生物可降解聚合物的发展概况

1、生物可降解聚合物的发展概况摘要：近年来随着石油资源的日益紧缺，导致塑料原料价格飞涨，尤其是随着可持续发展战略的深入人心，解决塑料材料与环保的协调发展问题愈加凸显。为了解决环境污染和能源危机，开发和研究生物可降解聚合物材料已经成为重要的途径。通过检索相关中英文文献，我对生物可降解聚合物的发展概况有了一定的了解，下面我将就其产生、应用、发展等方面做简要介绍。关键词：生物可降解 聚合物 应用 前景Abstract: With the increasing short supply of oil resources in recent years, the price of the raw mater

2、ials of plastic has gone up a lot, especially the peoples awareness of the sustainable development and the highlight of the problem that contradiction between materials and environment. In order to solve the problem of environment pollution and energy crisis, the research and development of biodegra

3、dable polymer materials has become an important way. Through search relevant documents in both Chinese and English, I have some learn of the development of biodegradable polymers.Keywords: biodegradable polymer use foreground一、生物可降解聚合物的简介通常所说的生物可降解高分子材料是指受到自然界中的生物，如细菌、真菌、藻类等，侵蚀后可以完全降解的高聚物。目前，使高分子材料被

4、微生物降解的途径主要有两种：一种是合成具有可以被微生物或酶降解的化学结构的大分子；另一种方法是培植专门用于降解通用塑料材料的微生物。后者受到了舆论界严厉地抨击，认为这将会导致物种不受控制的增长。因此,目前的研究方向主要还是以合成可降解材料为主。材料的结构是决定其是否可生物降解的根本因素。众所周知，合成高分子多为憎水性的，一般不能生物降解，只有能保持一定湿度的材料才有可能生物降解。含有亲水性基团的高分子可保持一定的湿度，宜生物降解，同时含有亲水和憎水基的聚合物生物降解性好。一般分子量大的材料较分子量小的更难生物降解；脂肪族聚合物比相应的芳香族聚合物容易生物降解；支化和交联会降低材料的生物降解性。

5、另外，材料表面的特性对生物降解也有影响，粗糙表面材料比光滑表面材料更易降解。二、生物可降解聚合物的应用在全球范国内, 生物可降解材料的发展和应用正呈方兴末艾之势。在很多领域都得到了广泛的应用。（一）在纺织行业的应用 在纺织行业, 采用可降解纤维、走对环境无污染的􀀁绿色纺织􀀁之路，将是必然趋势。纤维素纤维是地球上现存的最大量的有机物纤维, 主要有棉、麻、木材纤维等, 以植物的组织成分存在, 其中棉纤维是自然界中最纯净的纤维素。纤维素是由􀀁- 1, 4 葡萄糖单元重复连结而成的直链状高分子, 大分子中的一个六环糖上有3 个烃基, 从而使其具有高

6、的吸湿、吸水性。分子间规则的氢链结合使其形成结晶。但是天然纤维的品种不同, 其结晶形式也不同。一般来说结晶度低的再生纤维素的微生物分解性比结晶度高的天然纤维素要好。如棉粘纤维虽然薄, 但强度很大；醋酸纤维素纤维综合了纤维素酯与颜料的优点, 纤维素酯具有一个脱水葡萄糖单位的中等取代度, 而颜料起到光氧化催化的作用, 这些催化颜料加速了纤维素酯的分解, 使其具有生物可降解性；Lyocell 纤维生产过程无环境污染, 纤维具有很好的生物可降解性和良好的吸湿性、柔软性, 穿着十分舒适；。将这种甲壳素衍生物溶解在三氯乙酸/ 三氯甲烷混合液中制成纺丝液, 经湿法纺丝、拉伸完成纤维全部制作。（二）在组织工程

