生物可降解材料

1、生物可降解材料主講人：雷雪2022/8/31無(wú)機(jī)生物材料Contents生物降解材料概況1生物降解材料的種類與性能2生物降解材料的降解機(jī)理3生物降解材料的應(yīng)用范圍4面臨的問(wèn)題和解決辦法6生物降解材料發(fā)展趨勢(shì)522022/8/31無(wú)機(jī)生物材料生物降解材料概況 生物降解材料是20世紀(jì)80年代后隨著環(huán)境、能源等矛盾的凸顯而發(fā)展起來(lái)的新型材料，作為一種可自然降解的材料，在環(huán)保方面起到了獨(dú)特的作用，其研究和開(kāi)發(fā)已得到迅速發(fā)展，作為解決“白色污染”最為有效的途徑，已引起環(huán)境專家、材料學(xué)家及更多領(lǐng)域人士的關(guān)注。 據(jù)美國(guó)ASTM（材料和實(shí)驗(yàn)協(xié)會(huì)）定義：生物降解材料是在細(xì)菌、真菌、藻類等自然界存在的微生物作用下

2、能發(fā)生化學(xué)、生物或物理作用而降解或酶解的高分子材料。32022/8/31無(wú)機(jī)生物材料生物降解材料的種類與性能主要包括聚-羥基丁酸酯(PHB)、聚羥基戊酸酯等，它們同屬于聚羥基烷酸酯(PHA)。其中，聚羥基丁酸是低毒材料，目前已被用于藥物控釋、縫合線和人工皮膚等。大多是在分子結(jié)構(gòu)中引入酯基的脂肪族聚酯，其制備方法主要包括縮合聚合和開(kāi)環(huán)聚合。由生物體內(nèi)提取或自然環(huán)境中直接得到的一類大分子，具有良好的生物相容性和可降解性，但機(jī)械性能較差。天然高分子可降解材料微生物合成的可降解材料人工合成可降解材料按照結(jié)構(gòu)與組成，可分為天然蛋白質(zhì)、多糖及其衍生物，此外還包括一些生物合成聚酯。典型的蛋白類、多糖類物質(zhì)及

3、其衍生物有膠原、膠、環(huán)糊精、淀粉、葡聚糖、殼殼糖、透明質(zhì)酸、纖維素、海藻酸衍生物、硫酸軟骨素和肝素等。但高分子量的聚酯，只能通過(guò)開(kāi)環(huán)聚合方法合成，因?yàn)榭s聚反應(yīng)受反應(yīng)程度和反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的水的影響，很難獲得高分子量的產(chǎn)物。目前已開(kāi)發(fā)的主要產(chǎn)品有聚乳酸(PLA)、聚己內(nèi)酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)、聚乙醇酸交酯、聚丙醇酸交酯、聚琥珀酸丁二酯(PBS)等。42022/8/31無(wú)機(jī)生物材料生物降解材料的可降解機(jī)理由于生物細(xì)胞增長(zhǎng)而使聚合物組分水解、電離或質(zhì)子化而發(fā)生機(jī)械性破壞，分裂成低聚物碎片生物物理作用微生物侵蝕導(dǎo)致材料分裂或氧化崩裂酶直接作用微生物對(duì)聚合物作用而產(chǎn)生新物質(zhì)(CH4，CO2和 H

4、2O)生物化學(xué)作用生物降解材料的生物降解，是指生物降解材料在生物作用下發(fā)生降解、同化的過(guò)程。發(fā)揮生物降解作用的微生物主要包括真菌、霉菌或藻類，降解機(jī)理主要可分為3類：52022/8/31無(wú)機(jī)生物材料生物降解材料的應(yīng)用范圍生物降解材料的應(yīng)用范圍環(huán)保領(lǐng)域水資源環(huán)境領(lǐng)域食品容器和包裝行業(yè)農(nóng)林業(yè)方面醫(yī)學(xué)領(lǐng)域外科手術(shù)縫合線藥物緩釋劑骨固定材料人造皮膚62022/8/31無(wú)機(jī)生物材料 生物降解材料發(fā)展趨勢(shì)聚羥基脂肪酸酯淀粉聚乳酸聚己內(nèi)酯聚丁二酸丁二醇酯五大熱門可降解材料近年來(lái)比較活躍最理想的生物可降解材料是利用可再生資源，即利用生物合成的方法得到的生物材料。這種生物材料可以被生物所重新利用，能夠降解，產(chǎn)物

