可降解高分子材料的降解途徑精選(九篇)

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第1篇：可降解高分子材料的降解途徑范文

關(guān)鍵詞：白色污染； 聚乳酸； 降解

前言

S著塑料的廣泛應(yīng)用和產(chǎn)量的持續(xù)增大。“白色污染”問題己變得越來越嚴(yán)重，成為當(dāng)今世界最嚴(yán)重污染源之一，己受到各國的重視，并且制定了相關(guān)的法律政策來處理。現(xiàn)在各國除了研究如何回收廢棄塑料外，更多的精力是研究可降解的高分子材料，從而在根本上解決塑料的“白色污染”問題。主要原因是高分子材料的回收利用，從理論上講，可以解決環(huán)境污染，也可以解決資源短缺的問題，但在實施過程中，往往受到高分子材料本身性質(zhì)、技術(shù)及成本等的限制；而研究開發(fā)可降解的高分子材料則成為20世紀(jì)70年代以來重要課題，受到世界范圍內(nèi)的關(guān)注仁。

1可降解性高分子材料的降解機理

高分子材料的生物降解是指在生物（主要是指真菌、細(xì)菌等）作用下，聚合物發(fā)生降解、同化的過程、生物降解主要取決于聚合物分子的大小和結(jié)構(gòu)、微生物的種類以及環(huán)境因素。聚合物的降解機理十分復(fù)雜，一般認(rèn)為材料在體內(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制。

2聚乳酸的降解性能

與大部分熱塑性聚合物相比，PLA具有更好的降解性能。PLA的降解首先通過主鏈上的降解性能。PLA的降解首先通過主鏈上的C-O水解，然后在酶的作用下進一步降解，最終生成無害的水和二氧化碳。由于具有降解性能，故人們擔(dān)心其使用壽命。實際上，PLA的降解速度相對比較緩和；更為重要的是，PLA的降解總是在先行水解之后才可能酶解。依照聚合物的初始相對分子品質(zhì)、形態(tài)、結(jié)晶度等，PLA降解的速度可從幾星期到幾個月甚至是1～2年。但如果與微生物和復(fù)合有機廢料混合埋入地下，它的降解速度會加快。因此它是一種理想的生物降解材料，特別適宜于2～3年的短期用途。影響PLA降解速度的因素主要有結(jié)晶度、玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、相對分子質(zhì)量和介質(zhì)的pH值等。水先滲入聚乳酸的無定形區(qū)，導(dǎo)致酷鍵斷裂，當(dāng)大部分無定形區(qū)己降解時，才由晶區(qū)邊緣向晶區(qū)中心逐步降解。晶區(qū)降解速度很慢，因此結(jié)晶度大小對降解速度有很大的影響。玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于水解溫度則水解加快。相對分子質(zhì)量越小及其分布越寬的PLA降解速度越快，這是因為相對分子質(zhì)量越大，聚合物的結(jié)構(gòu)越緊密，內(nèi)部的酷鍵越不容易斷裂，并且相對分子質(zhì)量越大，降解所得的鏈段越長，易溶于水中，產(chǎn)生的H+越少，使pH值下降緩慢。酸或堿都能催化PLA水解，介的pH值也是影響PLA降解速率的重要因素。

3 PLA共混改性的研究進展

通過與韌性聚合物共混，也是常用的改進聚乳酸柔性的途徑，目前人們己經(jīng)研究的很多共混體系，如乙烯一醋酸乙烯共聚物（poly（ethylene-vinyl acetate））、聚4-乙烯基苯酚（poly（4-vinylphenol）、聚ε-己內(nèi)酯、聚3羥基丁酸酯（poly（3-hydroxybutyrate）等。

沈一丁等[4]將熱塑性淀粉（TPS）與聚乙二醇（PEG）、聚乳酸（PLA）共混后，采用溶劑蒸發(fā)法制備出完全生物降解的聚乙二醇改性淀粉/聚乳酸薄膜（SPLA）。聚乙二醇增塑SPLA薄膜，有效的降低了玻璃化轉(zhuǎn)變溫度和熱塑性淀粉和PLA的相容性，體系的耐水性、強度均隨著PLA含量的增加而增加，不過這種薄膜的強度和柔性并沒有得到改善。

龔華俊等[5]采用超聲輔助原位濕法合成多壁碳納米管/輕基磷灰石納米復(fù)合材料（MWNTs/HA），并通過溶液澆鑄法制備了PLA/MWNTs/HA復(fù)合材料薄膜，靜態(tài)力學(xué)和動態(tài)力學(xué)性能分析表明，當(dāng)MWNTs/HA為0.05～0.10份時，對復(fù)合薄膜有一定的增韌效果，復(fù)合膜的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度隨著MWNTs舊A用量增加呈上升趨勢。

PCL除可以和PLA共聚形成共聚物改善柔性外，還可以與PLA共混來改善PLA基體的脆性。直接共混PLA和PCL，兩種組分是不相容的，兩者混合時必須添加一定的相容劑。Wang等在PLL刀PcL體系中，以亞磷酸三苯酯（TPPi）為催化劑，在熔融狀態(tài)下進行混合。結(jié)果表明，在共混過程中發(fā)生酯交換反應(yīng)，生成界面相容劑，促進組分均勻分布，提高體系的機械性能，并大大改善了體系的柔性，當(dāng)添加TPPi2%時，PLLA/pCL（80/20）斷裂伸長率從28%提高到了128%。

顧書英等[11]采用熔融擠出法制備聚乳酸/對苯二甲酸-己二酸-1，4-丁二醇三元共聚酯（PBAT）共混物，發(fā)現(xiàn)低含量低的PBAT的加入適當(dāng)?shù)奶岣吡司廴樗岬臄嗔焉扉L率，不過共混物的拉伸、彎曲性能也有所降低。當(dāng)PBAT含量較高時，共混物斷面的SEM照片可以明顯觀察到兩相不相容。

4 聚乳酸在包裝領(lǐng)域的生產(chǎn)應(yīng)用現(xiàn)狀

聚乳酸作為包裝材料有其獨特的優(yōu)勢，可以說，聚乳酸包裝材料完全可以替代傳統(tǒng)的包裝材料，在很多方面更優(yōu)于傳統(tǒng)包裝材料。與傳統(tǒng)熱塑性塑料相比，聚乳酸作為包裝材料有以下優(yōu)點[13]：

（l）完全折疊性和纏結(jié)保持力取向性的PLA薄膜具有和玻璃紙膜、金屬薄片等相媲美的完全折疊性和纏結(jié)保持力，即可以弄皺或折疊，這些普通塑料膜是不具備的。

（2）高的光澤度和透明度PLA的高透明性和光澤度可以和玻璃紙以及聚對苯二甲酸乙二酯相比，是普通聚丙烯薄膜的2～3倍，低密度聚乙烯的10倍。

（3）阻隔性能和良好的印刷性能乳酸的基本重復(fù)單元使得PLA是一種內(nèi)在極性的材料，這種高的極性導(dǎo)致聚乳酸具有高的表面能，從而產(chǎn)生良好的印刷性能，此外它還能夠阻止脂肪族分子的透過，具有很好的抗油性。

（4）低溫?zé)岱庑阅軣o定形聚乳酸薄膜的熱封溫度和EVA（巧%）相同，都在80～85℃之間。

以上的這些優(yōu)點，注定聚乳酸會在包裝領(lǐng)域大放異彩，就目前的生產(chǎn)狀況來看，聚乳酸薄膜開發(fā)應(yīng)用的前沿集中在日本和美國，國內(nèi)僅僅出于起步階段。

5 可降解塑料的開發(fā)趨勢及發(fā)展前景

可降解塑料盡管存在種種問題，但它的發(fā)展方興未艾，以下幾個方面代表了可降解塑料的發(fā)展方向：（1） 積極開發(fā)高效廉價光敏劑、氧化劑、生物誘發(fā)劑、降解促進劑和穩(wěn)定劑等，進一步提高可降解塑料的準(zhǔn)時可控性、用后快速降解性和完全降解性。（2）為避免二次污染，同時保證有豐富的原料，以天然高分子微生物合成高分子的完全生物降解塑料將會越來越受到重視。（3） 水解性塑料和可食性材料由于具有特殊的功能和用途而備受矚目，也成為環(huán)境適應(yīng)性材料的又一熱點。（4） 充分利用基因工程技術(shù)培育可生產(chǎn)聚酯的生物性植物以降低生物降解塑料的成本。

可降解塑料的發(fā)展，不但在一定程度上緩解了環(huán)境污染，而且對日益枯竭的石油資源也是一個補充。許多國家已開始考慮用生物可降解塑料代替部分石油化工合成塑料，并陸續(xù)頒布了一些法規(guī)，如意大利的立法規(guī)定自1991 年起所有包裝用塑料都必須可降解，我國也已開始考慮禁用不可降解的塑料制品。據(jù)日本生物降解塑料實用化檢討委員會預(yù)測，今后10 年內(nèi)全世界生物可降解塑料的市場規(guī)模為130 萬噸。我國每年產(chǎn)生的塑料垃圾達100 萬噸以上，若其中的20 %以降解塑料取代的話，需求量也在20 萬噸以上，市場潛力是很大的。可降解塑料的發(fā)展適應(yīng)了人類可持續(xù)發(fā)展的要求，因此，可降解塑料的發(fā)展前景是美好的。

參考文獻

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第2篇：可降解高分子材料的降解途徑范文

【關(guān)鍵詞】廢塑料，降解塑料，裂解油化，環(huán)境保護

1前言

廢塑料自然環(huán)境下很難直接被降解，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染；塑料制品在生產(chǎn)過程中加入的大量助劑、填料、溶劑等添加劑，會析出進入環(huán)境，從而污染土壤及水體。廢塑料如粘有污染物，會吸引蚊蠅和繁殖細(xì)菌，危害人體健康。從能源角度，塑料原料主要來自不可再生的煤、石油、天然氣等化石資源，如果廢塑料不加以控制、回收利用，將加重能源危機。

隨著塑料應(yīng)用領(lǐng)域的拓寬和使用量的急劇增加，廢塑料的污染問題已越來越為社會所關(guān)注。各國紛紛投入大量的人力、物力、財力解決其污染問題，在其替代品開發(fā)和回收再利用方面取得了較好的成效。

2廢塑料的環(huán)境危害

2.1對生物體的危害

通常組成塑料的高聚物是安全無毒的，但為改善塑料制品的加工和使用性能，一般需添加各種添加劑。例如，在有些聚氯乙烯制品中，加入量達35%～50%甚至更高的鄰苯二甲酸酯類增塑劑，在許多塑料中都加有含重金屬的穩(wěn)定劑、著色劑，這些添加劑可遷移到外環(huán)境。研究發(fā)現(xiàn)，這些添加劑在大氣、生物質(zhì)、水體、土壤以及河流底泥、城市污泥等介質(zhì)中均有殘留，且分解緩慢，研究表明，鄰苯二甲酸酯類有類雌激素作用，能干擾內(nèi)分泌，

甚至可能造成生殖功能異常。還有，在其單體聚合以及制品加工過程中會殘留有毒有害的單體和有毒有害的助劑，這些都是潛在的危害因素。

2.2對土壤、水資源的危害

農(nóng)地膜對提高土地利用率，有效提高農(nóng)作物的產(chǎn)量和質(zhì)量發(fā)揮了巨大作用。但目前我國使用的地膜多為聚烯烴膜，難以自然降解，破壞了土壤性狀及肥料的均勻分布，影響其水分養(yǎng)分的吸收，阻礙了土壤與外界的空氣交換，使土壤中的微生物難以存活，影響植物根系生長，最終使土壤板結(jié)，嚴(yán)重的會造成土地鹽堿化，從而導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)，甚至難以生長。

粘有污物的生活和工業(yè)廢塑料無法回收利用，衛(wèi)生填埋因其體積大而效率低，因其密度小造成填埋場地基松，使垃圾中的有害物質(zhì)滲入地下，危害地下水及周圍環(huán)境。

2.3石化資源的浪費

合成塑料的原料主要是煤、石油和天然氣等化石資源。全世界每年數(shù)億噸的塑料消費量，將產(chǎn)生上億噸的塑料廢棄物，如果沒有采取積極的治理措施，將對日益緊缺的化石資源產(chǎn)生巨大的浪費。

3 廢塑料的技術(shù)防治措施

作為廢塑料的技術(shù)防治措施目前主要是使用降解塑料和循環(huán)利用。

3.1開發(fā)使用降解塑料

塑料是合成高分子材料，一般在自然環(huán)境中的光降解和生物降解速度都比較慢?？山到馑芰鲜且活惼渲破返母黜椥阅茉诒４嫫趦?nèi)可滿足使用要求，性能不變，而使用后在自然環(huán)境條件下，能降解成對環(huán)境無害的物質(zhì)的塑料，從而避免破壞環(huán)境。 塑料降解主要指大分子鏈的斷裂，主要方式有光降解、化學(xué)降解、生物降解，實際應(yīng)用中往往相互增效、協(xié)同使用。

3.1.1光降解塑料

光降解塑料是利用光化學(xué)反應(yīng)使大分子鏈的化學(xué)鍵斷裂，塑料失去其物理強度并脆化，在自然力作用下變?yōu)榉勰M入土壤，在微生物作用下重新進入生物循環(huán)。光降解產(chǎn)品開發(fā)早技術(shù)成熟，但完全降解不容易，且完全降解的時間長。

3.1.2光-生物雙降解塑料

光-生物雙降解塑料是利用光降解和生物降解相結(jié)合制得的一類可降解塑料。和部分生物降解塑料一樣是在母體中加入一些促進其降解的淀粉、纖維素、微生物聚酯、光敏劑、生物降解劑等，產(chǎn)品使用后，在自然條件下，其化學(xué)結(jié)構(gòu)完整性受到破壞，降解為水、二氧化碳和其他物質(zhì)。 此類產(chǎn)品在自然環(huán)境中只能降解為細(xì)小顆粒，不能完全降解，對環(huán)境可能造成更嚴(yán)重的二次污染。

3.1.3生物降解塑料

完全生物降解塑料是指可以在自然條件下，能夠100%生物降解的塑料。按其原料來源方式可分為來源于化石資源的化石基生物降解塑料、來源于可再生資源的可再生材料基生物降解塑料以及以上兩類材料共混加工得到的塑料。

化石基生物分解塑料是指主要以石化產(chǎn)品為原料單體，通過化學(xué)合成的方法得到的聚合物。如脂肪族聚酯類、聚丁二酸丁二醇酯（ PBS）、聚己內(nèi)酯（PCL）、二氧化碳基共聚物（APC）等。

