生物材料課件

生物材料內(nèi)容生物材料的概述天然生物材料生物合成材料醫(yī)學(xué)生物材料第一部分生物材料概述4生物材料實例15隱形眼睛假牙假肢生物材料實例26生物材料實例3人造心臟人造關(guān)節(jié)人工腎7一種是指天然生物材料(biologicalmaterials),也就是由生物過程形成的材料，如結(jié)構(gòu)蛋白（膠原纖維、蠶絲等)、生物礦物（骨、牙、貝殼等）和復(fù)合纖維（木材，竹等）。生物材料的定義另一種是指生物醫(yī)用材料（biomedicalmaterials)，其定義隨著醫(yī)用材料的快速發(fā)展而演變。1997年，美國S.I.Stupp教授在其發(fā)表在《Science》雜志上的論文中，就把生物材料定義為活組織中的天然材料和用于修復(fù)人體的材料。生物材料(biomaterials)：是一種與生物系統(tǒng)相互接觸后可以對生物體的組織、器官或功能進(jìn)行診斷、治療、可增強或可替代的材料。8生物材料的發(fā)展公元3500年前：古埃及人就開始利用棉纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口；印第安人則使用木片修補受傷的顱骨。公元2500年前：中國和埃及的墓葬中就發(fā)現(xiàn)有假牙、假鼻和假耳。那時的人類很早就用黃金來修復(fù)缺損的牙齒，并沿用至今。20世紀(jì)初，高分子材料開始得到應(yīng)用。牙科醫(yī)學(xué)中開始應(yīng)用聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA)。開始試驗用聚乙烯塑料制造血管替代材料。用滌綸仿造動脈血管。20世紀(jì)60年代初，用高分子聚乙烯和不銹鋼制成的人工髖關(guān)節(jié)被植入人體并取得成功。20世紀(jì)60年代末和70年代初，在美國克萊姆森大學(xué)舉行的生物材料討論會上“biomaterial”一詞開始被普遍使用?！瘛瘛?/p>

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早期發(fā)展時期9飛速發(fā)展時期20世紀(jì)末，以納米科技為首的物理、化學(xué)的科技迅猛發(fā)展，極大的帶動了生物材料的研究和發(fā)展，使得生物材料進(jìn)入了全新的飛速發(fā)展時期，產(chǎn)生了，如藥物釋放、生物傳感器、人工器官、仿生材料、智能材料、生物醫(yī)學(xué)材料等的多學(xué)科交叉、多應(yīng)用前景的發(fā)展局面。藥物釋放載體納米機器人自清潔玻璃10中國生物材料委員會"(ChineseCommitteeForBiomaterials,縮寫為CCBM成立于1996年，由中國材料研究學(xué)會、中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會、中華醫(yī)學(xué)會等10個與生物材料相關(guān)的全國學(xué)會派出代表組成，掛靠依托于四川大學(xué)的國家生物醫(yī)學(xué)材料工程技術(shù)研究中心。11生物材料的分類1按照研究對象和使用目的的不同，可將生物材料分為三種：一是天然生物材料，這是一類在生物過程中形成的材料，如棉、麻、蠶絲、貝殼等；二是生物醫(yī)用材料，指植入活體內(nèi)能有某種生物學(xué)功能的材料，如制作各種人工器官的材料；三是仿生和組織工程材料，它是生物材料學(xué)與化學(xué)、工程學(xué)交叉的部分，包括各種仿生材料、智能材料和組織工程材料。12按生物材料的屬性分類：天然生物材料—再生纖維、膠原、透明質(zhì)酸、甲殼素等。合成高分子生物材料—硅橡膠、聚氨脂及其嵌段共聚物、滌綸、尼龍、聚丙烯腈、聚烯烴醫(yī)用金屬材料—不銹鋼、鈦及鈦合金、鈦鎳記憶合金等無機生物醫(yī)學(xué)材料—碳素材料、生物活性陶瓷、玻璃材料雜化生物材料—指來自活體的天然材料與合成材料的雜化，如膠原與聚乙烯醇的交聯(lián)雜化等復(fù)合生物材料—用碳纖維增強的塑料，用碳纖維或玻璃纖維增強的生物陶瓷、玻璃等生物材料的分類213

