生物降解高分子.ppt

1、2、生物降解高分子Biodegradable Polymer,引起高分子降解的因素,熱 熱降解 輻照（光、UV線、g射線） 光降解、輻照 降解 氧化 （O2、O3） 氧化降解 輻照 + 氧化 光氧化降解 水 水解降解 微生物、酶 生物降解 機(jī)械力 機(jī)械降解 聲波 超聲降解 環(huán)境 環(huán)境降解,生物降解材料,生物降解材料是指在生理環(huán)境下構(gòu)成材料的分子能自動斷裂、從大分子變成小分子、從不溶解變成能溶解，從而能逐漸被機(jī)體代謝或吸收的材料,生物降解材料分類,天然衍生材料,初始原料來自于動、植物或者人體，而后經(jīng)過物理或化學(xué)方法加工、處理得到的材料。包括天然的無機(jī)衍生生物材料和天然的有機(jī)衍生生物材料。,降解機(jī)

2、制,材料在體內(nèi)的降解和吸收是受生物環(huán)境作用的復(fù)雜過程，包括物理、化學(xué)和生化因素。 物理因素主要是外應(yīng)力 化學(xué)因素主要有水解、氧化及酸堿作用 生化因素主要是酶和微生物 * 由于植入體內(nèi)的材料主要是接觸組織和體液，因此水解（包括酸堿作用和自催化作用）和酶解是最主要的降解機(jī)制,水解機(jī)制, 天然聚合物在生物中的降解，首先被水解或氧化降解為小分子，然后再被吸收排泄?？山到獾暮铣筛叻肿硬牧系慕到庵饕撬?。水解降解過程可以被酸、堿或酶所催化。 高分子量固態(tài)聚合物裝置從植入體內(nèi)到消失，是由不溶于水的固體變成水溶性物質(zhì)的過程，這個過程稱為溶蝕。 分子鏈斷裂是降解的第一階段；吸收是第二階段：即進(jìn)入體液的降解產(chǎn)物

3、被細(xì)胞吞噬并被轉(zhuǎn)化和代謝。 當(dāng)分子量小到可溶于水的極限時（如數(shù)均分子量Mn5000道爾頓左右的聚酯），整體結(jié)構(gòu)即發(fā)生變形和失重，逐步變?yōu)槲⑿〉乃槠⑦M(jìn)入體液。,酶解機(jī)制,聚合物前期的水解過程不一定需要酶參加，但水解生成的低分子量聚合物片段可能需要通過酶的作用轉(zhuǎn)化為小分子代謝產(chǎn)物 酶促水解和酶促氧化反應(yīng)是材料在體內(nèi)降解吸收的重要因素，酶在一定程度上影響降解機(jī)制和速度 酶促水解機(jī)制：容易水解的聚合物，在體內(nèi)可能同時存在單純水解和酶催化水解兩種作用,容易被水解酶降解的聚合物：聚酯、聚酰胺、聚氨基酸、聚-氰基丙烯酸以及某些聚酯型聚氨酯 * 酶促氧化機(jī)制：主要是一些非水解性聚合物 材料在體內(nèi)最后是通過吞

4、噬細(xì)胞和巨細(xì)胞內(nèi)吞作用而吸收代謝。體內(nèi)的酶都參與了這個轉(zhuǎn)化反應(yīng)，而過氧化歧化酶（SOD）則起到加速轉(zhuǎn)化的作用 * 自由基作用機(jī)制：氫氧自由基是引起降解的重要因素。例如，聚乳酸在有過氧化氫和二價鐵離子的介質(zhì)中，比在單純水介質(zhì)中的降解速度加快了近一倍,含有可水解基團(tuán)高分子的降解模式,高分子類型 主鏈的鍵合形式 降解產(chǎn)物 聚酯 -C-C-O-C- -C-OH HO-C- O O 聚醚 -C-O-C- -C-OH HO-C- 聚氨酯 -C-O-C-N-C- -C-OH CO2 H2N-C- O H 聚酰胺 -C-C-N-C- -C-C-OH H2N-C- O H O,合成類生物降解高分子,聚乙醇酸（聚

5、乙交酯）（PGA） 聚乳酸（聚丙交酯） （PLA） 聚己內(nèi)酯 （PCL） 聚羥丁酯 （PHB） 聚羥戊酯 （PHV） 聚羥基酸 （PHA）,脂肪族聚酯,生物降解性：指在自然環(huán)境下可由于微生物等生物作用而分解的性質(zhì)* 嚴(yán)格地說，指由于生物所具有的酶而分解的性質(zhì)。不包括非酶的水解和溶解。在土壤中和海水中由于酶而降解的高分子材料，稱為生物降解性塑料。, 生物吸收性：指在人體內(nèi)由于酶或非酶作用而降解，而降解產(chǎn)物可被機(jī)體吸收、代謝的性質(zhì)。 * 包括材料并未降解，而是在溶解狀態(tài)下被吸收的情況,如膠原等可由于酶的作用而降解的天然高分子。,材料在體內(nèi)的吸收和排泄,組織和細(xì)胞生物學(xué)方法是研究材料在體內(nèi)吸收過程的主要手段，可用以評價材料的組織反應(yīng)和生物相容性。 用同位素標(biāo)記方法可以定量地研究材料在體內(nèi)的降解、吸收和排泄。 材料本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)，其中聚合物主鏈的易水解性和單體的親水性是最要的因素。 不同主鏈結(jié)構(gòu)的合成高分子在中性水介質(zhì)中降解的難易程度從大到小排列如下： 聚酸酐 聚原酸酯 聚羧酸酯 聚氨基甲酸酯 聚碳酸酯聚醚 聚烴類,影響高分子生物降解性的主要因素,化學(xué)組成 分子中包含的可水解基團(tuán)的種類和含量? 分子主鏈的柔性? 分子形態(tài)結(jié)構(gòu) 橡膠態(tài)(?) 玻璃態(tài)(?) 結(jié)晶態(tài)(?) 親/疏水性 含親、疏水兩種基團(tuán) 只含單一種水基團(tuán),圖 生物降解高分子的分子