脂肪族聚酯。主要有PBS和PBSA （聚丁二酸/ 己二酸丁二醇共聚物）。PBS具有與PE、PP相近的優(yōu)異力學(xué)性能，熱變形溫度接近100℃，耐熱性能良好，有能用現(xiàn)有通用設(shè)備加工成型的優(yōu)良加工性能，且已生產(chǎn)規(guī)?；伤_發(fā)出來的產(chǎn)品有發(fā)泡材料、薄膜、注塑制品等。另外為提高材料性能，通過改性得到脂肪族芳香族共聚酯，如PBAT（單體為己二酸、對苯二甲酸、1，4-丁二醇），其有與LDPE非常相似的加工性能，可擠出吹膜，不僅能與其他生物分解塑料如聚羥基丁酸戊酸酯（PHBV）、PLA等共混吹膜，還可添加淀粉等天然材料吹膜成型。

聚己內(nèi)酯（PCL） 是一種由ε-己內(nèi)酯合成的聚合物材料，具有較好的生物降解性能和生理相容性，是植入人體的首選材料，可用作手術(shù)縫合線等體內(nèi)材料。由于PCL 的熔點低（60℃），加之價格較高，所以很少單獨使用。PCL 常與其他降解塑料共混使用，用作改性材料，以降低成本和改善性能。

二氧化碳基共聚物（APC）屬于脂肪族聚碳酸酯類，是目前生物降解材料的熱門研究課題，因為用二氧化碳?xì)怏w為原料合成降解塑料，可利用大量的二氧化碳溫室氣體，既節(jié)約了資源，又保護了環(huán)境，可謂兩全其美。APC 為二氧化碳（含量50% 左右）與環(huán)氧化合物的共聚物。如共聚單體為環(huán)氧乙烷，則共聚產(chǎn)物為PEC（二氧化碳/ 環(huán)氧乙烷共聚物）；如共聚單體為環(huán)氧丙烷，則共聚產(chǎn)物為PPC（二氧化碳/ 環(huán)氧丙烷共聚物）；如共聚單體為環(huán)氧丁烷，則共聚產(chǎn)物為PBC（二氧化碳/ 環(huán)氧丁烷共聚物）。目前產(chǎn)業(yè)化的有二氧化碳與環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的共聚物。制約APC 發(fā)展的是環(huán)氧乙烷或環(huán)氧丙烷的價格高，合成催化劑價格高且供應(yīng)緊張，造成成本居高不下。中山大學(xué)孟躍中教授改進的優(yōu)化合成工藝預(yù)計可降低60% 的成本，價格接近通用塑料。APC 合成技術(shù)我國處于世界領(lǐng)先地位，目前只有我國的企業(yè)有規(guī)?；a(chǎn)，APC 類塑料突出的優(yōu)點是其氣體阻隔性比PET 和PA6高，接近EVOH（乙烯/乙烯醇共聚物）。

可再生材料基生物降解塑料又分為天然材料基生物降解塑料和生物基生物降解塑料。直接以天然聚合物如淀粉、纖維素、甲殼素、大豆蛋白等以及其衍生物或混合物為原料成型制成的生物分解塑料為天然材料基生物降解塑料，其中工業(yè)化的有熱塑性淀粉和植物纖維模塑，但其性能穩(wěn)定性及價格影響其應(yīng)用普及。生物基生物降解塑料是利用可再生天然生物質(zhì)資源，通過微生物發(fā)酵或發(fā)酵產(chǎn)生的乳酸等單體合成的聚合物。如聚羥基烷酸酯類（PHA）、聚乳酸（ PLA） 等

PHA為聚羥基烷酸酯類降解塑料，目前產(chǎn)業(yè)化品種有：第一代產(chǎn)品PHB（聚3-羥基丁酸酯），第二代產(chǎn)品PHBV（3-羥基丁酸與3-羥基戊酸共聚物），第三代產(chǎn)品PBHH（3-羥基丁酸與3-羥基己酸共聚物），第四代產(chǎn)品P34HB（3-羥基丁酸與4-羥基丁酸共聚物）。PHA類屬于典型的生物降解塑料，具有綜合性能好、綠色環(huán)保等優(yōu)點，缺點為原料價格較高。

聚乳酸（PLA）是目前產(chǎn)量最大、應(yīng)用最廣的合成降解塑料，也是目前降解塑料中價格最低的品種，屬于典型的生物降解塑料。PLA 的主要缺點是脆性大、耐熱溫度低及氣體阻隔性差。目前針對PLA 脆性及耐熱溫度低的改性已取得重大成果，已廣泛用于流延薄膜、片材、板材、注塑和紡絲等產(chǎn)品中。

共混生物分解塑料是指利用上述幾種生物分解材料共混加工得到的產(chǎn)品。如PBS與淀粉、木質(zhì)素、秸稈、殼聚糖以及各種棉麻纖維等的共混改性，既使共混后的復(fù)合材料可降解，又有效降低成本，還能充分利用天然材料，做到綠色低碳環(huán)保。

3.2廢塑料循環(huán)利用

廢塑料的處理方式目前主要有填埋、焚燒、熔融再生、和裂解轉(zhuǎn)化等方法。塑料填埋方法簡單、處理能力大，但不能有效利用資源，且塑料在土壤中長期不能分解，使土壤處于不穩(wěn)定狀態(tài)，并產(chǎn)生二次污染；塑料焚燒可以回收熱能，但燃燒不完全，產(chǎn)生大量有害氣體，特別是二f英等有毒有害物質(zhì)，對生態(tài)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生嚴(yán)重影響；由于廢塑料的多樣性和混雜性，熔融再生法得到的復(fù)合再生塑料性質(zhì)不穩(wěn)定，易變脆，存在質(zhì)量問題和二次污染問題。廢塑料裂解轉(zhuǎn)化制液體燃料（汽油、柴油等）或化工原料，不但能有效解決廢塑料污染問題，還可在一定程度上緩解能源緊缺狀況，可成為最有效的塑料回收利用途徑。

廢塑料裂解油化技術(shù)是指通過加熱或同時加入一定的催化劑，使塑料分解制取燃料油和燃料氣的資源化利用方法。按裂解原理可分為熱裂解法、催化裂解法、熱裂解-催化改質(zhì)法和催化裂解-催化改質(zhì)法。熱裂解法是通過提供熱能，使廢塑料大分子裂解，生成單體或低分子化合物，是最簡單的廢塑料裂解法；催化裂解法是熱裂解與催化裂解同時進行；熱裂解-催化改質(zhì)法是先進行熱裂解，然后對熱裂解產(chǎn)物進行催化改質(zhì)；催化裂解-催化改質(zhì)法是先進行催化裂解，然后對催化裂解產(chǎn)物進行催化改質(zhì)。

通過催化作用，可有效降低裂解溫度，并根據(jù)目的產(chǎn)物不同對產(chǎn)物選擇性進行有效調(diào)控。催化劑性能直接決定芳烴、低碳烯烴等化工原料或液體燃料的產(chǎn)率與質(zhì)量，在適當(dāng)?shù)拇呋瘎┖痛呋瘲l件下，PE、PP、PS等可完全轉(zhuǎn)化，且PS為裂解原料時，可以生成較高含量的苯乙烯單體。催化劑是廢塑料催化轉(zhuǎn)化技術(shù)的關(guān)鍵，也是限制其發(fā)展的重要因素。

目前，裂解油化新技術(shù)在市場上飽受追捧。美國、英國、加拿大、日本等發(fā)達國家，許多公司都已實現(xiàn)熱裂解油化技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化。上海同濟大學(xué)與北京裂源環(huán)保技術(shù)設(shè)備有限公司、上海纖和環(huán)?？萍加邢薰镜嚷?lián)合攻關(guān)，已取得重大進展。研制的裂解爐，可連續(xù)穩(wěn)定生產(chǎn)。產(chǎn)氣率約15%～20%（wt%），產(chǎn)油率達到65%以上（按塑料量計），可以處理廢塑料含量在30%以上的生活垃圾100噸/天，整個系統(tǒng)廢塑料裂解的油、氣、碳產(chǎn)品轉(zhuǎn)化率不低于廢塑料自身質(zhì)量的99%，具有明顯的社會效益和經(jīng)濟效益。

4 結(jié)束語

現(xiàn)階段，由于可降解塑料的消費量只占塑料年消費量的1%左右，大量使用的是不可降解的石化原料生產(chǎn)的塑料，因此，降解塑料新技術(shù)的推廣應(yīng)用及廢塑料裂解油化技術(shù)相結(jié)合才能有效減少廢塑料對環(huán)境的污染。

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第3篇：可降解高分子材料的降解途徑范文

    2 生物材料的類型與應(yīng)用 生物材料種類繁多,到目前為止,被詳細(xì)研究過的生物材料已經(jīng)超過一千種,在醫(yī)學(xué)臨床上廣泛應(yīng)用的也有幾十種,涉及材料學(xué)科各個領(lǐng)域。依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn),可以分為不同的類型。

    2.1 以材料的生物性能為分類標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)材料的生物性能,生物材料可分為生物惰性材料、生物活性材料、生物降解材料和生物復(fù)合材料四類。

    2.1.1 生物惰性材料 生物惰性材料是指一類在生物環(huán)境中能保持穩(wěn)定,不發(fā)生或僅發(fā)生微弱化學(xué)反應(yīng)的生物醫(yī)學(xué)材料,主要是生物陶瓷類和醫(yī)用合金類材料。由于在實際中不存在完全惰性的材料,因此生物惰性材料在機體內(nèi)也只是基本上不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),它與組織間的結(jié)合主要是組織長入其粗糙不平的表面形成一種機械嵌聯(lián),即形態(tài)結(jié)合。生物惰性材料主要包括以下幾類:(1)氧化物陶瓷 主要包括氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷.氧化鋁陶瓷中以純剛玉及其復(fù)合材料的人工關(guān)節(jié)和人工骨為主,具體包括純剛玉雙杯式人工髖關(guān)節(jié);純剛玉— 金屬復(fù)合型人工股骨頭;純剛玉—聚甲基丙烯酸酯—鈷鉻鉬合金鉸鏈?zhǔn)较リP(guān)節(jié),其他人工骨、人工牙根等。(2)玻璃陶瓷 該材料主要用來制作部分人工關(guān)節(jié)。(3)Si3N4 陶瓷 該類材料主要用來制作一些作為替代用的較小的人工骨,目前還不能用作承重材料。(4)醫(yī)用碳素材料 它主要被作為制作人工心臟瓣膜等人工臟器以及人工關(guān)節(jié)等方面的材料。(5)醫(yī)用金屬材料 該類材料是目前人體承重材料中應(yīng)用最廣泛的材料,在其表面涂上活性生物材料后可增加它與人體環(huán)境的相容性.同時它還能制作各類其他人體骨的替代物。

    2.1.2 生物活性材料生物活性材料是一類能誘出或調(diào)節(jié)生物活性的生物醫(yī)學(xué)材料。但是,也有人認(rèn)為生物活性是增進細(xì)胞活性或新組織再生的性質(zhì)?，F(xiàn)在,生物活性材料的概念已建立了牢固的基礎(chǔ),其應(yīng)用范圍也大大擴充. 一些生物醫(yī)用高分子材料,特別是某些天然高分子材料及合成高分子材料都被視為生物活性材料.羥基磷灰石是一種典型的生物活性材料。由于人體骨的主要無機質(zhì)成分為該材料,故當(dāng)材料植入體內(nèi)時不僅能傳導(dǎo)成骨,而且能與新骨形成骨鍵合。在肌肉、韌帶或皮下種植時,能與組織密合,無炎癥或刺激反應(yīng).生物活性材料主要有以下幾類:

    (1)羥基磷灰石,它是目前研究最多的生物活性材料之一,作為最有代表性的生物活性陶瓷—羥基磷灰石(簡稱HAP)材料的研究, 在近代生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科領(lǐng)域一直受到人們的密切關(guān)注.羥基磷灰石 [Ca10(PO4)6(OH)2]是脊椎動物骨和齒的主要無機成分,結(jié)構(gòu)也非常相近,與動物體組織的相容性好、無毒副作用、界面活性優(yōu)于各類醫(yī)用鈦合金、硅橡膠及植骨用碳素材料。因此可廣泛應(yīng)用于生物硬組織的修復(fù)和替換材料,如口腔種植、牙槽脊增高、耳小骨替換、脊椎骨替換等多個方面.另外,在HA 生物陶瓷中耳通氣引流管、頜面骨、鼻梁、假眼球以及填充用HA顆粒和抑制癌細(xì)胞用HA微晶粉方面也有廣泛的應(yīng)用.又因為該材料受到本身脆性高、抗折強度低的限制,因此在承重材料應(yīng)用方面受到了限制.現(xiàn)在該材料已引起世界各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前制備多孔陶瓷和復(fù)合材料是該材料的重要發(fā)展方向,涂層材料也是重要分支之一。該類材料以醫(yī)用為目的,主要包括制粉、燒結(jié)、性能實驗和臨床應(yīng)用幾部分。

    (2)磷酸鈣生物活性材料 這種材料主要包括磷酸鈣骨水泥和磷酸鈣陶瓷纖維兩類.前者是一種廣泛用于骨修補和固定關(guān)節(jié)的新型材料,有望部分取代傳統(tǒng)的PMMA 有機骨水泥. 國內(nèi)研究抗壓強度已達60MPa 以上。后者具有一定的機械強度和生物活性,可用于無機骨水泥的補強及制備有機與無機復(fù)合型植入材料。

    (3)磁性材料 生物磁性陶瓷材料主要為治療癌癥用磁性材料,它屬于功能性活性生物材料的一種。把它植入腫瘤病灶內(nèi),在外部交變磁場作用下,產(chǎn)生磁滯熱效應(yīng),導(dǎo)致磁性材料區(qū)域內(nèi)局部溫度升高,借以殺死腫瘤細(xì)胞,抑制腫瘤的發(fā)展。動物實驗效果良好。

    (4)生物玻璃 生物玻璃主要指微晶玻璃,包括生物活性微晶玻璃和可加工生物活性微晶玻璃兩類。目前關(guān)于該方向的研究已成為生物材料的主要研究方向之一。

    2.1.3 生物降解材料所謂可降解生物材料是指那些在被植入人體以后,能夠不斷的發(fā)生分解,分解產(chǎn)物能夠被生物體所吸收或排出體外的一類材料,主要包括β-TCP 生物降解陶瓷和生物陶瓷藥物載體兩類,前者主要用于修復(fù)良性骨腫瘤或瘤樣病變手術(shù)刮除后所致缺損,而后者主要用作微藥庫型載體,可根據(jù)要求制成一定形狀和大小的中空結(jié)構(gòu),用于各種骨科疾病。