各類生物材料比較材料特性金屬高分子陶瓷生物相容性不太好較好很好耐侵蝕性除貴金屬外，多數(shù)不耐侵蝕，表面易變質(zhì)化學(xué)性能穩(wěn)定，耐侵蝕化學(xué)性能穩(wěn)定，耐侵蝕，不易氧化、水解耐熱性較好，耐熱沖擊受熱易變形，易老化熱穩(wěn)定性好，耐熱沖擊強度很高差很高耐磨性不太好，磨損產(chǎn)物易污染周圍組織不耐磨耐磨性好，有一定潤滑性能加工及成形性能非常好，可加工成任意形狀，延展性良好可加工性好，有一定韌性塑形性好，脆性大，無延展性14參考書第二部分天然生物基材料162.1天然生物材料人類機體的皮膚、肌肉、組織和器官都是由高分子化合物組成的，天然高分子生物材料是人類最早使用的醫(yī)用材料之一。天然材料具有不可替代的優(yōu)點：功能多樣性、與機體的相容性、生物可降解性以及對其進(jìn)行改性與復(fù)合和雜化等研究。目前天然高分子生物材料主要有：天然多糖類材料：纖維素、甲殼素和殼聚糖等天然蛋白質(zhì)材料：毛發(fā)、膠原蛋白和纖維蛋白兩種它們由于結(jié)構(gòu)和組成的差異，表現(xiàn)出不同的性質(zhì)，應(yīng)用于不同的方面。2.2纖維素葡萄糖經(jīng)由糖苷鍵連結(jié)的高分子化合物。它具有不同的構(gòu)型和結(jié)晶形式，是構(gòu)成植物細(xì)胞壁的主要成分，是存在于自然界中數(shù)量最多的碳水化合物。結(jié)構(gòu)復(fù)雜，至今仍未被完全了解。天然的纖維素屬于纖維Ⅰ型，再生纖維素屬于纖維Ⅱ型，后者結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定。不同的天然纖維素其結(jié)晶度有明顯差異，隨著結(jié)晶度的提高，其抗張強度、硬度、密度增加，但彈性、韌性、膨脹性、吸水性和化學(xué)反應(yīng)性下降。不同纖維素的用途硝酸纖維素膜：用于血液透析和過濾，但由于制膜困難及不穩(wěn)定等缺點，已逐漸被其他材料取代；粘膠纖維（人造絲）或賽珞玢（玻璃紙）管：用于透析，但由于含有磺化物及尿素、肌酐的透析性不好等原因，作為透析用的賽珞玢逐漸被淘汰；再生纖維素（銅珞玢）：是目前人工腎使用較多的透析膜材料，對溶質(zhì)的傳遞，纖維素膜起到篩網(wǎng)和微孔壁壘作用；醋酸纖維素膜：主要用于血透析系統(tǒng)；全氟代?；w維素：用于制造代膜式肺、人工心瓣膜、人工細(xì)胞膜層，各種導(dǎo)管、插管和分流管等；醋酸纖維（Acetatefiber）醋酸纖維又稱醋酸纖維素，即纖維素醋酸酯，是以醋酸和纖維素為原料經(jīng)酯化反應(yīng)制得的人造纖維。包括纖維素三醋酸酯（CTA）和纖維素二醋酸酯（CDA）。醋酸纖維不易著火，醋酸長絲在化學(xué)纖維中最酷似真絲，可以用于制造紡織品（光澤優(yōu)雅、染色鮮艷、染色牢度強，手感柔軟滑爽、質(zhì)地輕，回潮率低、彈性好、不易起皺，具有良好的懸垂性、熱塑性、尺寸穩(wěn)定性，可用作衣服里子料，睡衣，內(nèi)衣）、煙用濾嘴（彈性好、無毒、無味、熱穩(wěn)定性好、吸阻小、截濾效果顯著、能選擇性地吸附卷煙中的有害成分）、手術(shù)包扎布（與傷口不聯(lián)接）、塑料制品等彩色棉是天然生長的非白色的棉花。美國植物學(xué)家薩利·福克斯一直對有色棉花保持強烈興趣，她耐心地培育顏色越來越深的棉花品種，挑選出那些纖維長度和強度足夠可以紡成織物供制作服裝、床單及毛巾手套之用的品種，并于1989年創(chuàng)立了天然棉花色彩公司，銷售各種顏色的棉花。彩色棉彩色棉的優(yōu)點彩色棉附加價值高（是白棉的3-5倍），加工成本低，代表纖維發(fā)展的方向。舒適：親和皮膚，對皮膚無刺激，符合環(huán)保及人彩棉毛巾體健康要求.抗靜電：由于棉纖的回潮率較高，不起靜電，不起球.透汗性好：吸附人體皮膚上的汗水和微汗，使體溫迅速恢復(fù)正常，真正達(dá)到透氣、吸汗效果.彩色棉的環(huán)保特性和天然色澤非常符合現(xiàn)代人生活的品味需求，由于它未經(jīng)任何化學(xué)處理，體現(xiàn)著生態(tài)、自然、休閑、時尚趨勢。彩棉服裝除棕、綠色外?，F(xiàn)在正在逐步開發(fā)蘭、紫、灰紅、褐等色彩的服裝品種。彩棉的不足天然彩色棉的市場份額目前還很微小，原因如下：顏色淺，不夠鮮艷，且品種少：天然彩色棉目前主要有棕色和綠色兩大系列色彩。天然彩色棉色素很不穩(wěn)定，纖維色澤不勻，穩(wěn)定性差；產(chǎn)量低、畝產(chǎn)不穩(wěn)定、外觀質(zhì)量差、成熟度差，纖維單強偏小，纖維主體長度較白棉短，纖維整齊度差，細(xì)度偏細(xì)，含棉籽殼、棉雜較多；短絨率高；

彩棉---綠色希望

彩色棉的“生態(tài)、綠色、環(huán)?！碧匦?，在消費者的心目中已經(jīng)牢固地樹立環(huán)保的理念。天然彩色棉最適于開發(fā)貼近皮膚的紡織品和服裝系列產(chǎn)品，以及嬰、幼兒系列產(chǎn)品。在相當(dāng)長的時間內(nèi)，天然彩色棉在綠色紡織品中可以獨樹一幟，但還不到占據(jù)市場消費的主流階段。1994年我國開始彩色棉花的引進(jìn)與種植研究，彩色棉花的產(chǎn)量已居世界第二位。

