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可降解高分子材料综述摘要：生物可降解高分子材料是一类清洁环保的材料，具有很广阔的前景本文主 要介绍可降解高分子的降解机理，天然可降解高分子、合成可降解高分子材料、 生物降解性能的评价方法及其应用等方面综合概述了可降解高分子材料的基本 知识关键字：生物降解机理、可降解高分子、高分子材料引言：生物可降解高分子材料，是一种环保高分子材料，它是在一定条件下，能在微生物分泌 酶的作用下由大分子分解为小分子的材料在一次性用品、日常生活用品、农业用品以及 纺织和相关科学领域，生物可降解高分子材料都引起极大的关注这种可降解高分子极大地 改善了原来的高分子材料使用后无法自然分解而产生大量废弃物的缺陷能从根本上解决 废弃物所造成的环境问题另外这类材料可在生物体内分解 参与人体的新陈代谢，并最终 排出体外利用其可降解性 也可用作生物医用材料如组织支架、外科手术缝合线、专业包 装、外科固定等生物降解机理：生物降解是指高分子材料通过溶剂化作用、简单水解或酶反应，以及其他有机体转化为 相对简单的中间产物或小分子的过程高分子材料的生物降解过程可分为4个阶段：水合作 用、强度损失、物质整体化丧失和质量损失高分子水合作用是由依靠范德华力和氢键维系 的二次、三次结构的破裂引发的水合作用，其后高分子主链可能因化学或酶催化水解而破裂 高分子材料的强度降低。

对交联高分子材料强度的降低可由高分子主链、交联剂、外悬基 团的开裂等造成高分子链的进一步断裂会导致质量损失和相对分子质量降低最后相对分 子质量足够低的分子链小段被酶进一步代谢为水、二氧化碳等物质生物降解并非单一机理, 而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用、相互促进的物理化学过程天然生物可降解高分子：纤维素、淀粉、甲壳素、蛋白质等天然高分子在自然界资源丰富这类自然生长、自然 分解的产物完全无毒，但大多不具热塑性，成型加工困难，耐水性差，往往不能单独使用现 在一般将其和化学试剂反应，合成生物可降解高分子材料，掺混制成高分子合金，或对其进 行改进，使其具有可加工性以下列举几种主要的天然可降解高分子材料及其应用纤维素纤维素结构重复单元的B- （ 1- 4）聚葡萄糖酐是非常稳定的联接，也易于形成氢键因而, 天然纤维素材料强度高，难以被大多数有机体所消化不过，有两类纤维素材料经过结构改 性而在工业上得到了广泛应用：一类是再生纤维素，另一类是化学改性纤维素再生纤维素 适合用于纤维与薄膜的制造，日本四国工业试验所开发了以乙酰多糖和纤维素为主要成分 的高分子材料，试制的生物降解薄膜、无纺布、发泡塑料等已接近实用化。

纤维素酯、纤维 素醚、纤维素缩醛化合物等常用的化学改性纤维其生物降解性与羟基反应的程度有关因 此加大纤维素羟基的反应程度也是纤维素改性使用的一个方向淀粉淀粉含有A（ 1- 4）联接的聚糖直链淀粉和通过A（ 1- 4）和A（ 1- 6）联接成高度支化的支链 淀粉这两种联接都比B（ 1- 4）联接弱所以，在活体组织中，淀粉是可吸收的纤维素是不 可吸收的但是，淀粉的热塑性很差，而亲水性过强，使其加工成型变得非常困难因此，通 常需要合成淀粉的衍生物，或与其它高聚物共混，如与聚乙烯、聚氯乙烯、聚丙烯、聚苯乙 烯、聚酯等共混，可以形成生物降解性能良好的高分子材料甲壳质甲壳质是由2-乙酰氨基2-脱氧-B- D-萄萄糖通过B（ 1, 4）苷键连接而成的线性聚合 物，普遍存在于虾、蟹、昆虫等动物的壳内由于具有高结晶度与较多的氢键甲壳质的溶 解性能很差，只能被一些强质子酸所溶解但甲壳质在碱性条件下脱乙酰成为甲壳胺（或壳聚 糖），其溶解性能比甲壳质好甲壳质经过酰胺化、羧基化、氰基化、酸化改性提高了溶解 性，现在在医疗上可用作外科手术线，人造皮肤等甲壳质是自然界中唯一呈碱性的多糖其生物相容性、生物活性优异，生物降解性好， 降解产物无毒，还具有许多独特的性质如抗菌、抗微生物、促进伤口愈合等等。