    2.1.4 生物復(fù)合材料生物復(fù)合材料又稱為生物醫(yī)用復(fù)合材料,它是由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)學(xué)材料,并且與其所有單體的性能相比,復(fù)合材料的性能都有較大程度的提高的材料。制備該類材料的目的就是進一步提高或改善某一種生物材料的性能。該類材料主要用于修復(fù)或替換人體組織、器官或增進其功能以及人工器官的制造,它除應(yīng)具有預(yù)期的物理化學(xué)性質(zhì)之外,還必須滿足生物相容性的要求,這里不僅要求組分材料自身必須滿足生物相容性要求,而且復(fù)合之后不允許出現(xiàn)有損材料生物學(xué)性能的性質(zhì)。按基材分生物復(fù)合材料可分為高分子基、金屬基和陶瓷基三類,它們既可以作為生物復(fù)合材料的基材,又可作為增強體或填料,它們之間的相互搭配或組合形成了大量性質(zhì)各異的生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料,利用生物技術(shù),一些活體組織、細(xì)胞和誘導(dǎo)組織再生的生長因子被引入了生物醫(yī)學(xué)材料,大大改善了其生物學(xué)性能,并可使其具有藥物治療功能,已成為生物醫(yī)學(xué)材料的一個十分重要的發(fā)展方向,根據(jù)材料植入體內(nèi)后引起的組織反應(yīng)類型和水平,它又可分為近于生物惰性的、生物活性的、可生物降解和吸收等幾種類型。人和動物中絕大多數(shù)組織均可視為復(fù)合材料,生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料的發(fā)展為獲得真正仿生的生物材料開辟了廣闊的途徑。

    2.2 以材料的屬性為分類標(biāo)準(zhǔn)

    2.2.1 生物醫(yī)用金屬材料生物醫(yī)用金屬材料是用作生物醫(yī)學(xué)材料的金屬或合金,又稱外科用金屬材料或醫(yī)用金屬材料,是一類惰性材料,這類材料具有高的機械強度和抗疲勞性能,是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料。該類材料的應(yīng)用非常廣泛,及硬組織、軟組織、人工器官和外科輔助器材等各個方面,除了要求它具有良好的力學(xué)性能及相關(guān)的物理性質(zhì)外,優(yōu)良的抗生理腐蝕性和生物相容性也是其必須具備的條件。醫(yī)用金屬材料應(yīng)用中的主要問題是由于生理環(huán)境的腐蝕而造成的金屬離子向周圍組織擴散及植入材料自身性質(zhì)的退變,前者可能導(dǎo)致毒副作用,后者常常導(dǎo)致植入的失敗。已經(jīng)用于臨床的醫(yī)用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金等三大類。此外,還有形狀記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮、鋯等。

    2.2.2 生物醫(yī)用高分子材料 醫(yī)用高分子材料是生物醫(yī)學(xué)材料中發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛、用量最大的材料,也是一個正在迅速發(fā)展的領(lǐng)域。它有天然產(chǎn)物和人工合成兩個來源,該材料除應(yīng)滿足一般的物理、化學(xué)性能要求外,還必須具有足夠好的生物相容性。按性質(zhì)醫(yī)用高分子材料可分為非降解型和可生物降解型兩類。對于前者,要求其在生物環(huán)境中能長期保持穩(wěn)定,不發(fā)生降解、交聯(lián)或物理磨損等,并具有良好的物理機械性能。并不要求它絕對穩(wěn)定,但是要求其本身和少量的降解產(chǎn)物不對機體產(chǎn)生明顯的毒副作用,同時材料不致發(fā)生災(zāi)難性破壞。該類材料主要用于人體軟、硬組織修復(fù)體、人工器官、人造血管、接觸鏡、膜材、粘接劑和管腔制品等方面。這類材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等. 而可降解型高分子主要包括膠原、線性脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。它們可在生物環(huán)境作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞和性能蛻變,其降解產(chǎn)物能通過正常的新陳代謝或被機體吸收利用或被排出體外,主要用于藥物釋放和送達載體及非永久性植入裝置.按使用的目的或用途,醫(yī)用高分子材料還可分為心血管系統(tǒng)、軟組織及硬組 織等修復(fù)材料。用于心血管系統(tǒng)的醫(yī)用高分子材料應(yīng)當(dāng)著重要求其抗凝血性好,不破壞紅細(xì)胞、血小板,不改變血液中的蛋白并不干擾電解質(zhì)等。

    2.2.3 生物醫(yī)用無機非金屬材料或稱為生物陶瓷。生物醫(yī)用非金屬材料,又稱生物陶瓷。包括陶瓷、玻璃、碳素等無機非金屬材料。此類材料化學(xué)性能穩(wěn)定,具有良好的生物相容性。一般來說,生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三類。其中惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷在前面已經(jīng)簡要作了介紹,而功能活性生物陶瓷是近年來提出的一個新概念.隨著生物陶瓷材料研究的深入和越來越多醫(yī)學(xué)問題的出現(xiàn),對生物陶瓷材料的要求也越來越高。原先的生物陶瓷材料無論是生物惰性的還是生物活性的,強調(diào)的是材料在生物體內(nèi)的組織力學(xué)環(huán)境和生化環(huán)境的適應(yīng)性,而現(xiàn)在組織電學(xué)適應(yīng)性和能參與生物體物質(zhì)、能量交換的功能已成為生物材料應(yīng)具備的條件。因此,又提出了功能活性生物材料的概念。它主要包括以下兩類:(1)模擬性生物陶瓷材料 該類材料是將天然有機物(如骨膠原、纖維蛋白以及骨形成因子等)和無機生物材料復(fù)合,來模擬人體硬組織成分和結(jié)構(gòu),以改善材料的力學(xué)性能和手術(shù)的可操作性,并能發(fā)揮天然有機物的促進人體硬組織生長的特性。(2)帶有治療功能的生物陶瓷復(fù)合材料 該類材料是利用骨的壓電效應(yīng)能刺激骨折愈合的特點,使壓電陶瓷與生物活性陶瓷復(fù)合,在進行骨置換的同時,利用生物體自身運動對置換體產(chǎn)生的壓電效應(yīng)來刺激骨損傷部位的早期硬組織生長。具體來說是由于腫瘤中血管供氧不足,當(dāng)局部被加熱到43~45℃時,癌細(xì)胞很容易被殺死。現(xiàn)在最常用的是將鐵氧體與生物活性陶瓷復(fù)合,填充在因骨腫瘤而產(chǎn)生的骨缺損部位,利用外加交變磁場,充填物因磁滯損耗而產(chǎn)生局部發(fā)熱,殺死癌細(xì)胞,又不影響周圍正常組織?，F(xiàn)在,功能活性生物陶瓷的研究還處于探索階段,臨床應(yīng)用鮮有報道,但其發(fā)展應(yīng)用前景是很光明的。各種不同種類的生物陶瓷的物理、化學(xué)和生物性能差別很大,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用途也不同.尤其是功能活性陶瓷更有不可估量的發(fā)展前途.臨床應(yīng)用中,生物陶瓷存在的主要問題是強度和韌性較差.氧化鋁、氧化鋯陶瓷耐壓、耐磨和化學(xué)穩(wěn)定性比金屬、有機材料都好,但其脆性的問題也沒有得到解決。生物活性陶瓷的強度則很難滿足人體承力較大部位的需要。

    2.2.4 生物醫(yī)用復(fù)合材料此類材料在2.1.4 中已有介紹,此處不再詳述

    2.2.5 生物衍生材料生物衍生材料是由經(jīng)過特殊處理的天然生物組織形成的生物醫(yī)用材

    料,也稱為生物再生材料.生物組織可取自同種或異種動物體的組織. 特殊處理包括維持組織原有構(gòu)型而進行的固定、滅菌和消除抗原性的輕微處理,以及拆散原有構(gòu)型、重建新的物理形態(tài)的強烈處理.由于經(jīng)過處理的生物組織已失去生命力,生物衍生材料是無生命力的材料. 但是,由于生物衍生材料或是具有類似于自然組織的構(gòu)型和功能,或是其組成類似于自然組織,在維持人體動態(tài)過程的修復(fù)和替換中具有重要作用.主要用于人工心瓣膜、血管修復(fù)體、皮膚掩膜、纖維蛋白制品、骨修復(fù)體、鞏膜修復(fù)體、鼻種植體、血液唧筒、血漿增強劑和血液透析膜等.

    3. 生物材料的性能評價 目前關(guān)于生物材料性能評價的研究主要集中在生物相容性方面.因為生物相容性是生物材料研究中始終貫穿的主題.它是指生命體組織對生物材料產(chǎn)生反應(yīng)的一種性能,該材料既能是非活性的又能是活性的.一般是指材料與宿主之間的相容性,包括組織相容性和血液相容性.現(xiàn)在普遍認(rèn)為,生物相容性包括兩大原則,一是生物安全性原則,二是生物功能性原則.生物安全性是植入體內(nèi)的生物材料要滿足的首要性能,是材料與宿主之間能否結(jié)合完好的關(guān)鍵.關(guān)于生物材料生物學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)的研究始于20 世紀(jì)70 年代,目前形成了從細(xì)胞水平到整體動物的較完整的評價框架.國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)以 10993編號了17個相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),同時對生物學(xué)評價方法也進行了標(biāo)準(zhǔn)化.迫于現(xiàn)代社會動物保護和減少動物試驗的壓力,國際上各國專家對體外評價方法進行了大量的研究,同時利用現(xiàn)代分子生物學(xué)手段來評價生物材料的安全性、使評價方法從整體動物和細(xì)胞水平深入到分子水平.主要在體外細(xì)胞毒性試驗、遺傳性和致癌性試驗以及血液相容性評價方法等方面進行了一些研究.但具體評價方法和指標(biāo)都未統(tǒng)一,更沒有標(biāo)準(zhǔn)化.隨著對生物材料生物相容性的深入研究,人們發(fā)現(xiàn)評價生物材料對生物功能的影響也很重要.關(guān)于這一方面的研究主要是體外法。具體來說側(cè)重于對細(xì)胞功能的影響和分子生物學(xué)評價方面的一些研究?？傊?關(guān)于生物功能性的原則是提出不久的一個新的生物材料的評價方面,它必將隨著研究的不斷深入而向前發(fā)展.而涉及材料的化學(xué)穩(wěn)定性、疲勞性能、摩擦、磨損性能的生物材料在人體內(nèi)長期埋植的穩(wěn)定性是需要開展評價研究的一個重要方面。

    4 生物材料的發(fā)展趨勢展望 生物材料科學(xué)是20 世紀(jì)新興學(xué)科中最耀眼的新星之一?，F(xiàn)在,生物材料科學(xué)已成為一門與人類現(xiàn)代醫(yī)療保健系統(tǒng)密切相關(guān)的邊緣學(xué)科。其重要性不僅因為它與人類自身密切相關(guān),還因為它跨越了材料、醫(yī)學(xué)、物理、生物化學(xué)和現(xiàn)代高科技等諸多學(xué)科領(lǐng)域?，F(xiàn)在對于該材料的研究已從被動地適應(yīng)生物環(huán)境發(fā)展到有目的地設(shè)計材料,以達到與生物組織的有機連接。并隨著生命科學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展,生物材料必將走向功能性半生命方向。生物材料的臨床應(yīng)用已從短期的替換和填充發(fā)展成永久性牢固種植,并與其它高科技(如電子技術(shù)、信息處理技術(shù))相結(jié)合,制備富有應(yīng)用潛力的醫(yī)療器械。生物材料的研究在世界各國也日益受到重視.四年一次的世界生物材料大會代表著國際上生物材料研究的發(fā)展動態(tài)和目前的水平。分析認(rèn)為,以下幾個方面是生物材料今后研究發(fā)展的幾個主要方向:

    (1)發(fā)展具有主動誘導(dǎo)、激發(fā)人體組織和器官再生修復(fù)功能的,能參與人體能量和物質(zhì)交換產(chǎn)生相互結(jié)合的功能性活性生物材料,將成為生物材料研究的主要方向之一。

    (2)把生物陶瓷與高分子聚合物或生物玻璃進行二元或多元復(fù)合,來制備接近人體骨真實情況的骨修復(fù)或替代材料將成為研究的重要方向之一。

    (3)制備接近天然人骨形態(tài)的、納微米相結(jié)合的、用于承重的、多孔型生物復(fù)合材料將成為方向之一。

    (4)用于延長藥效時間、提高藥物效率和穩(wěn)定性、減少用量及對機體的毒副作用的藥物傳遞材料將成為研究熱點之一。

    (5)血液相容性人工臟器材料的研究也是突破方向之一。

    (6)如何能夠制備出納米尺寸的生物材料的工藝以及納米生物材料本身將成為研究熱點之一。

第4篇：可降解高分子材料的降解途徑范文

關(guān)鍵詞：共性規(guī)律 先進材料 研究方法

人類社會文明發(fā)展的歷程，是以材料為主要標(biāo)志的。每一種材料的發(fā)現(xiàn)、發(fā)明和使用，都會把人類改造自然的能力提高到一個新的水平，把人類文明和社會發(fā)展推向一個新的臺階。而自然科學(xué)的各種研究方法在材料科學(xué)的發(fā)展中發(fā)揮了很大的作用，掌握材料學(xué)科的發(fā)展和研究方法對于材料學(xué)科研究人員和學(xué)生是非常必要的。認(rèn)識材料科學(xué)與工程學(xué)科的內(nèi)在科學(xué)規(guī)律和發(fā)展趨勢，對材料的研究開發(fā)思路和各種方法有一個科學(xué)辯證的概念，能進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和創(chuàng)新精神，為今后從事材料的設(shè)計和研究工作奠定基礎(chǔ)。