24彩棉產(chǎn)品25竹纖維的應(yīng)用性能優(yōu)良、風(fēng)格獨特；竹速生、豐產(chǎn)、易活；我國種植面積最廣，對竹資源在紡織領(lǐng)域的開發(fā)走在了世界前列，竹纖維是我國自主研發(fā)的天然植物纖維。

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以竹為原料開發(fā)的紡織產(chǎn)品：原生竹纖維：又稱竹原纖維。是將天然的竹材通過機械、物理的方法去除竹子中的木質(zhì)素、果膠等雜質(zhì)，從竹材中直接分離出來的纖維。其生產(chǎn)工藝與麻纖維相類似。再生竹纖維：又稱竹漿纖維，有時企業(yè)中常稱為竹纖維。屬于化學(xué)纖維中的再生纖維素纖維，竹子先制成漿粕，再經(jīng)類似粘膠生產(chǎn)的方法制取纖維，其生產(chǎn)工藝與粘膠的生產(chǎn)類似。原生竹纖維再生竹纖紗29天竹纖維紡紗及在各領(lǐng)域的應(yīng)用（1）機織紡織面料利用纖維初始模較高，耐磨性、色澤亮麗的特點，開發(fā)一些織物挺括懸垂性好的產(chǎn)品。（2）針織毛衫內(nèi)衣

根據(jù)纖維的天然抗菌性、吸濕性、透氣性、開發(fā)各類大圓機、橫機、羅紋機產(chǎn)品。（3）醫(yī)用衛(wèi)生

由于天竹纖維的天然抗菌抑菌性，可生產(chǎn)醫(yī)院的護(hù)士服，手術(shù)服、口罩、紗布、繃帶、病人的床被等，能在效防止病菌的傳播。（4）裝飾、日用

利用天竹纖維還可以生產(chǎn)各種裝飾用品，如地毯、涼席、玩具、毛巾、浴巾、床單、被罩、窗簾、汽車座墊等。32竹炭纖維：將高溫炭化技術(shù)燒制的竹炭，利用納米技術(shù)微粉化，再通過熔融紡絲程序把竹炭次納米級微粉均勻地融入化學(xué)纖維中，嚴(yán)格講應(yīng)稱為“含炭纖維”，如含炭滌綸纖維。竹纖維存在的主要問題竹纖維細(xì)化比較困難，特別是原生竹纖維。竹纖維制品的抗皺性和保形性比較差，下水易發(fā)硬。如何解決？2.3甲殼素與殼聚糖甲殼素(Chitin)又名甲殼質(zhì)、幾丁質(zhì)、聚乙酰氨基葡萄糖等。作為低等動物組織中的纖維成分,甲殼素兼有高等動物組織中膠原質(zhì)和高等植物組織中纖維素兩者的生物功能,對動、植物都具有良好的適應(yīng)性,同時還具有生物可降解性和口服無毒性,因此近年來它已成為一種用途廣泛的新型料。甲殼素是一種來源于動物的天然多糖，是一種豐富的自然資源,每年生物合成近10億噸之多,是繼纖維素之后地球上最豐富的天然有機物。殼聚糖(Chitosan)是甲殼素最重要的衍生物,是甲殼素脫乙酰度達(dá)到70%以上的產(chǎn)物；甲殼素和纖維素結(jié)構(gòu)比較甲殼素制取殼聚糖殼聚糖的抗菌原理殼聚糖的分子鏈中帶有正電荷，因而它對帶有負(fù)電荷的各類有害物質(zhì)具有強大的吸附作用；用殼聚糖制成的纖維，具有抗菌“消炎”、止癢“吸濕等保健功能，故甲殼素(殼聚糖纖維)被人們稱作為“保健型纖維”。在紡織業(yè)，用它可制成各種抑菌防臭紡織品，其應(yīng)用價值日益體現(xiàn)。甲殼素/殼聚糖纖維的性能吸濕透氣性甲殼素“殼聚糖纖維因其大分子結(jié)構(gòu)中含有大量的親水性基團(tuán)；同時在濕法紡絲過程中，分子間形成了許多微孔結(jié)構(gòu)，因此纖維具有很好的吸濕和透氣性能。穿著十分舒適，其吸濕率可達(dá)400-500%，是纖維素纖維的2倍多。例如日本旭化成和富士紡織已用它們加工運動服和汗衫出售:Hirano等用甲殼素-絲的絲心纖維制成襪子。應(yīng)用實例：具有消炎、抑菌、止血、止痛、促進(jìn)組織生長等功能。無刺激，無毒性，無過敏。具有優(yōu)良的生物相容性和可降解性能，易被人體吸收。殼聚糖纖維的拉伸性能殼聚糖漿液經(jīng)噴絲、凝固、拉伸后分子排列規(guī)則，取向度提高，纖維強度進(jìn)一步增強。甲殼素/殼聚糖纖維的伸長率一般干伸8-14%，濕伸6-12%,與纖維素相近。甲殼素縫線甲殼素在人體的代謝途徑有二：在溶菌酶的作用下首先分解成低聚糖然后經(jīng)一系列化學(xué)反應(yīng)，一部分以二氧化碳的形式由呼吸道排出體外，另一部分則以糖蛋白的形式為人體吸收利用。在手術(shù)傷口愈合過程中，甲殼素縫線在體內(nèi)的抗張強度逐漸下降。動物實驗表明，埋植于家兔背部肌肉內(nèi)１４天，其強度下降到原來的４５％，２５天后下降至７％，但在體內(nèi)完全溶解的期限卻比ＰＧＡ縫線長，大致需要６個月。甲殼素縫線甲殼素縫線除了具備可吸收性縫線的基本要求，具有以下特點：甲殼素縫線的力學(xué)性質(zhì)良好，能很好地滿足臨床實踐要求；柔軟性好，便于結(jié)扎；具有創(chuàng)傷治愈效果，傷口修復(fù)快，創(chuàng)口平整漂亮；可在體內(nèi)生物分解，分解產(chǎn)物安全無毒；對胰液、膽汁等堿性消化液耐受性高人工皮首先利用甲殼素制造出微細(xì)纖維，再切割成５～１５毫米長的短纖維，然后制得干燥的無紡布，經(jīng)包裝滅后即為人工皮。當(dāng)甲殼素人工皮與創(chuàng)口貼附時，創(chuàng)口滲出液中的血漿蛋白因被甲殼素纖維所吸附，因而具有更好的生物相容性；人工皮對血漿蛋白的吸附能力要比膠原和纖維素高；用甲殼素制造的人工皮目前已經(jīng)用于整形外科、皮膚外科作為Ⅱ、Ⅲ度燒傷，采皮傷、植皮傷等皮膚創(chuàng)傷的被覆保護(hù)材料。2.4蠶絲蠶絲是蠶體內(nèi)分泌出的絲液經(jīng)吐絲口吐出后凝固而成。在蠶體內(nèi)有泌絲部、貯絲部、輸絲管構(gòu)成完整的絲腺體。桑蠶絲和柞蠶絲絲素的組成元素桑蠶絲柞蠶絲碳48%~49%47.18%氫6.5%6.3%氧26.8%~27.9%29.67%氮17.6%16.85%絲素的基本元結(jié)構(gòu)是氨基酸，每一個大分子鏈平均含有400~500個氨基酸殘基。在不同品種的蠶絲中，所含氨基酸比例也有差異，桑蠶絲絲素主要是由乙氨酸組成，其次是丙氨酸、絲氨酸，乙、丙氨酸的和約占總量的70%。絲膠的組成絲膠中的元素組成與絲素略有差異，絲膠由碳、氫、氧、氮、硫五種元素組成。在元素含量上與絲素比，含碳量少，含氧量多，并增加了硫的成分，各種組分的含量也隨品種的不同而異，組成如下：碳：44.32%~46.29%氫：5.72%~6.42%氧：30.35%~32.50%氮：16.44%~18.30%硫：0.15%絲膠的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)絲膠結(jié)構(gòu)中支化程度比絲素高，支鏈的極性基團(tuán)含量比較高，分子鏈的排列不夠規(guī)整，分子間作用力較小，基于這些原因絲膠的吸濕性比絲素高，也就是說，含有絲膠的生絲比脫膠后的絲素吸濕性高。蠶絲新面料防縮免燙真絲綢：染整處理；膨松真絲面料：生絲膨化劑處理；利用遺傳工程改良蠶絲，吐出“蛛絲”，其強度比蠶絲大10倍。2.5蜘蛛絲天然蛋白質(zhì)類纖維，強度高、彈性好、質(zhì)輕，被譽為“生物鋼”。50蜘蛛在在整個生命過程中產(chǎn)生許多不同種類的絲，每種絲來源于不同的腺體。如大腹圓蜘蛛由7種腺體，可分泌出：牽引絲：蜘蛛用于搭建蛛網(wǎng)的絲，在各種蛛絲中最為堅固。蛛網(wǎng)框絲：構(gòu)成蜘蛛網(wǎng)骨架的框絲。包卵絲：包裹蜘蛛卵的絲。捕獲絲：粘住獵物的絲。蜘蛛絲的分類和形態(tài)51

