The course is intended for advanced graduate and postgraduate students. It is aimed to provide knowledge of polymers in pharmaceutical preparations, and in electronics and photonics, as active materials for functional components. The basic terms, biochemical, biological and/or physical principles of phenomena as well as the molecular structure-to-properties relations are explained. Trends of polymer application, e.g., in gene therapy and molecular electronics are shown.
Last update: ZUSKOVA (06.02.2003)
Kurz je určen studentům vyšších ročníků magisterského studia a studentům doktorského studia. Seznamuje se základními typy polymerů pro farmaceutické, elektronické a optické aplikace, ve kterých polymer tvoří hlavní funkční složku. Vysvětluje základní pojmy a biochemické, biologické či fyzikální principy jevů a na příkladech aplikací objasňuje vztah mezi molekulární strukturou a funkčními vlastnostmi polymeru. Ukazuje současné trendy a možné cesty dalších aplikací např. v genové terapii či molekulární elektronice.
Literature - Czech
Last update: ZUSKOVA (07.02.2003)
J.R. Robinson and V.H.L. Lee (Eds): Controlled Drug Delivery, Fundamentals and Applications, 2nd editions, Marcel Dekker, Inc. New York, Basel, 1987.
A.J. Domb (Ed): Polymeric Site-Specific Pharmacotherapy, John Willey & Sons, Chichester, New York, Brisbane, Toronto, Singapore, 1994.
G. Molema and D.K.F. Meijer (Eds): Drug Targeting, Organ-Specific Strategies, Wiley-VCH, Weinheim, New York, Chichester, Brisbane, Singapore, Toronto, 2001.
Nalwa H.S.: Handbook of Organic Conductive Molecules and Polymers, Wiley, Chichester, 1997.
Hadziioannou, G., vanHutten P.F. (Eds.): Semiconducting Polymers, Wiley-VCH, Weinheim, 2000.
FUNCTIONAL POLYMERS AND POLYMER SYSTEMS FOR PHARMACEUTICAL APPLICATIONS.
Principles and basic concepts. Synthetic and natural polymers suitable for preparation of drug-release and drug-delivery systems. Biocompatibility and polymer - living body interactions, principles of biodegradation of hydrophilic and hydrophobic polymer materials and their targeted "tailoring".
Polymer systems for controlled drug release. Categories of systems for controlled drug release according to their chemical structure, aim of application and functional properties. Basic polymer systems for controlled drug release. Principles of design and preparation of the systems designed for protracted drug action - polymer oils and ointments, polymer-coated particles and capsules and polymer matrix systems for immobilisation of cells. Systems with membrane-controlled drug release and their use in transdermal delivery systems and plasters.
"Smart" or "intelligent" stimuli-responsive drug delivery systems, e.g., responsive to changes in enzyme concentration, pH, temperature or glucose level (in insulin-releasing systems) in the living body.
Micro- and nanoparticles as well as micelles and liposomes as drug-release and organ- or cell-specific targeted drug delivery systems. Water-soluble drug carriers for site-specific therapy, anti-cancer drugs and the EPR effect (enhanced permeability and retention) in cancer therapy. ADEPT (antibody-dependent enzyme prodrug therapy) systems in drug delivery. IPEC (interpolyelectrolyte complexes) and polymer-coated viruses as vectors in gene delivery and gene therapy.
FUNCTIONAL POLYMERS FOR ELECTRONICS AND PHOTONICS.
Conductive polymers and composite polymer materials, supraconductivity, polymers for antistatic coating and packaging, ionic conductivity, organic electrochemical batteries. Generation, transport and trapping of free charge carriers in polymers. Electronic excitations in polymers (excitons, polarons, solitons). Polymer based plastic solar cells, polymers in xerography and laser printing. Polymer electrets for acoustic transducers, piezo- and pyroelectric polymers, organic field-effect transistors.
Polymers in photonics. Polymer waveguides, nonlinear optics, electro-optic modulators, fast holography, optical memories, doublers, phase-conjugated mirrors, photorefractive materials. Polymer light-emitting diodes and lasers, electrochromic displays and smart windows, electrical and optical sensors (ion-selective field-effect transistors, optical waveguide sensors).