一、材料的共性規(guī)律

材料主要分金屬材料、無機非金屬材料和有機高分子材料，三大材料都具有晶體結(jié)構(gòu)，但是陶瓷和高分子材料的組織結(jié)構(gòu)要比金屬的復(fù)雜。由于它們的結(jié)合鍵不同，得金屬具有較高的強度、剛度、導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能，無機非金屬則具有耐高溫、耐腐蝕、具有轉(zhuǎn)變物理性能和脆性，有機高分子具有比強度高、耐磨、耐腐蝕、易老化、剛度小的特點。然而，它們在不同環(huán)境介質(zhì)下有著共同的效應(yīng)，例如界面效應(yīng)，在界面處都有分割、不連續(xù)、吸熱特征；還有材料的動態(tài)效應(yīng)、復(fù)合效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)、納米效應(yīng)等。三大材料存在著共同規(guī)律，陶瓷的實際晶體中存在著各種缺陷，金屬與合金存在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變、馬氏體相變、有序——無序轉(zhuǎn)變，在其他材料中也有這些轉(zhuǎn)變。陶瓷中存在同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。對于有機固體相變的研究發(fā)現(xiàn)，許多由簡單分子組成的有機固體也具有復(fù)雜的同素異構(gòu)轉(zhuǎn)變。在外力的作用下都會發(fā)生彈、塑性變形和斷裂過程，而且它們應(yīng)用相同力學(xué)性能測試技術(shù)，具有相似的規(guī)律。

二、材料科學(xué)發(fā)展的重點

材料科學(xué)發(fā)展的重點是（一）開發(fā)新材料，發(fā)展高技術(shù)產(chǎn)業(yè)；（二）納米材料和納米技術(shù)的開發(fā)。先進材料主要包括新能源材料、信息功能材料、生物材料、智能材料、功能復(fù)合材料和生態(tài)環(huán)境材料。

信息功能材料主要用于計算機、通信和控制，其特點是要求高、發(fā)展快、種類繁多。例如集成電路所需材料、計算機敏感元件傳感器材料、新型半導(dǎo)體材料、存儲介質(zhì)材料和高溫超導(dǎo)材料的開發(fā)和應(yīng)用代表了信息功能材料的發(fā)展程度。生物材料又稱為人造生物類材料，即類生物材料。類生物材料一般包括生物醫(yī)用材料、仿生材料和生物靈性材料。生物醫(yī)用材料已經(jīng)成為人類非常關(guān)注的領(lǐng)域，生物仿生陶瓷、生物可降解高分子材料是醫(yī)用生物材料的重要方向。仿生材料涉及面也很廣，以往研究比較多的有珍珠、貝殼、竹子、骨骼、飛鳥等，仿生材料的更長遠目標(biāo)是使生物技術(shù)原理用于工業(yè)生產(chǎn)，改變高溫、高壓及耗能高的生產(chǎn)方式。

智能材料是一種能感知外部刺激，能夠判斷并適當(dāng)處理且本身可執(zhí)行的新型功能材料。如形狀記憶材料、磁致伸縮材料、導(dǎo)電高分子材料、電流變液和磁流變液等智能材料驅(qū)動組件在航空上的應(yīng)用已經(jīng)取得了大量的創(chuàng)新成果。復(fù)合材料的內(nèi)涵比較豐富，從復(fù)合的角度來說，未來的研究與發(fā)展重點是發(fā)展功能、智能復(fù)合材料，由于復(fù)合材料的設(shè)計自由度大，所以更適合發(fā)展多功能復(fù)合材料。功能復(fù)合材料涉及面比較廣，包括電功能材料、磁功能材料、光功能材料、聲功能材料、熱功能材料、進行功能材料和化學(xué)功能材料。

生態(tài)環(huán)境材料定義是具有良好的使用性能和與環(huán)境協(xié)調(diào)性的材料。生態(tài)環(huán)境材料主要分為環(huán)境相容材料（包括純天然材料、仿生物材料、綠色包裝材料和生態(tài)建筑材料）、環(huán)境降解材料和環(huán)境工程材料（包括環(huán)境修復(fù)材料、環(huán)境凈化材料和環(huán)境替代材料）。目前生態(tài)環(huán)境材料主要的研究方向有：生物可降解材料技術(shù)，CO2氣體的固化技術(shù)，SOx、NOx等催化轉(zhuǎn)化技術(shù)，廢物的再資源化技術(shù)，環(huán)境污染修復(fù)技術(shù)、仿生材料、環(huán)境保護材料、氟里昂和石棉等有害物質(zhì)的替代材料和綠色新材料等。

納米材料及制備技術(shù)的開發(fā)迫在眉睫，當(dāng)物質(zhì)到納米尺度時，其表面電子結(jié)構(gòu)和晶體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，產(chǎn)生了宏觀物體不具備的小尺寸效應(yīng)、量子效應(yīng)、表面效應(yīng)和界面效應(yīng)。材料顯示出奇特的物理、化學(xué)性能，利用這一效應(yīng)可大幅度提高結(jié)構(gòu)材料的強度，改善其脆性。納米研究的主要領(lǐng)域包括金屬、陶瓷、玻璃和聚合物方面的納米材料，目前對納米材料的應(yīng)用研究熱點主要集中在納米管、納米帶、納米薄膜、納米復(fù)合材料和納米金屬材料等幾個方面。納米材料在使用中亟待解決的問題是納米材料的設(shè)計和控制、制備技術(shù)與工藝。納米材料在應(yīng)用中有很多優(yōu)點，但在使用和生產(chǎn)的過程中有可能使接觸人員吸入納米顆粒，造成對肺部的傷害，所以納米材料在研究和應(yīng)用過程中要考慮對健康、安全和環(huán)境的影響。

三、綠色材料科學(xué)技術(shù)

綠色材料科學(xué)技術(shù)從廣義上來講，包括的內(nèi)容較多，例如積極開發(fā)新材料、新能源、材料的回收與再利用、改造傳統(tǒng)工藝和生產(chǎn)流程等。發(fā)展綠色材料科學(xué)技術(shù)，很重要的措施是積極開發(fā)和采用新工藝、新技術(shù)，特別是傳統(tǒng)材料產(chǎn)品產(chǎn)業(yè)。例如，粉末注射成型是制備各種金屬和陶瓷高性能零件的高效、節(jié)能、環(huán)境友好、低成本、大批量生產(chǎn)的工藝，最近20年來發(fā)展十分迅速。

四、材料的基本研究方法

對于材料設(shè)計和研究采用的自然科學(xué)基本方法主要有歸納法、演繹法、分析法、綜合法、類比法、移植法、黑箱法、相關(guān)法、數(shù)學(xué)方法、模型法、原型啟發(fā)法等。

歸納法是從積累大量數(shù)據(jù)到概括出一般原理的過程，結(jié)果具有一定的可靠性，主要用于科學(xué)發(fā)現(xiàn)，這種方法的局限性是推理具有或然性。演繹法是由一般原理推論出個別結(jié)論的方法，可用于預(yù)見科學(xué)事實，是提出科學(xué)假說的重要方法。分析法與綜合法相結(jié)合是科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新的重要途徑。類比法和移植法可以將某一領(lǐng)域的方法和技術(shù)應(yīng)用到其他學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域中，比如螺旋槳技術(shù)用在飛機等領(lǐng)域，拉鏈技術(shù)應(yīng)用在裝飾、醫(yī)學(xué)等多個領(lǐng)域。數(shù)學(xué)方法能揭示研究對象的本質(zhì)特征和變化規(guī)律，是解決科學(xué)技術(shù)問題常用的也是最重要的方法，是表述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)域行為的一種科學(xué)方法。例如谷神星的發(fā)現(xiàn)，是意大利科學(xué)家觀察，高斯計算，被稱為“鉛筆尖”發(fā)現(xiàn)的新行星。原型啟發(fā)法與仿生法是對自然現(xiàn)象和自然界的動植物進行觀察、探索受到啟發(fā)來進行科學(xué)研究和創(chuàng)造發(fā)明，例如美國佛羅里達州立大學(xué)工程師Rick Lind從海鷗身上得到啟發(fā)，研制出一種能在高層建筑周圍尋找出路，同時又可猛撲向林蔭大道的遠程遙控偵察機。日本新干線子彈頭列車速度可達321公里/h，“取經(jīng)”于貓頭鷹羽毛和翠鳥喙的降噪設(shè)計，行駛過程出奇地安靜。這是由于貓頭鷹的羽毛呈鋸齒狀排列，可悄無聲息地穿過夜空；列車的“鼻子”與翠鳥喙類似，這種形狀可幫助列車在穿過隧道時不會產(chǎn)生低水平音爆。

研究材料的結(jié)構(gòu)和性能之間的關(guān)系常常采用黑箱法、相關(guān)法、過程法和環(huán)境法。黑箱法是在無法知道研究對象本質(zhì)機理的情況下采用的，相關(guān)法研究材料組織結(jié)構(gòu)與性能之間有對應(yīng)關(guān)系時采用，得到的關(guān)系式有一定的物理意義。過程法是研究對象的本質(zhì)，又稱為分析法，相關(guān)法和過程法是相輔相成的，環(huán)境法通過各種環(huán)境因素來研究材料組織性能的演化規(guī)律。

材料科學(xué)從經(jīng)驗科學(xué)走向理性科學(xué)，很重要的發(fā)展方向是材料研究的模型化與模擬。模型化是將真實情況簡單化處理，建立一個反映真實情況本質(zhì)特征的模型，并進行公式化描述。模擬是對真實事物或者過程的虛擬，模擬方法是把所求解問題轉(zhuǎn)化為大量微觀事件的情況下，提供一種數(shù)值解法。目前在國內(nèi)外材料研究及加工領(lǐng)域中開展了很多模型化和模擬方面的研究工作，為進一步的實驗工作提供了可靠的依據(jù)。

五、本課程開設(shè)的重要意義

這門課程除了具有完整的材料科學(xué)知識結(jié)構(gòu)，精致的課件也使得學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中受到視覺和聽覺的沖擊。在掌握理論知識同時，大量實例將理論和實踐應(yīng)用結(jié)合起來，引導(dǎo)學(xué)生如何去認(rèn)識材料，去研究材料，去設(shè)計材料，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中真切地體會到知識是如何學(xué)以致用的，并且激發(fā)他們對于這些知識探索的興趣。對教師而言，在講授這門課程的過程中，通過對材料設(shè)計、制備、研究方法內(nèi)容的整合，個人的專業(yè)知識得到了極大的豐富，為今后研究方向的選題、方案的設(shè)計以及研究方法的應(yīng)用提供了思路和參考。

參考文獻：

[1]戴起勛，趙玉濤.材料科學(xué)研究方法（第2版）.國防工業(yè)出版社，2008

第5篇：可降解高分子材料的降解途徑范文

Abstract： Docetaxel has good clinical effect on many kinds of cancer. However， the adverse reaction caused by docetaxel and its solvent have overshadowed its clinical application. To solve this problem， this article studies on application of polymeric micelles for docetaxel delivery have been widely concerned. This article reviewed the research progress of polymeric micelles for docetaxel， providing reference for the development of novel nanoformulations for docetaxel.

P鍵詞： 多西紫杉醇；聚合物膠束；藥物傳遞系統(tǒng)

Key words： docetaxel；polymeric micelles；drug delivery systems

中圖分類號：R914 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2017）16-0206-02

0 引言

多西紫杉醇是紫杉醇結(jié)構(gòu)改造過程中合成出來的衍生物，能夠擾亂微管的解聚組裝，使細(xì)胞分裂停止于有絲分裂期而抑制細(xì)胞增殖、誘導(dǎo)細(xì)胞凋亡，具有廣譜抗癌活性，已經(jīng)廣泛用于乳腺癌、非小細(xì)胞肺癌、卵巢癌等實體癌的治療[1]。然而，多西紫杉醇在水中溶解性極低。市售制劑采用的吐溫80增溶劑具有溶血性，容易讓患者出現(xiàn)嚴(yán)重過敏反應(yīng)，其臨床應(yīng)用受到了極大影響。近年來，為了降低毒副反應(yīng)，增強抗癌活性，納米載體的多西紫杉醇傳遞系統(tǒng)研究取得了較大進展。常見的納米藥物載體包括脂質(zhì)體、聚合物納米粒、脂質(zhì)納米粒、聚合物膠束、納米乳、納米囊等。

聚合物膠束屬于納米藥物載體中的一類。達到臨界膠束濃度后，同時具有親水和憎水基團的兩親性聚合物會在水中自組裝形成膠束，具有疏水性的內(nèi)核和親水性的外殼。與其它類型的納米載體相比較，膠束的疏水內(nèi)核可增溶難溶性藥物，具有良好載藥性能及藥物控釋能力；親水外殼則發(fā)揮提高載藥系統(tǒng)穩(wěn)定性的作用，改善所負(fù)載藥物的體內(nèi)藥動學(xué)行為。此外，膠束的納米級粒徑能實現(xiàn)對腫瘤組織的被動靶向作用。隨著高分子材料化學(xué)的逐步發(fā)展，聚合物膠束被越來越多地應(yīng)用于抗癌藥物傳遞系統(tǒng)。本文綜述了多西紫杉醇聚合物膠束的研究進展，以期為新型納米制劑的開發(fā)應(yīng)用提供參考。

1 聚合物膠束制備方法

聚合物和藥物之間通過共價鍵、非共價鍵（包括靜電作用、氫鍵、疏水作用等）形成載藥膠束。根據(jù)兩者各自的理化性質(zhì)，可以采用物理包埋、化學(xué)結(jié)合及靜電作用等方法制備載藥聚合物膠束[2]。

物理包埋法的原理是利用聚合物疏水嵌段的結(jié)構(gòu)調(diào)整，以分子間作用力將藥物分子包封于膠束的疏水內(nèi)核。載藥膠束的制備常用透析法、直接溶解法、O/W乳化法、冷凍干燥法和溶劑蒸發(fā)法?；瘜W(xué)結(jié)合法則是利用藥物分子和聚合物之間共價鍵結(jié)合形成載藥膠束系統(tǒng)。此類載藥膠束中的藥物分子有兩種釋放途徑：聚合物膠束解體后，藥物和聚合物之間共價鍵斷裂，藥物隨即釋放；聚合物膠束結(jié)構(gòu)完整，內(nèi)部的藥物與聚合物間共價鍵斷裂，藥物從聚合物膠束里擴散而出。靜電作用法是聚合物疏水區(qū)和藥物通過靜電作用緊密結(jié)合。例如，可以通過核酸類、肽類或者蛋白質(zhì)類藥物與帶相反電荷聚合物之間的靜電相互作用制備載藥聚合物膠束。

2 載藥聚合物膠束體系

許多聚合物膠束已用于負(fù)載多西紫杉醇，如維生素E聚乙二醇琥珀酸酯膠束、Pluronic膠束、聚乙二醇單甲醚-聚乳酸/Pluronic混合膠束、聚氧乙烯-聚己內(nèi)酯膠束、聚乙二醇-b-聚己內(nèi)酯膠束和聚乙二醇單甲醚-b-聚（L-乳酸）膠束[1]。這些報道的聚合物膠束能夠增溶多西紫杉醇，防止其過快降解，并有效提高其生物利用度和腫瘤治療效果。