蜘蛛絲的組成和結(jié)構(gòu)蜘蛛絲由多種α氨基酸（約17種）組成。大腹圓蜘蛛絲組成和結(jié)構(gòu)：蛋白質(zhì)含量95.88％。牽引絲、包卵絲為皮芯結(jié)構(gòu)，但包卵絲的皮層較薄。分子結(jié)構(gòu)：牽引絲、蛛框絲和包卵絲都以β-曲折鏈和α-螺旋鏈為主，另有其它構(gòu)象。

52蜘蛛絲的力學(xué)性能蜘蛛牽引絲的強力和彈性另人難以置信。材料強度(MPa)比強度(cN/dtex)斷裂功(J/g)蜘蛛牽引絲10007.0100蠶絲6004.670棉300-7002.0-4.65-15芳綸40002830鋼20002.52

強度與鋼相近，明顯高于蠶絲、橡膠及普通纖維，斷裂功較大，是對位芳綸的3倍多。54蜘蛛絲的理化性質(zhì)化學(xué)性質(zhì)：蜘蛛絲不溶于水、稀酸和稀堿，溶于溴化鋰、甲酸、濃硫酸等。熱穩(wěn)定性：200℃以下穩(wěn)定，300℃以上變黃（蠶絲140變黃），－40℃時仍有彈性（一般合成纖維此時失去彈性）?？轨o電性、懸垂性、導(dǎo)濕性：比合成纖維好。

