2011年第5期化学教育
糖敏胰岛素自动控制释放系统设计活动
尹博远王明召”
摘要设计7一项高中化学探究活动，…导学生探究精敏智能木凝胶的结构、功能与原理．并
尝试设计基干耱敏水凝胶的胰岛素自动控制释放最统。
关键词高中化学探究活动椿敏水凝胶自动控制胰岛素糖最病
l糖敏水凝胶的性质与结构
糖尿瘸是一种严重危害人类健埭的疾病．H前
的主要袷疗手段是利用曲物胰岛素来控制血糖水
平．…，通常采用定时注射或口服的传统给药方法．这
不仅麻烦．还币够精确，只能大致控制血糖水平。脱
在有这样一种思路：使用某衅化学物质作为药物载
体硎坍载体的特性来实现药物的自动掩制释放．即
当血糖浓度升高时药物释放量增大．当血糖浓度降
低时药物释放量减小或停止秆破，
水凝胶是一类具有=维阿络结构的高分子。
有些水凝胶的某些件质(如体积、渗透性等)叮随着
环境条件(温度、pH、化学物质浓度等)的改变而改
变．林为智能水凝胶ol。其巾，性质随温度变化的叫
做温敏水凝胶，性质随精浓度变化的称为糖敏水凝
胶。智能水凝胶具有广阔的应H{前景，其巾包括用
于药物控制释放系统iJ。
糖敏水凝腔通常由起立撑作用的高分子链和镶
嵌其上的活傩基啊组成。例如，雄硼酸基刊(PBA)
糖敏水凝胶的主链是聚异内甚内烯酰胺，酒性基明
是苯硼酸摹(见图】】。
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目I■}《±$日目l目#■自t∞E蘑E
PBA水凝腔中．多条高分子链相互缠结，形成
具有大量空隙的三维网状结构。通常把水凝胶做成
微球，以便在外界条件改变时取得较好的响应速度。
如图2所示，当葡萄糖浓度增大时．PBA水凝腔的
体积增大“，高分子链问空隙增大．小分子较容易进
出水凝胶球。反之水凝胶体积减小．小分于通过能
力降低。正是这种“智能”的特性使得糖敏水凝胶成
为药物控制释放系统的重要药物载体。
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∞2PBAg}§＆＆##§i|目
2糖敏水凝胶为何能响应葡萄糖浓度的
变化
为什么葡萄糖浓度的变化会促使水凝胶高分子
链的削距改变，是什么力量在其中起作用，
笨硼酸基团中的硼原子没有达到8fnr稳定结
构．倾向干通过配位键结台1个氢氧根离子。所形
成阴离于与葡萄糖具有较强的结合能力，nf与葡曲
糖分子的2个羟基成键．如图1所示。1衰反应的逆
过程也可发生。
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喀燃膨髓
万方数据
如刚1所示，当环境中葡萄枯浓度51高时-离F
态的苹硼酸基团+j甫i萄糖结合J目戍复合物．平衡州
朽移动，同时也促使分子态的苯删酸基用转化为离
子巷。“。结粜更多的苯硼酸肇剐带I。IU筒．高分
r链删的同性电荷密度增大，彼此之问排斥山增大，
水凝腔膨胀．高分f链词趾增大，如图3所示．药物
分子更容易通过，厦之亦然。黪蒋簇
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设·f精破水凝胶还有其他思路。观察刚3可以
发现，苯硼酸基团是与葡萄糖t的2个顺他(相邻且
同侧)的羟基结合．而拥有』M他双羟驰结构的物质不
止|6Ij曲精一种．这使科学家在殴汁时啊了更多的选
择。有衅科学家利崩了多羟藁物质来设计新型糖敏
水凝胶。2…．他们使用的足聚乙烯醇。
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韧始状态，由于水凝胶，|1添Ⅲ【r聚乙烯酵．丰H邻
的水凝腔高分子链可能被扎在一起，糕十水凝股处
于扎紧的状态，如图4左部所爪。加^葡萄糖后．葡
萄糖。J聚乙烯醇竞争j；I；=硼酸基Ⅲ似点!+部分高
分子链脱离聚乙烯醇的束缚．高分子链问距离增人-
药物分f皿容易透过，如图4打郎一i不．
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3基于糖敏水凝胶人胰岛素111动控制释放
系统设计
化学救行
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4拓展视野
4l电荷控制的糖敏水凝胶其他响应原理