2.1 聚乳酸膠束

聚乳酸在體內(nèi)的最終代謝產(chǎn)物僅僅是水和二氧化碳，中間的代謝產(chǎn)物（乳酸）也屬于體內(nèi)正常代謝產(chǎn)物且不會在體內(nèi)累積。聚乳酸的生物相容性很好，是一種可生物降解的高分子材料，目前已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于生物醫(yī)藥領(lǐng)域。季冬英等[3]用開環(huán)反應(yīng)合成的聚乳酸-聚乙二醇單甲醚共聚物，采用溶劑蒸發(fā)-固體熔融分散法制得的膠束載體顯示出對多西紫杉醇優(yōu)秀的載藥性能。有一些聚乳酸膠束，在日本、歐洲、美國等地區(qū)已經(jīng)處于臨床評估或臨床使用階段。BIND-014就是基于聚乙二醇-聚乳酸或聚乙二醇-羥基乙酸-聚乳酸的多西紫杉醇膠束制劑，用于臨床治療轉(zhuǎn)移癌和晚期實體瘤。

2.2 聚己內(nèi)酯膠束

聚己內(nèi)酯屬于人工合成的聚酯類生物高分子材料，熱穩(wěn)定性好，降解后的產(chǎn)物為二氧化碳和水，生物相容性很好，對人體無毒，作為腫瘤治療藥物的載體材料表現(xiàn)出良好的透過性和相容性，并可獲得滿意的藥物釋放行為。聚己內(nèi)酯是美國食品與藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)應(yīng)用于人體的高分子材料，與其他高分子的相容性較好，可以制備性能優(yōu)良的多種共聚物膠束。樸圣君等[4]探討多西紫杉醇-聚乙二醇-聚己內(nèi)酯嵌段共聚物膠束治療裸鼠前列腺癌的作用，研究表明該膠束與單純多西紫杉醇相比，具有更好的體內(nèi)長循環(huán)靶向作用，能更有效地抑制裸鼠前列腺癌腫瘤的增長，為治療前列腺癌的有效新型制劑。張文君等[5]采用丙酮-納米沉淀法制備聚乙二醇單甲醚-聚己內(nèi)酯膠束，考察該載藥納米粒子的靶向抗腫瘤作用。體內(nèi)實驗結(jié)果顯示多西紫杉醇納米粒子的抗腫瘤效果明顯優(yōu)于臨床上常用的泰素帝。

2.3 混合膠束

混合膠束指的是由兩種或兩種以上兩親性聚合物按一定比例混合得到的膠束體系，其穩(wěn)定性高于單組分膠束。選用天然的、低毒的聚合物制備成載藥混合膠束，可提高難溶性藥物的溶解度和穩(wěn)定性，并降低毒副作用。張偉等[6]實驗制備了由Pluronic F127和Pluronic P123M成的混合膠束，并將其用作紫杉醇的納米載體，制劑的抗腫瘤活性比單一使用PluronicP123膠束系統(tǒng)更強。Pluronic F127是基于聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯的三嵌段共聚物，其安全性高、生物相容性好，被廣泛用作納米載體材料。吳文婷[7]等選用Pluronic F127和毒性低、增溶效果好的聚乙二醇十二羥基硬脂酸酯15為載體材料，多西紫杉醇為模型藥物，獲得新型載多西紫杉醇混合膠束系統(tǒng)，以期達到增溶、增效、降低毒副作用，便于臨床應(yīng)用的目的。

2.4 脂質(zhì)核膠束

脂質(zhì)核膠束是由脂質(zhì)嵌段作為膠束內(nèi)核的一種新型膠束，內(nèi)核的穩(wěn)定性好、疏水效果強，對親脂憎水性藥物的載藥量高，適用于靜脈給藥；臨界膠束濃度低，給藥后的體內(nèi)稀釋穩(wěn)定性好；制備材料簡單，易于大規(guī)模的商業(yè)性生產(chǎn)。胡凱莉等[8]通過薄膜水化法成功制備了二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000（PEG-2000DSPE）的載多西紫杉醇脂質(zhì)核膠束，PEG鏈可以保護膠束系統(tǒng)和其中的藥物被機體免疫系統(tǒng)識別，起到長循環(huán)的作用，而成核的DSPE，可以被哺乳動物分泌的磷脂酶A2降解，具有較好的生物可降解性。

2.5 復(fù)方制劑膠束

含兩種或兩種以上藥物成分的制劑，稱為復(fù)方制劑。郭雄等[9]將多西紫杉醇和白藜蘆醇組成復(fù)方制劑，降低多西紫杉醇的用量和毒性，同時借助于白藜蘆醇的抗腫瘤干細(xì)胞作用獲得更好的治療效果。采用薄膜分散法制備了同時包載白藜蘆醇和多西紫杉醇的單甲氧基聚乙二醇-聚丙交酯共聚物膠束，提高了兩種藥物溶解度，采用Box-Behnken效應(yīng)面法優(yōu)化了載藥膠束的處方。邵鋮t等[10]用聚乙二醇單甲醚-聚乳酸嵌段共聚物同時增溶紫杉醇和多西紫杉醇，得到的雙藥膠束穩(wěn)定性增強，并且對兩種藥物的載藥量都可以達到25%。雙藥膠束作為一種高載藥率和高穩(wěn)定性的載藥形式，是膠束設(shè)計的一個新的選擇。

3 結(jié)論和展望

大量研究證明，作為一種非常有應(yīng)用前景的藥物傳遞系統(tǒng)，聚合物膠束能夠?qū)崿F(xiàn)藥物增溶、減毒增效、腫瘤靶向等要求。隨著分子生物學(xué)、腫瘤學(xué)、藥劑學(xué)的融合快速發(fā)展，多西紫杉醇聚合物膠束在腫瘤診治上的研究也將不斷拓展。然而，多西紫杉醇聚合物膠束的物理化學(xué)穩(wěn)定性、制備質(zhì)量控制、貯存條件、體內(nèi)代謝和大規(guī)模生產(chǎn)技術(shù)等仍然有待深入研究。我們相信，隨著國內(nèi)外學(xué)者的不斷努力，多西紫杉醇聚合物膠束制劑會越來越多地服務(wù)于臨床治療。

參考文獻：

[1]程樹倉，龐鑫，翟光喜.多烯紫杉醇納米制劑的研究進展[J].藥學(xué)研究，2013（01）：45-48，54.

[2]Badaoui Fatima Zohra，張燦.載藥聚合物膠束的制備和腫瘤靶向性研究進展[J].北方藥學(xué)，2013（06）：61-63.

[3]季冬英，吳瓊珠，平其能.PLA-mPEG的合成和多西紫杉醇聚合物膠束的制備[J].中國藥科大學(xué)學(xué)報，2008（03）：223-227.

[4]樸圣君，李曉剛，吳文元，等.多西紫杉醇-聚乙二醇-聚己內(nèi)酯嵌段共聚物膠束治療裸鼠前列腺癌的研究[J].臨床泌尿外科雜志，2014（08）：721-725.

[5]張文君，劉芹.多西紫杉醇載藥納米粒子對小鼠肝癌移植瘤的靶向治療作用[J].實用臨床醫(yī)藥雜志，2012（05）：1-3，6.

[6]張偉.功能性Pluronic P123/F127混合膠束用于治療多藥耐藥腫瘤的研究[D].復(fù)旦大學(xué)，2010.

[7]吳文婷，石文晶，吳瓊珠，等.載多烯紫杉醇Solutol HS15/Pluronic F127混合膠束的制備及體外評價[J].藥學(xué)進展，2013，（05）：222-229.

[8]胡凱莉，賈娜，劉梅，等.多烯紫杉醇脂質(zhì)核膠束的制備及性質(zhì)考察[J].中成藥，2014（06）：1181-1186.

第6篇：可降解高分子材料的降解途徑范文

0　引　言

生物醫(yī)用復(fù)合材料(biomedical composite materials)是由兩種或兩種以上的不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)用材料，它主要用于人體組織的修復(fù)、替換和人工器官的制造［1］。長期臨床發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料和高分子材料不具生物活性，與組織不易牢固結(jié)合，在生理環(huán)境中或植入體內(nèi)后受生理環(huán)境的，導(dǎo)致金屬離子或單體釋放，造成對機體的不良影響。而生物陶瓷材料雖然具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和相容性、高的強度和耐磨、耐蝕性，但材料的抗彎強度低、脆性大，在生理環(huán)境中的疲勞與破壞強度不高，在沒有補強措施的條件下，它只能應(yīng)用于不承受負(fù)荷或僅承受純壓應(yīng)力負(fù)荷的情況。因此，單一材料不能很好地滿足臨床應(yīng)用的要求。利用不同性質(zhì)的材料復(fù)合而成的生物醫(yī)用復(fù)合材料，不僅兼具組分材料的性質(zhì)，而且可以得到單組分材料不具備的新性能，為獲得結(jié)構(gòu)和性質(zhì)類似于人體組織的生物醫(yī)學(xué)材料開辟了一條廣闊的途徑，生物醫(yī)用復(fù)合材料必將成為生物醫(yī)用材料和中最為活躍的領(lǐng)域。

1　生物醫(yī)用復(fù)合材料組分材料的選擇要求

生物醫(yī)用復(fù)合材料根據(jù)應(yīng)用需求進行設(shè)計，由基體材料與增強材料或功能材料組成，復(fù)合材料的性質(zhì)將取決于組分材料的性質(zhì)、含量和它們之間的界面。常用的基體材料有醫(yī)用高分子、醫(yī)用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸鈣基或其他生物陶瓷、醫(yī)用不銹鋼、鈷基合金等醫(yī)用金屬材料；增強體材料有碳纖維、不銹鋼和鈦基合金纖維、生物玻璃陶瓷纖維、陶瓷纖維等纖維增強體，另外還有氧化鋯、磷酸鈣基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等顆粒增強體。

植入體內(nèi)的材料在人體復(fù)雜的生理環(huán)境中，長期受物理、化學(xué)、生物電等因素的影響，同時各組織以及器官間普遍存在著許多動態(tài)的相互作用，因此，生物醫(yī)用組分材料必須滿足下面幾項要求：(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保證材料復(fù)合后不出現(xiàn)有損生物學(xué)性能的現(xiàn)象；(2)具有良好的生物穩(wěn)定性，材料的結(jié)構(gòu)不因體液作用而有變化，同時材料組成不引起生物體的生物反應(yīng)；(3)具有足夠的強度和韌性，能夠承受人體的機械作用力，所用材料與組織的彈性模量、硬度、耐磨性能相適應(yīng)，增強體材料還必須具有高的剛度、彈性模量和抗沖擊性能；(4)具有良好的滅菌性能，保證生物材料在臨床上的順利應(yīng)用。此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困難而使其應(yīng)用受到限制。

2　生物醫(yī)用復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用

2.1　陶瓷基生物醫(yī)用復(fù)合材料

陶瓷基復(fù)合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基體，通過不同方式引入顆粒、晶片、晶須或纖維等形狀的增強體材料而獲得的一類復(fù)合材料。生物陶瓷基復(fù)合材料雖沒有多少品種達到臨床應(yīng)用階段，但它已成為生物陶瓷研究中最為活躍的領(lǐng)域，其研究主要集中于生物材料的活性和骨結(jié)合性能研究以及材料增強研究等。

Al2O3、ZrO3等生物惰性材料自70年代初就開始了臨床應(yīng)用研究，但它與生物硬組織的結(jié)合為一種機械的鎖合。以高強度氧化物陶瓷為基材，摻入少量生物活性材料，可使材料在保持氧化物陶瓷優(yōu)良力學(xué)性能的基礎(chǔ)上賦予其一定的生物活性和骨結(jié)合能力。將具有不同膨脹系數(shù)的生物玻璃用高溫熔燒或等離子噴涂的，在致密Al2O3陶瓷髖關(guān)節(jié)植入物表面進行涂層，試樣經(jīng)高溫處理，大量的Al2O3進入玻璃層中，有效地增強了生物玻璃與Al2O3陶瓷的界面結(jié)合，復(fù)合材料在緩沖溶液中反應(yīng)數(shù)十分鐘即可有羥基磷灰石的形成［2］。為滿足外科手術(shù)對生物學(xué)性能和力學(xué)性能的要求，人們又開始了生物活性陶瓷以及生物活性陶瓷與生物玻璃的復(fù)合研究，以使材料在氣孔率、比表面積、生物活性和機械強度等方面的綜合性能得以改善。近年來，對羥基磷灰石(HA)和磷酸三鈣(TCP)復(fù)合材料的研究也日益增多［3，4］。30% HA與70%TCP在1150℃燒結(jié)，其平均抗彎強度達155MPa，優(yōu)于純HA和TCP陶瓷，研究發(fā)現(xiàn)HA-TCP致密復(fù)合材料的斷裂主要為穿晶斷裂，其沿晶斷裂的程度也大于純單相陶瓷材料。HA-TCP多孔復(fù)合材料植入動物體內(nèi)，其性能起初類似于β-TCP，而后具有HA的特性，通過調(diào)整HA與TCP的比例，達到滿足不同臨床需求的目的。45SF1/4玻璃粉末與HA制備而成的復(fù)合材料，植入兔骨中8周后取出，骨質(zhì)與復(fù)合材料之間的剪切破壞強度達27MPa，比純HA陶瓷有明顯的提高。

生物醫(yī)用陶瓷材料由于其結(jié)構(gòu)本身的特點，其力學(xué)可靠性(尤其在濕生理環(huán)境中)較差，生物陶瓷的活性研究及其與骨組織的結(jié)合性能研究，并未能解決材料固有的脆性特征。因此生物陶瓷的增強研究成為另一個研究重點，其增強方式主要有顆粒增強、晶須或纖維增強以及相變增韌和層狀復(fù)合增強等［3，5～7］。當(dāng)HA粉末中添加10%～50%的ZrO2粉末時，材料經(jīng)1350～1400℃熱壓燒結(jié)，其強度和韌性隨燒結(jié)溫度的提高而增加，添加50%TZ-2Y的復(fù)合材料，抗折強度達400MPa、斷裂韌性為2.8～3.0MPam1/2。ZrO2增韌β-TCP復(fù)合材料，其彎曲強度和斷裂韌性也隨ZrO2含量的增加而得到增強。納米SiC增強HA復(fù)合材料比純HA陶瓷的抗彎強度提高1.6倍、斷裂韌性提高2倍、抗壓強度提高1.4倍，與生物硬組織的性能相當(dāng)。晶須和纖維為陶瓷基復(fù)合材料的一種有效增韌補強材料，目前用于補強醫(yī)用復(fù)合材料的主要有：SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2、HA纖維或晶須以及C纖維等，SiC晶須增強生物活性玻璃陶瓷材料，復(fù)合材料的抗彎強度可達460MPa、斷裂韌性達4.3MPam1/2，其韋布爾系數(shù)高達24.7，成為可靠性最高的生物陶瓷基復(fù)合材料。磷酸鈣系生物陶瓷晶須或纖維同其它增強材料相比，不僅不影響材料的增強效果，而且由于其具有良好的生物相容性，與基體材料組分相同或相近，不會影響到生物材料的性能。HA晶須增韌HA復(fù)合材料的增韌補強效果同復(fù)合材料的氣孔率有關(guān)，當(dāng)復(fù)合材料相對密度達92%～95%時復(fù)合材料的斷裂韌性可提高40%。