55蜘蛛絲的人工生產(chǎn)蜘蛛因是肉食動物，不喜群居，相互之間殘殺，規(guī)?；a(chǎn)極為困難?？茖W(xué)家通過蜘蛛絲的成分分析，以期人工生產(chǎn)蜘蛛絲。途徑：蠶吐蜘蛛絲：蜘蛛絲的基因注入到蠶卵蟲中，使蠶“吐”蜘蛛絲。動、植物合成蜘蛛絲：蛛絲蛋白基因轉(zhuǎn)移給哺乳動物（如山羊），用羊奶進(jìn)行紡絲。微生物合成蜘蛛絲：蛛絲蛋白基因轉(zhuǎn)入細(xì)菌中，細(xì)菌發(fā)酵得蛛絲蛋白，再紡絲。2.6動物毛絨纖維（1）山羊絨

從絨山羊和能抓絨的山羊身上取得的絨毛。山羊絨又叫“開司米”或克什米爾（Cashmere）。我國、伊朗、蒙古、阿富汗為山羊絨的主要產(chǎn)地。

我國年產(chǎn)山羊絨約6000噸，占世界產(chǎn)量的60%，且品質(zhì)最優(yōu)。每頭羊每年可產(chǎn)200克左右的絨，個別可達(dá)600克/羊，但美國、歐洲（英國）和日本為主消費國。57

山羊絨具有細(xì)而輕柔、手感滑糯，保暖性好等特性，是品質(zhì)極優(yōu)的毛纖維。國外稱其為“纖維的鉆石”、“軟黃金”。可制成各種高檔名貴紡織品。

山羊絨無髓質(zhì)，強伸性、彈性都優(yōu)于相同細(xì)度的綿羊毛；平均細(xì)度大多在14-16μm。山羊絨不宜純紡，易起球、氈縮，最好與80-90支細(xì)羊毛混紡使用。58紡織用的兔毛產(chǎn)自家兔（普通兔）和安哥拉兔（長毛兔毛），野兔毛因品質(zhì)低僅供制筆和填料用。安哥拉兔毛為長毛兔毛。兔毛絨毛與粗毛都有毛髓，形成多腔氣孔，所以比重輕、通氣及吸濕性好，但強度低。兔毛細(xì)軟，保暖性好，兔毛織物手感特別輕滑，彈性也好，外觀很美，重量輕（純紡時，背心150克，圍巾40克，毛衫180克）是很好的高級毛織品。我國的兔毛產(chǎn)量占世界產(chǎn)量的90%。（解決方法？）。兔毛含脂率低，通常不用洗毛。（2）兔毛59兔毛特點：（1）軟、細(xì)、短，強力低；（2）平波卷曲、抱合力差、兔毛多掉毛，一般與羊毛混紡；（3）髓腔大，易脆斷。（4）由于兔毛表面比較光滑，卷曲少，纖維間抱合力小，加之強度較低，紡織加工難度比較大。（5）兔毛產(chǎn)品易掉毛。60兔毛紗Angora-rabbit彩色長毛兔：是美國加州動物專家經(jīng)20多年選有利用DNA轉(zhuǎn)基因法培育成的新毛兔品種，毛色有黑、褐、黃、灰、棕五種。62

（3）羊駝alpaca

羊駝屬于駱駝科，主要產(chǎn)于秘魯。羊駝毛粗細(xì)毛混雜。粗毛長度達(dá)200mm，平均直徑為150μm左右。細(xì)毛長50mm左右，平均直徑為20～25μm左右。羊駝毛比馬海毛更柔軟而富有光澤，手感特別滑糯，毛的鱗片緊貼在毛干上，多用于織制夏季服裝和衣里料等。63（4）改性羊毛A、拉伸細(xì)化綿羊毛采用物理拉伸改性的方法獲得的細(xì)綿羊毛，其可提高可紡紗支數(shù)，生產(chǎn)高檔輕薄型毛紡面料。拉伸使鱗片受損，皮質(zhì)層受破壞，染色易產(chǎn)生色花。澳大利亞的Optim拉伸技術(shù)可將纖維拉長20％～30％，細(xì)度降低2～3μm。B、超卷曲羊毛又稱膨化羊毛，粗羊毛卷曲少，成紗手蓬松度低。粗羊毛經(jīng)拉伸、加熱松弛后收縮，外觀卷曲，線密度降低，可紡性提高。同種成衣用膨化羊毛加工可節(jié)省20％的原料，且更保暖、舒適。64C、絲光羊毛和防縮羊毛兩者皆通過化學(xué)處理將羊毛了鱗片進(jìn)行剝蝕，產(chǎn)品都具有防縮絨、可機洗效果。絲光羊毛的光澤更好，被譽為紡羊絨的羊毛。