Preparation of active polymer structures. pi-Conjugated and sigma-conjugated polymers, donor-acceptor molecular systems, charge-transfer complexes, ion-radical salts. Polymer thin films, oriented and amorphous organic structures, liquid crystals, sandwich structures. Methods of polymer thin film preparation (Langmuir-Blodgett method, doctor-blading technique, spin coating, molecular epitaxy, chemisorption plasma and electrochemical polymerization) and methods of their characterization (scanning tunneling microscopy, transmission electron microscopy, atomic force microscopy, X-ray photoelectron spectroscopy).
Basic concepts in molecular electronics. Self-organizing molecular structures, anisotropic intermolecular interactions, one-dimensional molecular wires, molecular transistors, molecular diodes and diode arrays, molecular switches, memory based on hierarchic molecular systems.
Last update: ZUSKOVA (07.02.2003)
FUNKČNÍ POLYMERY A POLYMERNÍ SYSTÉMY VE FARMACII.
Základní pojmy. Základní typy syntetických i přírodních makromolekul vhodných pro přípravu polymerních léčiv a lékových forem, interakce polymerů s živým organismem, možnosti eliminace polymerů z živého organizmu, principy biodegradace hydrofobních i hydrofilních polymerních materiálů a možnosti jejich cílené přípravy.
Polymery pro řízené uvolňování léčiv. Dělení systémů pro řízené uvolňování léčiv podle chemické povahy, místa aplikace a funkce. Základní polymerní systémy umožňující řízené uvolňování léčiv a možnosti ovlivňování rychlosti tohoto uvolňování. Principy přípravy a funkce systémů umožňujících protrahované působení léčiv připravených na bázi polymerních olejů a mastí, polymerních potahovaných částic a kapslí, matricových systémů a materiálů umožňujících imobilizaci buněk. Systémy s řízeným uvolňováním léčiv přes polymerní membránu a jejich použití pro přípravu transdermálně aplikovatelných náplastí. "Chytré" systémy pro řízené uvolňování léčiv reagující na podněty přicházející z organizmu, jako je např. měnící se koncentrace různých látek a enzymů (uvolňování insulinu v závislosti na koncentraci glukózy v krvi), změny pH prostředí nebo změny teploty. Mikročástice, nanočástice, micely a liposomy jako systémy pro uvolňování léčiv i jako systémy pro cílený transport léčiva k orgánům a nebo specifickým buňkám v živém organismu. Vodorozpustné polymerní nosiče pro cílenou dopravu léčiv, protinádorová léčiva a principy EPR efektu (enhanced permeation and retention) při léčbě rakoviny polymerními léčivy. Terapie pomocí systémů ADEPT (antibody dependent enzyme prodrug therapy) a nové poznatky získané při vývoji syntetických polymerů jako nosičů genové informace (genová terapie pomocí IPEC komplexů, modifikované virální systémy).
FUNKČNÍ POLYMERY A ORGANICKÉ MOLEKULÁRNÍ SYSTÉMY PRO ELEKTRONIKU A FOTONIKU.
Elektricky vodivé polymery a polymerní kompozitní materiály, supravodivost, antistatické polymery, organické elektrochemické články, iontová vodivost. Generace, transport a záchyt nosičů náboje v polymerech. Elektronové excitace v polymerech (exciton, soliton, polaron). Polymerní solární články, polymery pro xerografii a laserové tiskárny. Polymerní elektrety pro elektroakustické měniče, piezo- a pyroelektrické látky, organické tranzistory řízené elektrickým polem (FET).
Polymery ve fotonice. Polymerní světlovody, nelineární optické jevy v polymerech, elektro-optické modulátory, rychlá holografie, optické paměti, optické zdvojovače, fázově konjugovaná zrcadla, fotorefraktivní materiály. Polymerní elektroluminiscenční diody a lasery, elektrochromní displeje a "chytrá okna", elektrické a optické polymerní senzory.
Příprava aktivních struktur. Pi- a sigma-konjugované polymery, donor-akceptorové molekulární systémy, komplexy s přenosem náboje, ion-radikálové soli. Polymerní tenké vrstvy, uspořádané a amorfní organické struktury, kapalné krystaly, sendvičové struktury. Příprava polymerních tenkých vrstev (metoda Langmuira-Blodgettové, "doctor-blading", rotační nanášení, chemisorpce, molekulární epitaxe, plazmová a elektrochemická polymerace) a metody jejich charakterizace (STM, TEM, AFM, XPS).
Základní myšlenky molekulární elektroniky. Anizotropní mezimolekulární interakce, jednodimenzionální molekulární systémy, molekulární tranzistor, dioda a diodové pole, molekulární spínač, paměti z hierarchických molekulárních struktur.