2.2　高分子基生物醫(yī)用復(fù)合材料

研究表明幾乎所有的生物體組織都是由兩種或兩種以上的材料所構(gòu)成的，如人體骨骼和牙齒就是由天然有機高分子構(gòu)成的連續(xù)相和彌散于其基質(zhì)中的羥基磷灰石晶粒復(fù)合而成的。生物有機高分子基復(fù)合材料，尤其生物無機與高分子復(fù)合材料的出現(xiàn)和發(fā)展，為人工器官和人工修復(fù)材料、骨填充材料開發(fā)與應(yīng)用奠定了堅實的基礎(chǔ)。

生物陶瓷增強聚合物復(fù)合材料于1981年由Bonfield提出，目前的研究對象主要有：HA、AW玻璃陶瓷、生物玻璃等增強高密度聚乙烯(HDPE)和聚乳酸等高分子化合物［8，9］。HDPE-HA復(fù)合材料隨HA摻量的增加，其密度也增加，彈性模量可從1GPa提高到9MPa，但材料從柔性向脆性轉(zhuǎn)變，其斷裂形變可從大于90%下降至3%，因此可通過控制HA的含量調(diào)整和改變復(fù)合材料的性能。HA增強HDPE復(fù)合材料的最佳抗拉強度可達22～26MPa、斷裂韌性達2.9±0.3MPam1／2。由于該復(fù)合材料的彈性模量處于骨楊氏模量范圍之內(nèi)，具有極好的力學(xué)相容性，并且具有引導(dǎo)新骨形成的功能。AW玻璃陶瓷和生物玻璃增強HDPE復(fù)合材料具有與HA增強HDPE復(fù)合材料相似的力學(xué)性能和生物學(xué)性能，復(fù)合材料在37℃的SBF溶液中體外實驗研究表明，在其表面可形成磷灰石層，通過控制和調(diào)整AW玻璃陶瓷和生物玻璃的含量，使其滿足不同臨床應(yīng)用的需求。

聚乳酸具有良好的生物相容性和可降解性，但材料還缺乏骨結(jié)合能力，對X光具有穿透性，不便于臨床上顯影觀察。將聚乳酸與HA顆粒復(fù)合有助于提高材料的初始硬度和剛性，延緩材料的早期降解速度，便于骨折早期愈合。隨著聚乳酸的降解吸收，HA在體內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)化為自然骨組織，從而提高材料的骨結(jié)合能力和材料的生物相容性；此外可提高材料對X-射線的阻拒作用，便于臨床顯影觀察。最近，國外采用一種新的共混及精加工工藝將HA均勻分散于PLLA基體中制備了超高強度生物可吸收PLLA-HA復(fù)合材料［10］，隨HA在PLLA基體中含量增加，材料的彎曲強度和彎曲模量也增加，其最高彎曲強度可達280MPa，它既有高分子的彈性又具有類皮質(zhì)骨的剛度。將該材料浸入到SBF溶液中3天后即有大量HA晶體在表面沉積，具有骨結(jié)合能力，12周后材料具有210MPa的彎曲強度，高于皮質(zhì)骨內(nèi)固定材料彎曲強度200MPa的最底要求。因此該復(fù)合材料可望作為骨折內(nèi)固定材料，廣泛應(yīng)用于臨床。PDLLA-HA復(fù)合內(nèi)固定棒兔子髁部骨折的實驗研究表明［11］，術(shù)后動物自由活動，不用任何外固定，所有動物傷口Ⅰ期愈合，無關(guān)節(jié)積液和竇道形成。X線攝片見3周時骨折端無移位，有明顯骨痂生成，骨折線模糊。6周骨折愈后，骨折線消失，骨痂最多，以后各時間點骨折無移位和再骨折，骨痂逐漸減少。12周前材料可清晰顯影，24周后模糊至消失。

碳纖維增強生物醫(yī)用高分子復(fù)合材料是發(fā)展最早的一類醫(yī)用復(fù)合材料，它主要用作骨水泥、人工關(guān)節(jié)和接骨板等［12，13］。碳纖維增強HDPE復(fù)合材料，其強度、剛性、抗疲勞和抗磨損性能均顯著高于HDPE材料，因此它常用作承受復(fù)雜應(yīng)力和摩擦作用的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。碳纖維增強聚砜復(fù)合材料的抗扭強度最高可達100MPa，與金屬板相比，其斷裂模量可減少2～4倍。碳纖維增強聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復(fù)合材料在90年代初就成功地用于顱骨缺損修復(fù)，其彎曲強度、斷裂模量及其抗沖擊性能均優(yōu)于人體顱骨材料，對患者實施顱骨缺損修復(fù)后起到重要的防護作用。用四氟乙烯纖維與碳纖維復(fù)合制備成多孔復(fù)合材料，其表面積為宏觀的1200倍，有利于生物組織的長入，它已用于牙槽骨、下頜骨、關(guān)節(jié)軟骨的修復(fù)。

第7篇：可降解高分子材料的降解途徑范文

關(guān)鍵詞：生物植入材料 生物可降解材料 鎂合金

中圖分類號：TG146 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）06（c）-0120-02

1 可生物降解鎂合金研究現(xiàn)狀

鎂合金具有良好的生物相容性和力學(xué)相容性、完全可降解性和成本低的優(yōu)點，但在溶液中，特別是在含Cl-的生物體液內(nèi)腐蝕過快，限制了其在生物體內(nèi)的臨床應(yīng)用。較快的降解速率會導(dǎo)致植入材料在機體未痊愈之前就發(fā)生嚴(yán)重腐蝕，降低了材料的力學(xué)性能和穩(wěn)定性，使材料失效甚至完全降解；并且鎂合金的快速腐蝕會產(chǎn)生大量H2，導(dǎo)致氣泡聚集，影響組織的恢復(fù)和治療；此外，過快的降解速率將使植入體附近體液局部pH值升高，導(dǎo)致人體組織中蛋白質(zhì)發(fā)生沉積和出現(xiàn)局部溶骨等不良現(xiàn)象。

目前研究表明，提高鎂合金耐蝕性的途徑一般包括以下幾個方面：（1）高純化：減少鎂合金中有害雜質(zhì)（Fe、Ni、Cu和Co）的含量，能消除雜質(zhì)元素的不利影響，增加耐蝕性；（2）合金化：向鎂合金中添加合金元素能細(xì)化組織，析出的第二相可以作為障礙物，抑制腐蝕的進行，而且還能增加有害雜質(zhì)的固溶度，降低雜質(zhì)的影響，提高耐蝕性；（3）表面改性：在鎂合金表面涂覆涂層，能有效阻止腐蝕液進入基體，從而提高合金的耐蝕性和生物相容性。（4）加工工藝：較好的工藝能改善鎂合金的組織，使第二相的析出減少或分布更均勻，有助于改善其耐蝕性。Li等[1]研究了Ca含量不同的Mg-Ca合金的耐腐蝕性能和細(xì)胞毒性，發(fā)現(xiàn)隨Ca含量增加而耐蝕性下降，且Mg-1Ca合金無細(xì)胞毒性，具有良好的生物相容性。

2 生物鎂合金制備方法介紹

制備生物鎂合金的方法中的區(qū)域凝固法[2]和亞快速凝固技術(shù)[3]能有效增加合金耐蝕性。亞快速凝固技術(shù)綜合了快速凝固和常規(guī)凝固的優(yōu)點，控制冷卻速率約為0～103 K/s時結(jié)晶。這樣可減少常規(guī)凝固成分的偏析和缺陷，使有害雜質(zhì)固溶于基體中，不會形成有害的析出相，減輕腐蝕程度，同時還能形成非晶態(tài)氧化膜，提高耐蝕性。區(qū)域凝固法制備的鎂合金鑄錠，能在其中間部位減少有害雜質(zhì)的含量，是一種簡單而可控的高純鎂合金制備工藝。

另外，壓縮變形能有效地細(xì)化組織，是提高合金強韌性的有效方式，可以通過熱擠壓、熱軋、往復(fù)擠壓、高壓扭轉(zhuǎn)和等徑角擠壓等技術(shù)來改善鎂合金組織的均勻性，且鎂合金的開路腐蝕電位也會提高，增加其耐蝕性能。壓縮變形的技術(shù)可以分2類：熱加工塑性變形，主要包括熱擠壓和熱軋；劇烈塑性變形，主要包括高壓扭轉(zhuǎn)等。一般來說，熱加工塑性變形一定程度上細(xì)化了鎂合金晶粒組織，明顯提高了強韌性，降低了鎂合金腐蝕速率。

3 醫(yī)用生物鎂合金的腐蝕機理

生物鎂合金在體內(nèi)環(huán)境中的腐蝕類型可以分為4種：電偶腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞和磨蝕。由于鎂合金中存在不同的相、成分和缺陷，且同一相的不同區(qū)域元素含量也不相同，很難形成均隨著桉樹傳入、發(fā)展、地位等不斷變化，與桉樹相關(guān)話題的是是非非爭論時起時伏，至今似乎又有新的、實際也是舊事再提的跡象?；仡檮傁破饛V泛種植桉樹熱的1996年，《廣東科技報》在3月16日以頭版頭條刊登了一位地質(zhì)工作者署名的《褒褒貶貶說桉樹》文章，到2012年局部縣市劃定禁止種植桉樹地帶、2016年一些政府部門規(guī)定的水源地區(qū)禁止新種桉樹、逐步退出桉樹林地等行政規(guī)定，多把種植桉樹與對生態(tài)造成重要影響掛鉤。與此同時，速生桉的發(fā)展從國家、政府部門的關(guān)心，國營、個體和多種營林方式出現(xiàn)，從政策扶持到自覺自愿、不斷開辟新造林區(qū)，甚至有不愿放棄經(jīng)營的情況，這些群體的感覺多是造林營林收益可觀，除了廣西每年能夠生產(chǎn)全國1/3的木材外，也發(fā)現(xiàn)許多現(xiàn)實并不與原來的宣傳觀點相同，許多問題正在或已經(jīng)通過不同的方式去解決。

1 種植桉樹評論最多之“弊”

對種植桉樹評論最多之“弊”主要包括幾方面：一是水的問題，認(rèn)為桉樹林使林地蓄水層干枯，對水資源造成不利影響；二是種植桉樹因不斷輪伐、長期生長同一樹種，引起地力衰退；三是由于桉樹人工林樹種單一，從而影響林區(qū)生物多樣性；四是大量單一無性系造林使遺傳基因窄化，大大削弱桉樹人工林控制病蟲害的機制，生物群落受破壞、病蟲災(zāi)害危機開始顯現(xiàn)等。

2 速生桉種植生產(chǎn)實踐體會

經(jīng)過20多年來的桉樹生產(chǎn)，眾多林農(nóng)在生產(chǎn)實踐中對上述問題有了新的體會。速生桉是消耗大量水分的樹種，所以生長迅速。凡在經(jīng)常干旱的地段，不宜栽種桉樹速生品種，同一林區(qū)，如土層瘠薄、沙質(zhì)嚴(yán)重?zé)o法保水的，其生長量往往不及山腳或水分充足地段的產(chǎn)量1/2。幼林、中齡林是生長旺盛階段，耗水量最大，尤其是廣大林區(qū)都是以生產(chǎn)中徑材為主，大多在6年之內(nèi)主伐完畢、再重新萌芽成林，所以它的一生都在高耗水中度過。假若把速生桉培育為大規(guī)格材，林地植被能得到恢復(fù)并形成群落，截留雨水、涵養(yǎng)水源功能并不比其他樹種的林區(qū)遜色。如桂南某地一村屯，村背后一座光禿禿大山種植任何樹種不成林，后種桉樹成活并形成大樹，林下植被茂密、種類豐富，過去沒有水流的山腳，卻長年清泉不斷，解決了這個村子用水難題，村民發(fā)現(xiàn)了這個寶貝，堅決不允許砍伐這片桉林。中、幼齡速生桉林消耗水分多，但根據(jù)科研人員測定，卻比水稻、大葉相思等植物耗水少得多，在相同耗水量的情況下，桉樹生產(chǎn)的干物質(zhì)會比許多作物多，也就是說，桉樹并沒有“白吃”這些水分。在桂西山區(qū)的干旱季節(jié)，筆者目睹了一個大山的兩種經(jīng)營結(jié)果：一側(cè)山頭是全墾后種植玉米，另一側(cè)是種植速生桉，經(jīng)過連續(xù)干旱，玉米全部萎蔫干枯、幾乎沒有收成，而桉樹林區(qū)的生長勢頭并未減弱。在相對均勻、年降雨量1 000 mL以上的廣西大部分地區(qū)，盡管桉樹消耗了大量水分，但它截留到林地上的水分，不見得比其他樹種或荒山的少。至今，還沒有人對不同樹種的林區(qū)地徑水流量、山塘水庫蓄水庫存進行過科學(xué)測定，至少沒有公開報導(dǎo)，說明桉樹林區(qū)在相同降雨情況下水量比其他樹種減少的研究結(jié)果。假若老天爺長期不下雨，不管你栽種什么樹種，大地干旱、水庫沒水依然如此，我國西北大面積干旱、廣西區(qū)內(nèi)也有經(jīng)常干旱地帶，其實與桉樹種植無直接關(guān)連。