方法：剝鱗片減量法、樹脂添加法。D、彩色羊毛在生長時就具有色彩的羊毛。俄羅斯畜牧專家研究發(fā)現(xiàn)，給綿羊飼喂不同的微量金屬元素，能夠改變綿羊毛的毛色，如鐵元素可使綿羊毛變成淺江色，銅元素可使它變成淺藍(lán)色等。他們最近研究出具有淺紅色、淺藍(lán)色、金黃色及淺灰色等奇異顏色的彩色綿羊毛。第三部分生物合成高分子材料傳統(tǒng)塑料與環(huán)境污染二十世紀(jì)七十年代以來塑料工業(yè)得到迅猛的發(fā)展，無論是工業(yè)、農(nóng)業(yè)，還是人們的日常生活無不與塑料密切相關(guān)?；瘜W(xué)合成塑料在自然環(huán)境中很難分解，亦不會被腐蝕，燃燒處理又會產(chǎn)生有害氣體，塑料垃圾對環(huán)境造成了巨大的危害。(3)處理難。塑料具有耐酸堿、抗氧化、難腐蝕、難降解的特性，埋地處理百年不爛；燃燒時產(chǎn)生大量有毒氣體，如HCl、SO2、CO等。(4)生態(tài)環(huán)境危害大。地膜降低耕地質(zhì)量，農(nóng)作物植株矮小，抗病力差。研究和開發(fā)生物可降解塑料已迫在眉捷用可生物降解塑料代替部分石油化工合成塑料，禁用某些塑料制品2007年12月31日，中華人民共和國國務(wù)院辦公廳下發(fā)了《國務(wù)院辦公廳關(guān)于限制生產(chǎn)銷售使用塑料購物袋的通知》。生物可降解塑料生物可降解塑料的特點生產(chǎn)過程污染輕生物可降解性和生物可相容性可進(jìn)行高分子材料的結(jié)構(gòu)調(diào)整：控制營養(yǎng)、環(huán)境條件國內(nèi)外出現(xiàn)的生物可降解塑料PCL-聚已內(nèi)酰胺;PVA-聚乙烯醇;PE-聚乙烯

若利用生物質(zhì)資源生產(chǎn)生物材料，進(jìn)而料替代我國每年使用的三大合成高分子有機碳材料，則可實現(xiàn)數(shù)千萬噸的CO2減排。生物材料產(chǎn)品丁二酸、乙烯

PBS、聚乙烯生物基乙烯石油乙烯路線催化裂解乙烯生物乙烯路線脫水發(fā)酵乙醇木薯、甜高粱、木質(zhì)纖維素等非糧食可再生資源石油石腦油乙烯催化

乙烯被譽為“石油化工之母”。2007年我國乙烯生產(chǎn)能力達(dá)到1048萬噸，總產(chǎn)能世界第二，導(dǎo)致我國對石油資源的依存度越來越大，危及國家安全。因此，尋求一條可持續(xù)發(fā)展的道路，發(fā)展生物乙烯是實施石油替代戰(zhàn)略是必然選擇。南工大863計劃重點項目丁二酸的生物制造玉米、大麥、木材可再生資源淀粉/葡萄糖丁二酸固定CO2C6H12O6+2CO2

2C4H6O4

利用溫室氣體，而且原子經(jīng)濟性高，相對葡萄糖理論質(zhì)量收率為131%。

南京工業(yè)大學(xué)聯(lián)合江蘇常茂生化已進(jìn)行了年產(chǎn)500噸的中試實驗。利用復(fù)雜糖原料生產(chǎn)PBS塑料

利用復(fù)雜糖原料經(jīng)生物轉(zhuǎn)化生產(chǎn)丁二酸，同時固定CO2。

PBS是丁二酸和1,4-丁二醇共聚酯。

PBS具有優(yōu)良的熱塑和可加工性能。

Bionolle?的核心組分為PBS。+丁二酸1,4–丁二醇PBS葡萄糖、木糖、纖維二糖Actinobacillussuccinogenes固定CO2Bionolle?日本昭和公司農(nóng)用材料包裝材料市政工程材料

PHAs的生物合成與應(yīng)用采用微生物發(fā)酵法生產(chǎn)的脂肪族聚酯(簡稱PHAs)，成為應(yīng)用環(huán)境生物學(xué)方面的一個研究的熱點聚-3-羥基丁酸脂——PHB3-羥基丁酸脂與3-羥基戊酸脂的共聚物——P(3HB-3HV)或PHBV單體數(shù)目聚合物命名R為甲基時，其聚合物為聚3--羥基丁酸脂(PHB)R為乙基時，其聚合物為聚3--羥基戊酸脂(PHV)在一定條件下兩種或兩種以上的單體還能形成共聚物，其典型代表是3HB和3HV組成的共聚物P(3HB-3HV)。PHAs除具有高分子化合物的基本特性，如質(zhì)輕、彈性、可塑性、耐磨性、抗射線等外，還具有生物可降解性和生物可相容性。香波瓶100年９個月合成塑料PHAs原料降解PHA和PHB的優(yōu)點PHB是高度結(jié)晶的晶體，結(jié)晶度的范圍在55－80%，其在物理性質(zhì)甚至分子結(jié)構(gòu)上與聚丙烯(PP)很相似，例如熔點、結(jié)晶度、抗張強度等，而比重大、透氧率低和抗紫外線照射以及具有光學(xué)活性、阻濕性等則是PHB的優(yōu)點。PHAs的應(yīng)用shampoobottlesbicyclehelmet

PHAs工業(yè)化和研究進(jìn)展PHAs早在20世紀(jì)60年代就已引起了人們的廣泛關(guān)注;1962，Baptist在美國申請了有關(guān)PHB生產(chǎn)的專利。20世紀(jì)80年代初，ICI公司和奧地利生物技術(shù)有限公司等將微生物合成PHAs的研究推向試生產(chǎn)階段。1982年，ICI公司使用真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌突變株為生產(chǎn)菌種，以葡萄糖為惟一碳源，在35m3氣升環(huán)流反應(yīng)器及200m3機械攪拌反應(yīng)罐內(nèi)試生產(chǎn)PHB成功，并以葡萄糖加丙酸為碳源生產(chǎn)聚β-羥基丁酸和聚β-羥基戊酸無序共聚物P(HB-HV)。PHB價格：33美元/kg→5.58美元/kg左右聚丙烯的價格(1美元/kg)真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌(Ralstoniaeutropha)為革蘭氏陰性的兼性化能自養(yǎng)型細(xì)菌積累PHB可達(dá)細(xì)胞干重的90%以上能利用糖加丙酸或戊酸產(chǎn)生P(3HB-co-3HV)改變基質(zhì)該菌還能將4HB和5HV結(jié)合到3HB的結(jié)構(gòu)中去，形成4HB或5HV單體與3HB的共聚物。工業(yè)化生產(chǎn)PHAs的微生物重組的基因工程細(xì)菌