7、中的应用 在组织工程中，生物可降解高分子可用于几种生物可降解高分子支架材料和三维多孔可降解组织工程支架材料的制备。组织工程学是利用工程学和生命科学的原理和方法研究生物有机体的组织器官或其功能替代物的新兴交叉学科。材料科学的发展是组织工程的必要条件，也是组织工程学研究的一个重点内容，组织工程载体生物可降解高分子材料作为组织工程的平台或三维支架，不仅提供细胞生长的框架，使之形成特定的组织或器官形状，而且生物可降解高分子材料还作为细胞外基质成份之一，起着细胞间信号传导和相互作用的媒介功能，是组织细胞生长所必需的生物活性剂。理想的组织工程支架材料或细胞载体应具有以下条件：良好的生物相容性；适宜的生物降

8、解性；有效的表面活性；一定的可塑性；具有三维多孔结构。 如引导性组织再生材料，即用外科手术方法放置一物理屏障来分隔不同的组织, 其主要目的是建立一能使生物再生功能得到最大程度发挥的有利环境。作为合适的生物降解型引导性组织再生材料, 应当具有良好的弹性和生物相容性, 而材料降解时间与组织再生时间平衡及降解产物不会引起体内的不良反应。如神经导管、牙周诱导再生、压槽骨再生及其他组织再生材料可用引导性组织再生材料。生物可降解聚合物还可以用于颌骨骨折的固定；探讨应用聚羟基丁酸/ 聚羟基戊酸共聚物, 聚乙醇胺/ 聚乳酸共聚物构建组织工程心脏瓣膜的可行性, 将体外培养的犬主动脉瓣间质细胞分别种植于两种材料上

9、, 观察其生长情况并测定细胞合成前列环素的功能。结果表明细胞在两种材料上均生长良好, 并有合成、分泌前列环素的功能。两种材料均适用于组织工程心脏瓣膜支架材料此外，生物可降解聚合物在医学中还得到了其它应用和推广，如具有生物相容性并且能够生物降解的亲肤性聚氨酯黏胶适合于做伤口敷料, 其基本形态由多醇与二异氰酸酯配合而成的有双未端异氰酸基的预聚物。当遇到渗出的体液、血液等后, 聚氨酯系胶黏剂通过以高反应性异氰酸基为中心的复杂交联反应, 能在短时间内变成柔软的黏接力较大的弹性体状生成物；利用甲壳素及其衍生物制造的人造皮肤具有良好的组织相容性、成膜性、柔软性和一定的抗菌消炎作用, 促进伤口愈合作用，聚氨

10、酯等聚合物也可作伤口覆膜材料。（三）在包装工程中的应用 高分子材料在包装行业中的应用越来越多，但是大量废弃的包装材料给环境造成了巨大污染。只靠消极的减少使用量是不能根本解决问题的，只有采用降解性高分子才是可行的。目前，各种包装材料是聚乳酸最大、最有潜力的应用市场。聚乳酸阻气阻水性、透明性及可印刷性良好，且其基本原料乳酸是人体固有的生理物质之一，对人体无毒无害，在食品包装市场上大有用武之地。生物可降解聚合物在包装行业因其独特的优势而受到了不少商家的追捧，如可口可乐公司在盐湖城冬奥会上用了50 万只一次性杯子，全部是用聚乳酸塑料制成的，这些杯子只需40 天就可在露天环境下消失得无影无踪。2 0 0

11、 4年，美国CollegeFarm 牌糖果开始采用以生物降解聚乳酸树脂生产的包装薄膜，这种薄膜外观和性能与传统糖果包装膜(玻璃纸或双向拉伸聚丙烯膜) 相同，具有结晶透明性、极好的扭结保持性、可印刷性和强度，并且阻隔性较高，能更好地保留糖果的香味。聚乳酸生物降解聚合物在美国零售市场的消费正在扩大：美国沃尔玛连锁超市经过一年的试用之后，于2005年12月开始推广使用聚乳酸包装材料；特拉华州Monte 新鲜产品公司于2004 年底开始在其WildOats 市场采用聚乳酸包装材料；俄亥俄州的AveryDennison 公司也采用聚乳酸薄膜作为自粘性标签底膜。（四）在药学领域中的应用1、生物可降解聚合物