3 桉樹的長期種植、采伐更新對林地肥力的衰退影響

桉樹的長期種植、采伐更新、萌芽成林對林地肥力的衰退影響嚴(yán)重。這種現(xiàn)象已經(jīng)被林農(nóng)認(rèn)識和接受。不論種植什么作物、什么品種，都會消耗土壤中的養(yǎng)分，這和種植水稻、玉米、小麥等都無差異。認(rèn)為種樹靠“吃霧水”長大的，種樹不用施肥的傳統(tǒng)習(xí)慣在最初桉樹發(fā)展階段還沒有被林農(nóng)改變，從而一些只想收成，不愿投資施肥，導(dǎo)致土壤肥力下降的情況出現(xiàn)。經(jīng)過多年生產(chǎn)實踐證明，施肥與否，收益會有天壤之別。一個林農(nóng)，在一小片林地上種了桉樹，從此不再管理，雜草荊棘叢生，5年后“主伐”，產(chǎn)量不足0.2 m3，成為一個笑話。另外，開始大量種植桉樹的20世紀(jì)90年代，由于當(dāng)時沼氣、電力等在農(nóng)村尚未普及，柴火是當(dāng)時生活必須品。主伐時的大小徑材出賣獲取收入，枝葉、樹樁、樹皮也被搜刮一空。通常林農(nóng)每年每株桉樹0.5～1 kg的N、P、K為主的肥料并不能生產(chǎn)出來的桉樹整株物質(zhì)，卻全部搬移出了林地外，勢必造成地力下降。近年來林農(nóng)逐漸認(rèn)識肥料對桉樹生產(chǎn)的重要性，把每株年施肥量提高到0.75～1.5 kg。同時隨著農(nóng)村生活用電、沼氣應(yīng)用，以植物枝葉為燃料的習(xí)慣正在退出生活舞臺，不僅桉樹枝葉、樹樁沒有人去索取，林下灌木雜草也無人問津，一些更新林區(qū)由于枯枝、雜灌太多反而使作業(yè)困難，但卻為林地肥力恢復(fù)做出了重要貢獻。除此，桉樹專用肥料生產(chǎn)廠家也逐步認(rèn)識到補充微量元素的重要性并進行添加；近年來又生產(chǎn)桉樹專用緩釋肥料品種，減少肥料損耗以利于桉樹的吸收。營林人希望有主伐林木的機械運用，通過粉碎林木殘留物，增加肥力返還土壤，保證肥力維持現(xiàn)狀甚至逐年上升、達到永續(xù)利用的目的。桉樹林地肥力衰退現(xiàn)象，目前已經(jīng)有一部分得到了改善。

4 關(guān)于樹種單一影響生態(tài)多樣性的問題

目前廣泛種植的速生桉品種、品系實際只有幾種，以尾葉桉、尾巨桉、巨尾桉為主。由于父本、母本品種過少，樹種多樣性無疑是欠缺的。最好能夠培育出其他速生桉樹或者樹種，從而取代目前樹種過少是理想的選擇，但現(xiàn)實中并未實現(xiàn)。近年來推出的黃梁木、綠桐（泡桐雜交品種）生長速度也十分可觀，但要證實它們的應(yīng)用價值仍需時日。在10多年前，全部采用整個山頭煉山形式，許多天然鄉(xiāng)土樹種和其他生物體系受到破壞；林地采用全墾形式使土壤肥力流失；造林密度過大使林下植物喪失競爭能力；不適地適樹、種植品種單一、施肥不足、砍伐過早、全樹利用等_實影響林區(qū)生態(tài)多樣性的存在。但是，實踐中也證明了當(dāng)前種植的品種（品系）仍然是至今最高產(chǎn)的優(yōu)良雜交品系，正如農(nóng)民不愿拒絕袁隆平推出的優(yōu)良品種一樣而受到采用。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)道理也一樣，沒有人愿意在廣大農(nóng)田上為生態(tài)平衡而讓農(nóng)作物和野草雜灌生長在一起，精耕細(xì)作、高投入、高產(chǎn)出已經(jīng)成為高效的或商品性經(jīng)營的重要手段。改善營林方式，如保留山溝雜灌、塊狀造林、發(fā)展其他山上作物或多年生的珍貴樹種、自覺保護林下植被、采用有機肥料、加強病蟲害的觀察和防治等正在被營林者所接受。根據(jù)近兩年來廣西林業(yè)有害生物的普查，桉樹林區(qū)內(nèi)以桉樹謀生的昆蟲超過了500種，與這些害蟲相關(guān)的天敵種類又超過了100種，桉樹林區(qū)的動物增加、土質(zhì)改善也在實際中演變。

5 結(jié)語

營造桉樹林有利有弊，經(jīng)過科學(xué)經(jīng)營，減弊而增利，不斷改善生態(tài)是可以實現(xiàn)的。

參考文獻

[1] 楊朝應(yīng).淺談桉樹在生態(tài)建設(shè)中的利與弊[J].臨滄科技，2008（2）：31-32.

第8篇：可降解高分子材料的降解途徑范文

生物基這一概念的適用領(lǐng)域非常廣泛，在紡織界主要是生物基纖維。目前生物基纖維已被列入國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)重點發(fā)展領(lǐng)域，生物基產(chǎn)品及綠色能源問題已經(jīng)成為世界科技領(lǐng)域的前沿。在我國，生物基纖維雖然發(fā)展起步較晚，但是發(fā)展較為迅速。目前行業(yè)內(nèi)，PTT、海藻酸鹽、PLA、PHA等生物基纖維已突破關(guān)鍵技術(shù)，大部分已經(jīng)實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，并成功傳導(dǎo)至下游。

同一起點的賽跑

生物基纖維對于緩解世界石油資源不足所顯露出的巨大潛力被各個國家所看好，美、日、歐洲等發(fā)達國家紛紛加入生物基纖維的角逐戰(zhàn)。近日，荷蘭Avantium公司成功推出生物基PEF材料制成的T恤衫， 日本東麗公司以美國Gevo公司合成的完全生物制備的對二甲苯為原料，在全球首次成功制備出完全由生物質(zhì)為原料的PET纖維。

在中國，生物基纖維的發(fā)展也并不遜色。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員陳鵬在接受相關(guān)媒體記者采訪時稱：“與發(fā)達國家相比，我國在生物基化學(xué)纖維技術(shù)方面并不落后，甚至在個別領(lǐng)域有所領(lǐng)先，這也是有別于傳統(tǒng)化纖產(chǎn)業(yè)的一個顯著特征?！敝袊瘜W(xué)纖維工業(yè)協(xié)會會長端小平也表示：“生物基纖維是今后化纖產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要方向，是唯一不落后于國外的新纖維品種，而且在未來有巨大的發(fā)展空間。”

近年來，國內(nèi)化纖企業(yè)在生物基領(lǐng)域有突出成績的企業(yè)代表有，福建海興材料科技有限公司、海斯摩爾生物科技有限公司等。據(jù)悉，海興科技和美國杜邦公司聯(lián)合推出的高科技生物基彈性短纖維——舒彈絲已成功在家紡領(lǐng)域成功應(yīng)用，被業(yè)內(nèi)人士稱之為“家紡材料的一大重要革新?！?/p>

“生物基纖維帶給整個紡織行業(yè)的是欣欣向榮的前景與潛力無窮的提升空間。舒彈絲37%的原材料采用非石油的可再生生物質(zhì)資源，減少了對石油和石化產(chǎn)品的依賴?！焙Ｅd材料科技有限公司總經(jīng)理張連京接受媒體采訪時表示。張連京稱，舒彈絲中的玉米提取成分占30%，相比石化纖維，生產(chǎn)同樣數(shù)量的舒彈絲可減少30%的能源消耗和63%的碳排放量。而且，氨綸等化纖產(chǎn)品在很多領(lǐng)域都受限制，但舒彈絲無論是用于嬰幼兒產(chǎn)品，抑或消費者是過敏體質(zhì)，都不會產(chǎn)生任何問題，舒彈絲也通過了國際市場上最權(quán)威、影響最廣泛的生態(tài)紡織品認(rèn)證。

除了最近頻繁亮相的舒彈絲外，近年來在紡織各大展會上還可以看到海斯摩爾生物科技有限公司的殼聚糖纖維。據(jù)悉，殼聚糖纖維是一種從海洋生物中提取的新型功能性纖維材料，它以蟹殼、蝦殼為原料，采用高科技，經(jīng)提純、溶解、紡絲而制得的動物再生纖維，其最大的優(yōu)點就是抗菌，具有天然抑菌、快速止血、吸附螯合等功能，還具有生物相容性、生物安全性和生物可降解性，廣泛應(yīng)用于工業(yè)、醫(yī)療、紡織等領(lǐng)域。

目前，海斯摩爾“特種殼聚糖纖維布”已成功被航天工程“天宮一號”、“神舟八號”采用。取得如此優(yōu)異成績的海斯摩爾，以項目“千噸級殼聚糖纖維產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用關(guān)鍵技術(shù)”申報了2013年度“紡織之光”科技進步獎，并獲得了一等獎，專家們一致認(rèn)為：海斯摩爾總體技術(shù)已達到國際領(lǐng)先水平。

堅持到底就是勝利

生物基纖維由于其將原料的可持續(xù)性和產(chǎn)量的規(guī)?；昝澜Y(jié)合，成為了未來化學(xué)纖維實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展必須要抓住的領(lǐng)域。在《化纖“十二五”發(fā)展規(guī)劃》中指出，“十二五”期間生物質(zhì)纖維及其原料的發(fā)展的重點是：充分利用農(nóng)作物廢棄物和竹、麻、速生林及海洋生物資源等，開發(fā)新型生物質(zhì)纖維材料，研發(fā)纖維材料綠色加工的新工藝、突破裝備集成化技術(shù)，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)。根據(jù)規(guī)劃，到2015年，新溶劑法纖維素纖維將實現(xiàn)萬噸級產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，生物質(zhì)合成纖維發(fā)展到21萬噸產(chǎn)能，生物基各類化纖原料產(chǎn)能發(fā)展到30萬噸。

中國化纖協(xié)會會長端小平在接受記者采訪時表示：“大力發(fā)展生物基化學(xué)纖維及原料的意義不只是實現(xiàn)化纖強國的途徑，它的意義更在于：一是該技術(shù)的成果可以代替石油，從國家戰(zhàn)略和安全考慮，可作為儲備技術(shù)；二是生物基纖維及原料具有可再生和生物降解等特性，對環(huán)境友好，符合當(dāng)下及未來綠色環(huán)保的發(fā)展潮流；三是該種類纖維具有超越常規(guī)纖維的性能，例如生物基PTT纖維綜合了錦綸的柔軟性、腈綸的蓬松性、滌綸的抗污性及接近氨綸的彈性恢復(fù)能力，將各種化纖的優(yōu)良性能集于一身，是當(dāng)前國際市場最新開發(fā)的熱門高分子材料之一?！?/p>

當(dāng)前，國家發(fā)改委、財政部、工業(yè)和信息化部、科技部、中科院等部門正在聯(lián)合推動“國家生物基材料重大工程實施方案”，實施方案明確了行業(yè)的發(fā)展目標(biāo)、產(chǎn)業(yè)規(guī)模增長目標(biāo)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級目標(biāo)。國家工信部消費品司副司長王偉在參加化纖協(xié)會行業(yè)內(nèi)部會議時對生物基纖維的發(fā)展提出了幾點建議：一是在組織實施專項時，要注重產(chǎn)業(yè)鏈的同步建設(shè)；二是在滿足現(xiàn)有市場的開發(fā)與生產(chǎn)的同時，還要注重開拓新的應(yīng)用領(lǐng)域；三是以企業(yè)為主體，注重產(chǎn)學(xué)研用的結(jié)合；四是注重創(chuàng)新能力建設(shè)，加強人才隊伍的培養(yǎng)；五是項目實施前期要扎實基礎(chǔ)工作。

第9篇：可降解高分子材料的降解途徑范文

[Abstract] Semen Strychni is a traditional Chinese medicine with definite curative effect on rheumatic stubborn paralysis， arthritis， bruise injury and carbuncle venom so far. However， its effective ingredient is also toxic， which greatly limits its clinical use. Since ancient times， many scholars have devoted their efforts to reducing the toxicity and increasing the efficiency of Semen Strychni in order to expand the clinical application. With the development of preparation technology， more and more scholars adopt new technology and new dosage forms to realize the attenuation and synergy of Semen Strychni. This review will summarize the research literature on the new preparation and quality control of Semen Strychni in recent years， so as to provide reference for the modernization of the preparation form and the standardization of quality control of semen strychni.

[Key words] Semen Strychni; New preparation; Quality control; Research progress

中藥馬錢子為馬錢科植物馬錢Strychnosnux-vomica L.的干燥成熟種子，味苦性溫，有大毒，歸肝、脾經(jīng)，可通絡(luò)止痛，散結(jié)消腫[1]。馬錢子在治療各種炎癥、痹證方面，藥力峻猛，起效迅速，但因其毒性大、治療窗窄、半衰期短，臨床應(yīng)用的毒副作用較多，限制了馬錢子的廣泛應(yīng)用?！吨袊幍洹?015版收載含馬錢子的中成藥共計20種，口服制劑主要以片劑、膠囊、散劑、丸劑為主;外用制劑主要為膏劑。隨著制劑技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的學(xué)者對馬錢子新型制劑進行研究，以期實現(xiàn)其減毒增效、擴大臨床應(yīng)用。本綜述對近年來馬錢子新工藝、新劑型研究及其質(zhì)量控制研究相關(guān)文獻進行歸納總結(jié)，為馬錢子的劑型現(xiàn)代化、質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)化等研究提供參考。

1馬錢子的新型制劑

傳統(tǒng)馬錢子藥用劑型主要為丸劑、片劑、散劑、膠囊及膏劑等，隨著制劑技術(shù)的發(fā)展，越來越多學(xué)者對馬錢子緩控釋制劑等現(xiàn)代劑型進行了研究，在一定程度上可減輕馬錢子的藥理毒性、增強療效，擴大其臨床應(yīng)用。

1.1貼膏劑

貼膏劑系指將原料藥物與適宜的基質(zhì)制成膏狀物、涂于背襯材料上供皮膚貼敷、可產(chǎn)生全身或局部作用的一種薄片狀制劑，是一種現(xiàn)代透皮給藥制劑，包括凝膠膏劑（原稱巴布膏劑）、橡膠膏劑。豐偉[2]以初黏力、反復(fù)揭帖性、皮膚黏附性、膏體殘留性及外觀形狀進行綜合評分為評價指標(biāo)，采用正交設(shè)計法優(yōu)化基質(zhì)配比，確定了馬錢子巴布劑的最佳處方：改性聚乙烯醇為粘合劑，高嶺土為填充劑，甘油為保濕劑，戊二醛為交聯(lián)劑;同時對制得的馬錢子巴布劑進行皮膚刺激性和過敏性實驗，結(jié)果顯示，馬錢子巴布劑對新西蘭兔皮膚未見任何刺激作用，也不會引起豚鼠出現(xiàn)皮膚過敏反應(yīng)，提示馬錢子巴布劑是一種比較安全的外用新劑型[3]。沈嘉琪[4]以明膠、聚乙烯醇為巴布劑骨架，聚丙烯酸鈉為粘合劑，甘油為保濕劑，制得馬錢子巴布劑，具有透氣性好、刺激性小、強滲透、控緩釋效果好等優(yōu)勢。