20世紀(jì)80年代后期開始將重組DNA技術(shù)應(yīng)用于生物合成PHB，來自于多種細(xì)菌的PHA生物合成酶——PHA生物合成途徑的關(guān)鍵酶，已被在分子水平進(jìn)行了詳細(xì)的研究，PHA生物合成酶基因已被克隆成功。3個實驗室獨立地將真養(yǎng)產(chǎn)堿桿菌H16的PHB生物合成基因phbA、phbB和phbC克隆并在大腸桿菌中表達(dá)。國內(nèi)外從事PHAs研究機構(gòu)國外英國ICI公司、韓國現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)研究所(KAIST)、奧地利生物技術(shù)公司和日本名古屋大學(xué)等。國內(nèi)起步于20世紀(jì)80年代的中后期。中科院微生物所、山東大學(xué)、北京農(nóng)業(yè)大學(xué)和無錫輕工大學(xué)等。中國科學(xué)院微生物所、清華大學(xué)生物系和化工系均已有批量生產(chǎn)技術(shù)。寧波天安生物材料公司和江蘇南天集團(tuán)生產(chǎn)指標(biāo)已達(dá)國際水平。

我國年產(chǎn)混凝土8.6億噸，而世界年產(chǎn)量18億噸。隨著我國在金沙江、瀾滄江、雅魯藏布江等流域巨型水電站的建設(shè)，對用于水電站及大壩的高品質(zhì)混凝土的需求將會劇增，因而威蘭膠的應(yīng)用前景十分廣闊，潛力巨大。混凝土添加劑威蘭膠的生物制造

添加0.01%的威蘭膠，即可制造能用于水電站和大壩的高質(zhì)量混凝土，可大大增加其穩(wěn)定性和強度。篩選的產(chǎn)堿桿菌，威蘭膠產(chǎn)量高達(dá)22g/l生物材料的知識產(chǎn)權(quán)競爭問題各國PBS的專利申請情況統(tǒng)計分析

發(fā)達(dá)國家在生物材料領(lǐng)域的專利封鎖，使得我們需要考慮我國的生物材料產(chǎn)業(yè)如何發(fā)展。專利數(shù)專利數(shù)各國聚乳酸的專利申請情況統(tǒng)計分析

聚乳酸的關(guān)鍵中間體丙交酯專利由國外壟斷第四部分生物醫(yī)學(xué)材料4.1生物材料的反應(yīng)生物材料植入機體后，與機體組織相互作用產(chǎn)生兩種反應(yīng)：材料反應(yīng)：即活體系統(tǒng)對材料的作用，包括生物環(huán)境對材料的腐蝕、降解、磨損和性質(zhì)退化，甚至破壞．宿主反應(yīng)：即材料對活體系統(tǒng)的作用，包括局部和全身反應(yīng)，如炎癥、細(xì)胞毒性、凝血、過敏、致癌、畸形和免疫反應(yīng)等．其結(jié)果可能導(dǎo)致機體中毒及機體對材料的排斥．884.2生物醫(yī)學(xué)材料的要求生物相容性對人體無毒、無刺激、無致畸、致敏、致突變或致癌作用；生物相容性好，在體內(nèi)不被排斥，無炎癥，無慢性感染，種植體不致引起周圍組織產(chǎn)生局部或全身性反應(yīng)，最好能與骨形成化學(xué)結(jié)合，具有生物活性；無溶血、凝血反應(yīng)等．化學(xué)穩(wěn)定性耐體液侵蝕，不產(chǎn)生有害降解產(chǎn)物；不產(chǎn)生吸水膨潤、軟化變質(zhì)；自身不變化等．89力學(xué)條件有足夠的靜態(tài)強度，如抗彎、抗壓、拉伸、剪切等；具有適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ亢陀捕?；耐疲勞、摩擦、磨損、有潤滑性能．其它要求良好的空隙度，體液及軟硬組織易于長入；易加工成形，使用操作方便；熱穩(wěn)定好，高溫消毒不變質(zhì)等性能．90生物醫(yī)用材料診斷現(xiàn)代診斷系統(tǒng)治療修復(fù)、置換、增進(jìn)組織器官功能先進(jìn)控制釋放系統(tǒng)通用生物醫(yī)用材料組織工程生物醫(yī)用材料生物醫(yī)學(xué)材料的市場及發(fā)展通用生物醫(yī)用材料產(chǎn)品及公司產(chǎn)品公司Tritan鈦鑄造金屬DentaurumInpringen,GeEFUCERA-A義齒YamahachiDentalMFGCo.,JP珊瑚骨移植物InterporeInternational,Irvine,CA,USA生物工程膠原基質(zhì)FortaPerm,FortaGenOrganogenesisInc.,Massa,USA酪氨酸衍生聚碳酸酯IntergraLifeScience,NJ,USAOxinium*,Accuris*膝關(guān)節(jié)Smith&Nephew,UKSynergyTM脊柱修復(fù)支架InterporeCrossInternationalInc.,USA我國生物醫(yī)學(xué)材料的生物醫(yī)學(xué)工程產(chǎn)業(yè)的市場增長率高達(dá)28％(全球市場增長率20%),居全球之首。我國人工關(guān)節(jié)替換年增長率高達(dá)30％，遠(yuǎn)高于美國的4％。