5、最好是二氧化碳和水，從而使這種材料的生產(chǎn)和使用納入自然界的循環(huán)。72022/8/31無(wú)機(jī)生物材料 生物降解材料發(fā)展趨勢(shì) 淀粉及其衍生物因?yàn)樯锝到庑院茫瑑r(jià)格低廉而被改性作為填充塑料的重點(diǎn)，并且其接枝物在很多方面具有廣泛的應(yīng)用前景。利用植物中的淀粉、纖維素和木質(zhì)素等，以及利用動(dòng)物中的殼聚糖、氨基葡聚糖、動(dòng)物膠，以及海洋生物的藻類等，可制造有價(jià)值的生物可降解聚合物。高含量淀粉基聚合物則可以做為完全生物降解型聚合物。因而，將淀粉改性后，與聚己內(nèi)酯等生物合成的降解聚合物共混，以此來(lái)提高材料的降解性和力學(xué)性能，已經(jīng)成為當(dāng)前生物降解材料研究的熱點(diǎn)之一。淀粉8淀粉應(yīng)用2022/8/31無(wú)機(jī)生物材料9環(huán)保玉米

6、淀粉牙簽 淀粉的用途十分廣泛,可制作粘膠,塑料,食品等多種產(chǎn)品。如名菜豬肉燉粉條是用紅薯淀粉做的，龍口粉絲是用綠豆淀粉做的。淀粉牙簽一般是用玉米和綠豆的淀粉制成。 淀粉牙簽經(jīng)濟(jì)環(huán)保，能避免大量森林資源被砍伐，它是國(guó)際綠色工業(yè)浪潮的必然產(chǎn)物，具有很強(qiáng)的市場(chǎng)潛力和競(jìng)爭(zhēng)力。 生物降解材料發(fā)展趨勢(shì) 由生物合成的聚乳酸可作為天然生物材料，它是由生物發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸經(jīng)人工化學(xué)合成而得到的聚合物，但仍保持著良好的生物相容性和生物可降解性，具有與聚酯相似的防滲透性，同時(shí)具有與聚苯乙烯相似的光澤度、透光性和加工性。2022/8/31無(wú)機(jī)生物材料聚乳酸 減少給藥次數(shù) 和給藥量10聚乳酸2022/8/31無(wú)機(jī)生物材料11聚乳酸應(yīng)用2022/8/31無(wú)機(jī)生物材料聚乳酸包裝袋12聚乳酸應(yīng)用聚乳酸人造皮膚聚乳酸導(dǎo)管支架2022/8/31無(wú)機(jī)生物材料13組織工程組織工程耳朵組織工程支架示意圖2022/8/31無(wú)機(jī)生物材料142022/8/31無(wú)機(jī)生物材料生物降解材料存在的主要問(wèn)題價(jià)格昂貴，不易推廣應(yīng)用加工困難，尚未完全達(dá)到實(shí)用階段降解可控、回收利用等技術(shù)不足尚無(wú)統(tǒng)一評(píng)價(jià)方法和標(biāo)準(zhǔn)人工合成，工藝復(fù)雜、性能不穩(wěn)定主要問(wèn)題152022/8/31無(wú)機(jī)生物材料解決辦法1對(duì)生物降解塑料產(chǎn)品的應(yīng)用和發(fā)展采取補(bǔ)貼政策，包括中央政府補(bǔ)貼和地方政府補(bǔ)貼。中央財(cái)政可采用科技攻關(guān)資金、貼息等補(bǔ)貼方式2對(duì)利用生物質(zhì)原料生產(chǎn)生物