1.2中藥涂膜劑

中藥涂膜劑的處方一般由主藥、成膜材料、增塑劑、透皮吸收促進劑、防腐劑及溶媒組成，不需裱褙材料，不需特殊機械設(shè)備，具有使用方便、工藝簡單、質(zhì)量穩(wěn)定等優(yōu)點，可隨時中斷給藥，避免藥物的首過效應(yīng)及胃腸道反應(yīng)[5]。目前有關(guān)中藥涂膜劑的研究中，以具有清熱解毒、活血化瘀功效的藥材為主，用于治療跌打損傷或關(guān)節(jié)炎等疾病。任佳佳[6]將制備好的中藥稠膏（馬錢子為主藥）緩慢加入到充分溶脹的聚乙烯醇-124中，邊加邊攪拌，繼續(xù)加入甘油、吐溫-80適量，以60%乙醇稀釋至1000 ml制得馬黃涂膜劑，并對其進行體外透皮、藥效學(xué)及皮膚安全性評價研究，結(jié)果顯示，其止痛消腫效果較好，無皮膚刺激性和急性毒性反應(yīng)。

1.3噴霧劑

噴霧劑，系指原料藥物或與適宜輔料填充于特制的裝置中，使用時借助手動泵的壓力、高壓氣體、超聲振動或其他方法將內(nèi)容物呈霧狀物釋出，用于肺部吸入或直接噴至腔道黏膜及皮膚等的制劑[7]。九分散是傳統(tǒng)的中藥制劑，由麻黃、馬錢子、乳香、沒藥4味中藥組成，具有活血散瘀、消腫止痛的功效。由于處方中含馬錢子，內(nèi)服易引起中毒，外用生物利用度低。孫亦群等[8]將其改制成經(jīng)皮給藥制劑九分噴霧劑，可避免肝臟首過效應(yīng)和胃腸道反應(yīng)，還可維持穩(wěn)定、持久的血藥濃度。

1.4凝膠劑

凝膠劑系指藥物與能形成凝膠的輔料制成溶液、混懸或乳狀液型的稠厚液體或半固體制劑。朱靜娟等[9-10]采用Box-Behnken響應(yīng)面法設(shè)計優(yōu)化馬錢子凝膠劑基質(zhì)處方得到最佳配比為聚丙烯酸鈉3.0 g、聚乙烯吡咯烷酮2.0 g、甘羥鋁0.5 g，并在基質(zhì)處方中加入馬錢子提取物制得馬錢子凝膠劑，以降低馬錢子中有毒成分的突釋，而降低其毒性，同時對其進行骨癌痛療效觀察及安全性評價試驗，結(jié)果顯示，馬錢子凝膠劑在高劑量時對骨癌痛有一定的鎮(zhèn)痛作用，且無急性毒性、刺激性及皮膚過敏反應(yīng)。

1.5馬錢子的新型藥物載體

1.5.1脂質(zhì)體  系指將藥物包封于類脂質(zhì)雙分子層內(nèi)而形成的微型泡囊體，不改變藥物的分子結(jié)構(gòu)，可降低藥物毒性，具有緩控釋作用。瞿葉清等[11]按一定質(zhì)量比稱取氫化大豆卵磷脂（HSPC）和大豆卵磷脂（SPC），膽固醇，二硬脂酰磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000（DSPE-PEG2000），加入無水乙醇，注入硫酸銨溶液中，經(jīng)適當(dāng)處理后，再加入馬錢子總生物堿，制得馬錢子總生物堿復(fù)合磷脂隱形脂質(zhì)體;同時同法制備單一的HSPC隱形脂質(zhì)體和SPC隱形脂質(zhì)體，比較三者靜脈注射后馬錢子堿組織分布的影響，結(jié)果顯示，馬錢子總生物堿HSPC隱形脂質(zhì)體靜脈注射后的血藥濃度遠高于其他脂質(zhì)體。溫思菁等[12]采用硫酸銨梯度法制備馬錢子總堿脂質(zhì)體，以泊洛沙姆407為基質(zhì)制備成脂質(zhì)體凝膠，采用Franz擴散池比較其和普通凝膠的經(jīng)皮滲透性和皮膚滯留量，結(jié)果顯示，脂質(zhì)體凝膠能緩慢的透過小鼠皮膚，皮膚滯留量大于普通凝膠。

1.5.2微乳  微乳于80年代后作為藥物載體受到醫(yī)藥界的重視，具有粒徑小，透明，穩(wěn)定，靶向釋藥等特點，可提高藥物療效，降低毒副作用。宋金春等[13]在室溫下將油酸、丙二醇以及聚山梨酯-80按一定比例充分混合后，加入馬錢子堿原料，充分?jǐn)嚢?，制得透明的馬錢子堿微乳，并通過體外透皮吸收實驗證實馬錢子堿微乳促進了馬錢子堿的透皮吸收，顯現(xiàn)出持續(xù)、延時的轉(zhuǎn)運特點，延長了藥物的作用時間，提高了藥物的生物利用度，同時可避免馬錢子堿毒性反應(yīng)的發(fā)生。

1.5.3微囊  微囊系指固態(tài)或液態(tài)藥物被高分子材料包封形成的微小囊狀粒子。微囊具有保護物質(zhì)免受環(huán)境條件的影響、掩蔽藥物的刺激性、提高藥效、減輕副作用、增加藥物穩(wěn)定性、延長藥效及靶向釋放等作用[14-15]。宋信莉等[16]以殼聚糖、明膠為囊材，采用復(fù)乳化-交聯(lián)法制備馬錢子總生物堿微囊，通過星點設(shè)計-響應(yīng)面法優(yōu)選其制備工藝，并對微囊的載藥量、包封率、產(chǎn)率、表征、粒徑分布等質(zhì)量評價指標(biāo)進行考察，得出最佳工藝處方，殼聚糖質(zhì)量濃度為1.5%，明膠質(zhì)量濃度為11.0%，囊芯囊材質(zhì)量比為1∶1，戊二醛用量為2 ml。同時通過急性毒性實驗考察馬錢子總生物堿微囊LD50為236.59 mg/kg，是馬錢子總生物堿的2.23倍，提示制成微囊可有效提高馬錢子總生物堿的安全性。

1.5.4囊泡  囊泡作為一種新型藥物載體，具有同時運載親水性藥物和疏水性藥物的能力，是理想的體內(nèi)藥物載體。胡杰等[17]采用pH梯度法和包封率為主要考察指標(biāo)，以司盤60-膽固醇1∶1為囊材，藥物-囊材1∶10，檸檬酸溶液為水相，碳酸鈉做為pH調(diào)節(jié)劑，制得粒徑179.2 nm，Zeta電位-25.41 mv的馬錢子總堿囊泡凝膠，平均包封率86.9%。吳珍珍等[18]針對馬錢子生物堿在類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎方面的作用，制備了馬錢子總堿囊泡凝膠，對其體外透皮擴散或抗炎作用進行研究，提示馬錢子總堿囊泡凝膠制備工藝可行，質(zhì)量穩(wěn)定，且藥效比較試驗顯示，比普通馬錢子總堿凝膠起效劑量低，抗炎作用顯著。張衛(wèi)華等[19]通過藥效試驗，篩選馬錢子抗炎鎮(zhèn)痛的主要有效成分為馬錢子堿，同時優(yōu)選馬錢子堿囊泡凝膠的體外透皮促滲劑，得出結(jié)論為加入3%氮酮的馬錢子堿囊泡凝膠體外透皮效果較好。

1.5.5殼聚糖納米粒  殼聚糖是甲殼脫乙酰化衍生物，僅次于纖維素的第二大類多糖，具有良好的生物相容性和生物可降解性，采用殼聚糖及其衍生物制得的殼聚糖納米粒載體具有水溶性、低毒性、無致突變性、低免疫反應(yīng)、良好的緩控釋作用的特點[20]。陳志鵬等[21]以新型高分子材料N-glycyrrhetinicacid（GA）-polyethyleneglycol（PEG）-chitosan（NGPC）為載體材料，采用離子交聯(lián)法制備載馬錢子堿（Brucine）的殼聚糖納米粒（Brucine/NGPC-NPs），結(jié)果顯示，Brucine/NGPC-NPs平均粒徑為（197.6±11.2）nm，包封率和載藥量分別為（63.48±4.67）%和（5.49±0.38）%，對馬錢子堿殼聚糖納米粒進行體外肝癌細(xì)胞攝取特性研究，結(jié)果顯示，殼聚糖納米?？梢宰鳛楦渭?xì)胞靶向的載體，顯著提高馬錢子堿進入肝癌細(xì)胞的量，達到減毒增效的目的。同時該課題組[22]對馬錢子堿新型殼聚糖納米粒的體外抗腫瘤活性進行研究，以HepG2細(xì)胞為模型細(xì)胞，結(jié)合高內(nèi)涵細(xì)胞分析系統(tǒng)、流式細(xì)胞儀、透射電鏡和免疫熒光等，考察馬錢子堿溶液劑和載馬錢子堿殼聚糖納米粒對細(xì)胞凋亡的影響，并初步探討其促腫瘤細(xì)胞凋亡的機制。結(jié)果顯示，載馬錢子堿的多功能復(fù)合型殼聚糖納米粒通過增加藥物在線粒體的累積量而增強其殺死腫瘤細(xì)胞的能力，發(fā)揮更強的抗腫瘤效應(yīng)。

1.5.6納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體  納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體系統(tǒng)是為了克服傳統(tǒng)固體脂質(zhì)納米粒的不足，對其進行修飾而開發(fā)的一種新型載體系統(tǒng)[23]。納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體可增加難溶性藥物的溶解度，提高藥物的包封率和載藥量，可延緩藥物泄露;同時其原料可以在體內(nèi)生物降解，降低對機體的毒副作用，具有緩控釋和靶向性[24-25]。管慶霞等[26]采用溶劑乳化超聲法制備馬錢子堿納米結(jié)構(gòu)脂質(zhì)載體（B-NLC），以單因素考察法結(jié)合星點設(shè)計-效應(yīng)面法優(yōu)化處方與制備工藝，最優(yōu)條件，藥物用量為1.28 mg，泊洛沙姆188質(zhì)量濃度為1.08%，固態(tài)脂質(zhì)與液態(tài)脂質(zhì)的比例為1.45∶1。采用該工藝制得的B-NLC包封率高，粒徑小，分布均勻，該方法操作簡便，可以用于B-NLC制備與處方的優(yōu)化，為馬錢子堿的體內(nèi)研究進一步奠定了基礎(chǔ)。

2馬錢子及其制劑質(zhì)量的控制

馬錢子主要含生物堿類、萜類、苷類及有機酸類等化學(xué)成分，其中含生物堿1.5%～5%，主要為士的寧和馬錢子堿，其主要成分既是有效成分也是毒性成分[27]。目前對馬錢子及其制劑的質(zhì)量控制研究主要集中在馬錢子堿和士的寧兩種成分。馬錢子的質(zhì)量控制研究早期主要采用分光光度法[28]，該法儀器普及，操作簡單，但樣品前處理繁瑣，雜質(zhì)干擾多，準(zhǔn)確性較差。還有學(xué)者采用毛細(xì)管區(qū)帶電泳法[29]，該法分離效率高、操作成本低，但該法所用儀器相對不普及。本綜述對近5年馬錢子及其制劑的質(zhì)量評價方法進行了總結(jié)。

2.1高效液相色譜-紫外檢測（HPLC-UV）

高效液相色譜法（HPLC）具有分析速度快、分離效能高、自動化程度高、重現(xiàn)性好、專屬性強等優(yōu)點，已成為中藥質(zhì)量控制的主要方法。該方法目前已廣泛應(yīng)用于馬錢子藥材[30-31]及其相關(guān)制劑（如七味馬錢子丸[32]、追風(fēng)舒筋活血片[33]、通脈丸[34]、風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎片[35]、伊木薩克片[36]等）生物堿類成分地測定，多采用反相高效液相色譜法，吸收波長為254 nm或260 nm，流動相地選擇包括添加離子對試劑（磷酸二氫鉀和十二烷基硫酸鈉）和非離子對試劑，方法專屬性強，操作簡便、準(zhǔn)確。還有學(xué)者采用正向高效液相色譜法，段存賢等[37]采用氨基鍵合硅膠為固定相的正相高效液相色譜法，用于神農(nóng)丸中士的寧與馬錢子堿的含量測定，流動相中無需加入離子對試劑，操作簡便，色譜圖基線穩(wěn)定，分離度好。

2.2高效液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（HPLC-MS）

液質(zhì)聯(lián)用技術(shù)結(jié)合了液相色譜的高分離能力和質(zhì)譜的高選擇性、高靈敏度等雙重優(yōu)勢，在藥物分析、食品分析及環(huán)境污染物分析等眾多領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。十一方藥酒是廣西中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院的醫(yī)院制劑（桂藥制字Z01060025），主要成分為重樓、三七、紅花、制馬錢子等20味中藥，其中馬錢子堿和士的寧既是有效成分也是有毒成分，但因十一方藥酒處方成分復(fù)雜，采用HPLC-UV法靈敏度較低，干擾色譜峰很多，因此，韋立志等[38]采用UPLC-MS/MS法分析十一方藥酒中馬錢子堿與士的寧，選定色譜條件下，馬錢子堿和士的寧分離度和質(zhì)譜響應(yīng)好、靈敏度高，可有效避免九種其它成分的干擾，為十一方藥酒的質(zhì)量控制提供了有效的檢測手段。

2.3高效液相色譜指紋圖譜

中藥指紋圖譜是一種綜合的、可量化的鑒別手段，是當(dāng)前符合中藥特色的用于評價中藥真實性、穩(wěn)定性和一致性的質(zhì)量控制技術(shù)。馬恩耀等[39]建立了醋馬錢子的HPLC指紋圖譜，并探討炮制前、中、后指紋圖譜的變化，11批生品和醋制品的相似度>0.97，炮制品和生品共有峰達16個，通過指紋圖譜可以全面觀察醋制前后飲片物質(zhì)基礎(chǔ)的變化規(guī)律。

3小結(jié)