----國家科技部資料中國生物醫(yī)用材料市場775萬肢殘患者和每年新增的300萬骨損傷患者 --------需要大量骨修復(fù)材料2000萬心血管病患者 --------每年需要24萬套人工心瓣膜腎衰患者 --------每年需要12萬個腎透析器……全球生物醫(yī)用材料細(xì)分市場發(fā)展增長率26%增長率45%市場將達(dá)800億美元高速增長高速增長4.3醫(yī)用金屬材料最先用于臨床的金屬材料：金、銀、鉑等貴金屬．應(yīng)用于臨床的三大類醫(yī)用金屬材料：不銹鋼；鈷基合金；鈦基合金．用途：主要用于骨和牙等硬組織修復(fù)和替換，心血管和軟組織修復(fù)，人工器官制造中的結(jié)構(gòu)元件用途材料用途材料肝臟賽璐珞、PHEMA心臟嵌段聚醚氨酯彈性體、硅橡膠肺硅橡膠、聚丙烯空心纖維人工紅血球全氟烴胰臟丙烯酸酯共聚物膽管硅橡膠腎臟鈾氨法等再生纖維素、醋酸纖維素、聚丙烯腈等關(guān)節(jié)、骨超高分子量聚乙烯、高密度聚乙烯、尼龍、硅橡膠腸胃片段硅氧烷類皮膚火棉膠、涂有聚硅酮的尼龍織物、聚酯人工血漿羥乙基淀粉、聚乙烯吡咯酮血管聚酯纖維、聚四氟乙烯、SPEU角膜PMMA、PHEMA、硅橡膠耳及耳膜等硅橡膠、丙烯酸基有機玻璃、聚乙烯玻璃體硅油（PVC、聚亞胺酯）喉頭聚四氟乙烯、聚硅酮、聚乙烯氣管聚四氟乙烯、聚硅酮、聚乙烯、聚酯纖維面部修復(fù)丙烯酸基有機玻璃食道聚硅酮、聚氯乙烯（PVC）鼻硅橡膠、聚乙烯乳房硅聚酮腹膜聚硅酮、聚乙烯、聚酯纖維尿道硅橡膠、聚酯纖維縫合線聚亞胺酯醫(yī)學(xué)上應(yīng)用的高分子材料99

鈷基合金人工關(guān)節(jié)毛坯

人造牙齒脊柱修復(fù)支架常見醫(yī)用金屬材料特點（優(yōu)點）純鈦和鈦合金

不銹鋼鈷基合金

形狀記憶合金

貴金屬

良好的穩(wěn)定性和加工性能。因其價格較貴,廣泛應(yīng)用受到限制較硬富有彈性,可起到矯形或支撐作用.其優(yōu)良的生物相容性、耐腐蝕、耐磨性、無毒。無毒、質(zhì)輕、強度高、生物相容性好優(yōu)點良好的耐腐蝕性能和綜合力學(xué)性能,且加工工藝簡便耐腐蝕和力學(xué)性能綜合衡量,它是最優(yōu)良的材料之一醫(yī)用金屬材料在諸多生物材料中,由于具有較高強度和韌性,適用于修復(fù)和置換人體硬組。4.4生物陶瓷材料惰性生物陶瓷:這種生物陶瓷在生物體內(nèi)與組織幾乎不發(fā)生反應(yīng)或反應(yīng)很小材料:氧化鋁陶瓷、氧化鋯陶瓷、碳素材料、氮化硅陶瓷等.活性生物陶瓷:在生理環(huán)境下與組織界面發(fā)生作用，形成化學(xué)鍵結(jié)合，系骨性結(jié)合材料:羥基磷灰石(分子式:Ca10(PO4)6(OH)2)等陶瓷;生物活性陶瓷玻璃(Na2O-CaO-SiO2-P2O5系列玻璃).可被吸收的生物降解陶瓷:這類陶瓷在生物體內(nèi)可被逐漸降解，被骨組織吸收，是一種骨的重建材料材料:β-磷酸三鈣(化學(xué)式:Ca3(PO4)2)等.4.5組織工程上的生物材料用于人工器官和植入體的高分子材料:賽璐珞(肝臟),硅橡膠(肺、心臟),聚甲基丙稀酸甲酯(角膜、關(guān)節(jié)、骨),聚四氟乙稀(氣管、喉頭)等等.在醫(yī)學(xué)上高分子材料不僅被用來修復(fù)人體損傷的組織和器官，恢復(fù)其功能，而且還可以用來制作人工器官來取代全部或部分功能；用醫(yī)用高分子材料制成的人工心臟可在一定時間內(nèi)代替自然心臟的功能，成為心臟移植前的一項過渡措施；組織工程的作用異體細(xì)胞異體組織合成材料生體源材料免疫隔離膜自體細(xì)胞人工細(xì)胞外基質(zhì)(ECMs)生長因子載體器官移植人工器官雜化人工器官(生物)組織重建置換外科重建外科組織工程再生醫(yī)學(xué)