12、纳米粒给药载体 聚合物控制的药物释放就是利用天然或合成的生物可降解聚合物作为药物的载体或介质, 制成一定的剂型, 控制药物在人体内的释放度, 使药物按设计的剂量, 在要求的时间范围内以一定的速度在体内缓慢释放, 以达到治疗疾病的目的。生物可降解聚合物控制药物释放较传统的载药体系具独特优势: 长效、高效、低毒、靶向。根据聚合物载体材料对药物分子的作用以及药物释放体系的剂型设计可将聚合物控制的药物释放体系的控制机理分为物理过程控制-扩散; 化学过程控制-化学反应; 体外调节控制-溶剂活化。 生物可降解聚合物纳米粒用作疫苗、生长激素、胰岛素、抗肿瘤药、避孕药等药物载体的研究正广泛而深入的进行, 并且

13、许多药物正处在实验室及临床研究阶段。通过对聚合物纳米粒进行表面修饰可以大大延长药物在体内循环时间, 合成具有亲水性及亲脂性的新型嵌段聚合物可以成功地实现药物控释、靶向。根据降解速率、环境要求和药物性质对聚合物进行分子设计, 研究和开发高安全性、靶向化、智能化纳米粒制备技术和新型生物可降解材料是今后研究的方向。2、新型的可降解注射药物传递系统新型的可降解注射药物传递系统具有的优越性吸引了人们的兴趣, 如应用方便、特殊部位局部给药、可延长药物体内释放时间、降低体内药物剂量, 降低药物毒性、减少不良反应、提高患者顺应性等。以前研究的的传递系统有乳剂、脂质体、可生物降解微球以及胶囊等, 这些剂型已经被

14、证明具有一定的应用性, 但仍然存在一些问题, 需要进一步提高与改进。如乳剂在液体中易被破坏或不溶, 不能作为长效药物的选择。脂质体包封的药物在血循环中保留的时间, 多数要比游离药物长, 但由于脂质体在体内易被巨细细胞或其他细胞吞噬, 因此不能长时间保持有效治疗药物浓度。此外还有如药物稳定性、灭菌温度、较低的药物包封率等问题, 也限制了脂质体的应用。3、基因治疗载体生物降解聚合物微球具有自身稳定性好、化学结构和粒度大小可人为控制的优越性, 并可通过化学手段控制基因的释放速度。粒子表面用化学偶连或物理吸附等方法引入识别性分子, 使其具有识别靶细胞的能力,在细胞内聚合物逐步降解, 将DNA 直接释放

15、到细胞浆内。（五）目前综合性能最出色的环保材料 - 聚乳酸 自20 世纪60 年代以来，人们开始研究和开发生物可降解聚合物及其制品，以保护环境20 世纪90 年代末刚刚实现工业化的聚乳酸（Poly-lactic Acid，PLA）是其中最有发展前景的一种，它是一种真正的新型绿色高分子材料，也是目前综合性能最出色的环保材料。 聚乳酸在所有生物可降解聚合物中熔点最高、结晶度大、透明度极好，很适合做纤维、薄膜及模压制品等，加上它能够用于更新的资源合成，所以人们正把更多的注意力转移到其生物降解性能的研究利用聚乳酸在人体内可降解的特性，它在医用绷带、一次性手术衣、防粘连膜、尿布、医疗制成固定装置等方面的

16、应用，以及在农业、林业、渔业、园艺以至各种各类的日用品方面将具有日益广泛的应用前景。它是一种新型环境友好、具有生物功能的可降解性材料，同时聚乳酸的成功开发和应用，为解决资源短缺、生存环境保护及废弃物处理提供了一个非常好的方法由于聚乳酸是一种可完全生物降解脂肪族聚酯类高分子材料，在自然环境下，通过微生物、水等介质逐渐降解成小分子聚合物，并最终降解为对环境无害的二氧化碳和水聚乳酸的研究和开发有望为解决环境污染问题提供一条新的途径因此它被称为新型跨世纪的环保材料，而且迄今为止它是最名副其实的由人工合成的有机高分子“绿色产品”和“环保产品”。 聚乳酸作为一种无毒、无刺激性、具有优良生物相容性和生物降解