因此对甲 壳质的开发与研究也越来越受到重视目前，美国、日本已在碱性条件下使用甲壳质脱乙酸 从中得到壳聚糖，再由壳聚糖开发出了一系列可生物降解制品，如絮凝剂、外科缝线、人造 皮肤、缓释药膜材料、固定酶载体、分离膜材料等合成生物可降解高分子材料：与天然可降解高分子材料相比合成生物可降解高分子材料的优点是：合成高分子更不 易产生免疫性，而且比许多天然高分子有更好的生物相容性在化学合成中通过仔细控制 单体比率、温度等条件可得到不同的产物 从而具有不同的物理性能合成高分子材料的机 械性能容易通过化学和物理方法改性微生物合成高分子材料此类型的合成过程是通过用葡萄糖或淀粉类对微生物进行喂养 使它在体内吸收并发 酵合成出两类高分子，一类是微生物多糖，一类是微生物聚酯，它们都具有生物降解性微生 物聚酯具有良好的物理性能、成型性能、热稳定性能等 可以制成薄膜，容器等化学合成生物可降解高分子材料合成高分子材料的制备是采用能够被自然微生物吞食的有机小分子化合物 经过新的 化学合成技术将它们聚合成能够生物降解并与天然高分子类似的高分子化合物如可降解聚 乙烯的合成采用了将乙烯与开环后能生成可水解酯基单体共聚的方法将聚乙烯主链上引入 可水解基团，促进聚乙烯的降解。

用化学合成方法生产的生物可降解高分子材料 已具实用 价值并商品化的主要有脂肪族聚酯、聚乳酸和聚乙烯醇等一般合成高分子降解材料是通过控制条件，产生出重复性好的材料，根据需要设计生产, 通过简单的物理化学改性，可获得广泛的性能，以满足不同的需要，比天然高分子材料有更 多的优点因此合成高分子降解材料在生物医学中的应用更加广泛 研究更多生物降解性能的评价方法随着生物可降解高分子材料在世界范围内成为研究开发的热点如何评价其生物降解 性能及其安全性就成了当前的一个重要研究课题目前，国际上主要采用美国材料试验标准 (ASTM)作为标准方法.我国还没有统一的国标、部标和行标，一些科研机构主要通过一些生 物化学和微生物学的实验手段来评价生物可降解高分子材料的生物降解性主要有以下几种 试验：野外环境试验、环境微生物试验、特定单独分离的微生物的体外试验也称之为特定 微生物侵蚀试验)、特定单独分离的酶的体外试验、生物可降解高分子人体内置材料的体外 降解试验应用领域：生物降解高分子材料具有无毒、可生物降解及良好的生物相容性等优点所以其应用领域非常广，市场潜力非常大下面就其在包装、餐饮业、农业及医药领域的应用作一简要介绍。

在球餐饮业的应用现目前用于包装、餐饮行业的生物降解高分子材料有甲壳素/壳聚糖及其衍生物、聚（3-羟 基丁酸酯）（PHB）及其共聚物（聚3 -羟基丁酸酯-co - 3 -羟基戊酸酯）（PHBV）等，开发 的产品主要有包装袋、食品袋、快餐餐具、饮料杯等在农业中的应用生物降解高分子材料的第二大应用领域就是在农业上可生物降解高分子材料可在适当的条 件下经有机降解过程成为混合肥料，或与有机废物混合堆肥,特别是用甲壳素/壳聚糖制备的 生物降解高分子材料或含有甲壳荔壳聚糖的生物降解高分子材料,其降解产物不但有利于 植物生长，还可改良土壤环境我国是农业大国,每年农用薄膜、地膜、农副产品保鲜膜、育 秧钵及化肥包装袋等的用量很大如果用可生物降解高分子材料代替农用地膜可在田里自 动降解，变成动、植物可吸收的营养物质,这样不但减轻环境的污染,有益的植物的生长,还可达 到循环利用的目的在农业领域目前已开发的产品主要有地膜、育苗钵、肥料袋、堆肥袋等在医药领域中的应用生物降解高分子材料在医药领域上的一重要应用是药物控制释放在药物控制释放体系中 药物载体一般是由高分子材料来充当的，它们可分别用在不同的控制释放体系中，如凝胶控制 释放、微球和微胶囊控制释放、体内埋置控制释放、靶向控制释放等等。

