
1.安全性问题：纳米药物的生物安全性需要得到充分评估，以确保其对人体没有潜在的危害。 同时，需要研究纳米药物在体内的作用机制，以避免可能出现的副作用。 2.生产成本高：纳米药物的制备需要高精度的设备和技术，导致生产成本较高，限制了其广泛 应用。因此，降低生产成本是当前面临的挑战之一。 3.法规监管：纳米药物作为一种新型的药物形式，需要建立相应的法规监管体系，以确保其质 量和安全。同时，需要加强纳米药物的研究和开发，推动其临床应用的进程。
智能释放技术的原理及应用
▪ 智能释放技术的应用范围
1.智能释放技术广泛应用于医药、生物工程、化学化工等领域。 2.智能释放技术可以提高药物的治疗效果和降低毒副作用，有望成为未来药物研发的重要方向 。
▪ 智能释放技术的制备方法
1.智能释放技术的制备方法包括物理法、化学法和生物法等。 2.不同方法制备的智能释放系统具有不同的特点和适用范围。
1.随着纳米技术、生物技术等领域的不断发展，智能释放技术 的未来将更加广阔和深远。 2.未来研究将更加注重智能化、精准化和个体化，以满足不同 患者的需求。 3.智能释放技术将与其他技术手段相结合，形成更加完整和高 效的治疗体系，为人类健康事业做出更大贡献。
纳米药物与智能释放技术
纳米药物与智能释放技术的发展前景
构建纳米材料用于智能药物释放的步骤
构建纳米材料用于智能药物释放的步骤近年来，纳米技术在医学领域的应用引起了广泛的关注。
纳米材料能够通过其特殊的物理和化学性质，为智能药物释放提供新的途径。
构建纳米材料用于智能药物释放是一项复杂而重要的任务。
本文将介绍构建纳米材料用于智能药物释放的关键步骤。
第一步：选择合适的纳米材料选择合适的纳米材料是构建纳米药物释放系统的基础。
纳米材料应具备良好的生物相容性和生物降解性，以避免对人体产生不良影响。
常用的纳米材料包括聚合物、金属氧化物和纳米粒子等。
根据所需的药物释放方式和目标组织的特点，选择适当的纳米材料是至关重要的。
第二步：纳米材料的制备纳米材料的制备是构建智能药物释放系统的关键步骤之一。
常见的纳米制备技术包括溶剂沉淀法、微乳液法和胶体化学方法等。
通过合适的制备技术可以控制纳米材料的粒径、形态和表面性质等，以满足药物的包载和释放需求。
此外，纳米材料还可以通过表面修饰来增加其在生物体内的特异性靶向性，以提高药物的疗效和降低毒副作用。
第三步：药物的包载药物的包载是纳米材料用于智能药物释放的核心过程。
将药物高效地包裹在纳米材料中，可以提高其稳定性和抗降解性。
常用的药物包载方法包括物理吸附、共价键结合和包封等。
合适的包载方法应考虑药物的性质以及纳米材料的特点，并确保药物的稳定性和释放效率。
第四步：智能药物释放机制的设计智能药物释放系统的设计是构建纳米材料用于智能药物释放的关键一步。
通过选择合适的智能释放机制，可以实现药物的特定释放时间、速率和位置控制。
常用的智能释放机制包括pH响应、温度响应、酶刺激和外界刺激等。
根据药物的特性和治疗需求，设计符合特定条件下的释放机制，能够提高药物疗效和治疗安全性。
第五步：体外和体内性能评价构建纳米材料用于智能药物释放的最后一步是对系统进行体外和体内性能评价。
体外性能评价可以通过测量纳米药物释放系统的稳定性、药物包载率和药物释放速率等指标来评估。
体内性能评价包括药物的生物分布、药物释放时间和药物疗效等。
智能高分子材料在智能给药系统中的应用
智能高分子材料在智能给药系统中的应用
张浩
【期刊名称】《科技创新与应用》
【年(卷),期】2013(000)006
【摘要】材料是现代科技生存与发展的基础。
智能给药系统作为一种新型给药系统，应用前景很可观，所以本文将系统阐述智能高分子材料的发展现状，并重点分析其在智能给药系统中的应用情况，希望能为在这方面有研究需要的人员提供一定理论参考依据。
【总页数】1页(P22-22)
【作者】张浩
【作者单位】西北民族大学化工学院，甘肃兰州 730030
【正文语种】中文
【相关文献】
1.智能高分子材料在智能给药系统中的应用
2.智能高分子材料在智能给药系统中的应用
3.智能水凝胶在给药系统中的应用
4.壳聚糖及其衍生物在智能给药系统中的应用
5.多重刺激响应智能材料在智能给药系统中的应用
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