17、性的合成高分子材料，将成为取代以石油为来源的传统聚合物的新一代环境友好，新型绿色环保可生物降解的高分子材料。三、生物可降解聚合物的发展前景展望 生物降解塑料产业规模不断扩大的过程, 其实就是CO2 减排的过程, 可逐渐消除困扰全世界多年的温室效应和白色污染两大难题, 促进人类、经济与环境和谐发展。现生产降解塑料的主要国家有美国、意大利、德国、加拿大、日本、中国等，其中美国是开发降解塑料的主要国家之一。 生物降解塑料应用瓶颈正在打破。虽然从全球范围内看, 几年前就形成了生物降解塑料热, 但由于可生物降解塑料价格相对高昂、某些性能指标与传统塑料还有一定差距, 其市场接受度还不是很高。价格高是生物塑

18、料推广难的最主要原因, 尤其是在国际油价相对比较低的时候, 传统塑料的价格优势非常明显。现在, 国际油价长时间徘徊在百美元以上, 传统塑料的价格优势正在逐渐缩小, 寻找石油路线合成塑料替代品, 尤其是可循环利用的无污染材料的工作变得更为迫切, 这就为生物塑料提供了一个有利的市场支撑条件。其次, 生物塑料的耐高温性能不好, 很多生物塑料在50 55 􀀁 就会变形, 其应用领域和适用范围因此受到很大限制。 在推广的初始阶段, 生物塑料很需要政策的支持。一些发达国家采用的办法是, 政府出面规定商场和超市必须采用经PLA 等生物塑料改性、具有可降解性能的塑料薄膜制品, 这样的政府调节

19、行为对推动生物塑料产业和相关的传统塑料/ 生物塑料改性及其制品加工业的良性发展是十分必要的。生物可降解高分子材料的重要地位是不言而喻的，世界各国正在竭力开展研究和开发工作，并推广其应用，前景十分广阔。现在必须面对的挑战是：(1)降低成本。目前生物可降解高分子材料的价格要高于普通塑料价格的510 倍，不易推广； (2)材料的精细化。即根据具体需要调节其性能，如降解时间、生物相容性等等；(3)用新的方法合成新颖结构的生物可降解高分子材料；(4)对现有的生物可降解高分子材料进行改性，获取更好性能的高分子材料。总之，生物可降解高分子材料是一类极有前途的高分子材料，值得材料研究工作者为之奋斗。作为一名化

20、学专业的学生，我们现在应该做的就是努力学好专业知识，了解本专业发展的动向，积极培养自己的动手操作能力和获取信息、处理信息的能力，解决生活中的实际问题，并且为科研和教育事业好好努力奋斗。参考文献1. 刘丽娟.梁敏.石善海.马世尧.生物可降解聚合物在医药领域中的应用.中国医院药学杂志2006年第26卷第6期:730-732.2. 周华.牛海涛.郭秉臣.生物可降解非织造布及其应用.非织造布.第12卷第3期2004年9月:24-28.3. 杨秀英.封禄田.王晓波.张德庆.高志博. 新型绿色生物可降解高分子材料聚乳酸.高师理科学刊. 第29卷第2期2009 年3月:84-87.4. 钱伯章.朱建芳.生物

21、可降解塑料发展现状与前景.现代化工.第28卷第11期2008年11月:82-87.5. Recent developments with biodegradable polymers. Advanced Drug Delivery Reviews; Apr2003, Vol. 55 Issue 4, p445, 2p.6蔡机敏.生物可降解高分子的合成及其应用研究进展. 中国科技信息2008年第2期.7. 胡兴.邹国林.生物可降解聚合物纳米粒给药载体.氨基酸和生物资源Amino Acids& Biotic Resources 2003,25(2):52- 54.8. 王冬梅. 生物可降解聚合物在药用辅料方面的研究进展. 科技信息:90-91.9. 张清. 生物可降解聚合物作为非病毒基因载体的研究进展. 食品与药品Food and Drug 2009年第11卷第11期:61-64.10. Fonseca, Carla Polo.Rosa . Derval S. .Gaboardi, Flávia.Neves, Silmara. Development of a biodegradable polymer electrolyte for