由于这些聚合物具 有被人体吸收代谢的功能与不可降解的药物载体聚合物相比，具有缓释速率对药物性质的依 赖性小、更适应不稳定药物的释放要求及释放速率更为稳定等优点生物降解高分子材料在 医药领域上的另一重要应用是作为骨内固定装置此应用包括两个方面一是要求植入聚合 物在创伤愈合过程中缓慢降解，主要用于骨折内固定高分子材料，如骨夹板、骨螺钉等;另一类 要求在相当时间内聚合物缓慢降解，在初期或一定时间内在高分子材料上培养组织细胞让其 生长成组织、器官，如软骨、肝、血管、皮肤等除此之外生物降解高分子材料在医药领域 还可用作外科缝合线、组织修复、伤口敷料等其它方面的应用生物降解高分子材料除了在包装、餐饮业、农业、医药领域的应用外在一次性日用品、渔网具、尿布、卫生巾、化妆品、手套、鞋套、头套、桌布、园艺等多方面都存在着潜在的市 场,有很好的发展前景生物可降解高分子材料的前景 :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5~ 10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(3) 新颖结构的生物可降解高分子材料有待进一步研究；(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，可再生的原料来源和低污染特性使生物可降解高分子材料成为一类极有前途的高分 子材料自然界污染的肇事者大部分都是高分子材料所以发展可生物降解的产品是必要而 且急需的，随着技术的进一步发展和产品的逐步商业化生物可降解高分子材料的应用前景 定会更加光明参考文献：[1] 徐永新.可降解高分子材料的研究进展[J].金田,2012,(5):307.[2] 王云芳，王汝敏,赵瑾等.淀粉基环境可降解高分子材料研究进展[J].材料导报,2005,19(4):12-15.[3] 张鹤鸣，浮宗元.论可降解高分子材料的应用研究[J].群文天地,2012,(10):273.[4] 张微.绿色高分子材料及其发展展望[J].科技信息(科学■教研),2008,(12):208.[5] 谢德明.药用合成可降解高分子材料研究[J].材料科学与工程学报,2004,22(4):623-626.[6] 任杰,吴志刚，潘可风等.可降解高分子材料在骨、软骨组织工程中的应用[J].同济大学学报(医学 版),2003,24⑴:62-65.[7] 马喜锋.新型可降解高分子材料一一聚乳酸[J].中国科技财富,2009,(22):40.[8] 马喜锋，郭红.前景璀璨的新型可降解高分子材料一一聚乳酸[J].世界华商经济年鉴■高校教育研 究,2009,(9):297-297.[9] 杨小玲，段远福.生物可降解性高分子载药微球研究进展[J].中国药房,2008,19(19):1506-1509.[10] 汤顺清，周长忍,邹翰等.生物材料的发展现状与展望(综述)[J].暨南大学学报(自然科学版),2000,21(5):122-125.[11] 吴电亮.生物可降解高分子材料的应用[J].大观周刊,2012,(6):143-143.[12] 翟美玉，彭茜.生物可降解高分子材料[J].化学与黏合,2008,30(5):66-69.[13] 贾红兵，朱绪飞；高分子材料；南京大学出版社，2009[14] 王天民主编生态环境材料；天津大学出版社，2000[15] 张剑波编著环境材料导论北京大学出版社2008。