基于电荷控制的糖敏水凝腔响应原理证4i；III朋
葡萄糖氧化酶(GOD)等’”。GOD型是在水凝胶
十加人葡萄糖毓化酶．使葡萄槠转化为葡萄糖酸。
_E1=境中葡萄精浓度越高，环境的plI越低。若高分
子骨架l含有氨基(NH：)．则氨摹会被质千化为
NH；．电倚崭度增大．链问斥力增大，吲此水凝胶
嘭胀。同理．若哿分子骨架J：台有艘酸报
(L、(x))．则高分子链上的电付会崮部分按腔根
转化为“)()H而被部分rl』和，链刷斥力减小．水凝
腔在高糖环境F收缩。
42两个利用其他响应原理的设计实倒
(1)大¨式结掏
川其他材料构成多孔骨架米存储药物，在孔附
近巾上槠敏水凝股，作为药物进j|1的大门，其作州原
理如图j所示：
此例利坩的是古冉羧酸根柏GOD捌糖敏水凝
胶。罔5的左部表爪血精较低时，水凝胶处r膨胀
态+堵#IT药物胰岛索州出的通路。图5的卉部表
小血特升高时．酶催化黼萄糖使pH降低．艘髓根被
质丁化，电荷晰度下降．水凝胶收缩让出通路，使胰
岛索-4以排卅而发挥作H{。
(2)复台结佝
糖敏水凝腔与其他高分f组合成药物载体微
球措救精化胰岛素药物。微球外罔址雎彳『孔的
商分子膜．7L的大小只能让葡萄糖和药物槠化胰岛
索出人．胰岛索水凝胶复合物通水过。环境中的
荷曲糖可以以t定速率把载体上的精化胰岛索交授
F束，帖化胰·‰索进而通过孔隙扩散．实现药物释
放．如l目6所小。。
(T转弟6页)
錾鲨￡署星‰匝
万方数据
·6·化学教育2011年第5期
化学中的智慧因素、用智慧统摄知识方面。
4．2培养创新型人才
当“创新是一个国家取得进步的不遏动力”成为
时代最强音，“自主知识产权”，“原创性”成为流行语
中关键词的背景下，社会对学校教育提出了现实要
求：培养学生的创新精神和实践能力应置于学校教
育的突出地位。长期以来由于我们对教育本质的误
解和教育功能的误用，招致了很大的失误。在教育
实践中的表现便是过分注重知识结论的授受；错把
考试这个用来诊断、总结、选拔的工具当成了教学的
化学教育的
本体功能
最终目的。一些能够在培育学生创新精神和实践能
力的过程中发挥重要作用的教学方法(如杜威的五
步教学法、布鲁纳倡导的发现法等)因费时耗力而不
用。化学是最富创新精神的学科，不仅应该，而且能
够在培养创新型人才中展现其功能。这个功能发挥
得如何取决于对化学教育功能的认识程度，也取决
于化学教育者的责任意识。
5结语
综上所述，化学教育功能系统如图1。
化学教育对学生
个体的作用
传递传逢彳七学钢1．1培育人文理性和搭、丰富人类文l————◆I辑莩适硅蒹蕃晶人l——◆
化1个。78“”“…“I
再
生t
化
学
知
识
丰
富
教
育
理
论
促
进
人
的
社
会
化
助
推
学
生
的
●——
般
发
展
图1化学教育功能系统
化学教育功能层次系统的确立，是化学教育实
践和教学理论高度自觉的产物。明确化学教育发挥
作用机制，既是教育实践的需要，也是化学教育基本
理论的基本内涵，从此化学教育实践对教学目的的
追求将从不知而行走向知而后行。
参考文献
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化学教育对
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图6复合结构示意图
参考文献
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万方数据
糖敏胰岛素自动控制释放系统设计活动
作者：尹博远，王明召，YINBoyuan，WANGMingzhao
作者单位：北京师范大学化学学院,100875
刊名：化学教育
英文刊名：CHINESEJOURNALOFCHEMICALEDUCATION
年，卷(期)：2011,32(5)
参考文献(7条)
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7.张拥军查看详情2009(05)
本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_hxjy201105001.aspx
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