可降解高分子材料的降解途径精选(九篇)

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第1篇：可降解高分子材料的降解途径范文

关键词：白色污染； 聚乳酸； 降解

前言

S着塑料的广泛应用和产量的持续增大。“白色污染”问题己变得越来越严重，成为当今世界最严重污染源之一，己受到各国的重视，并且制定了相关的法律政策来处理。现在各国除了研究如何回收废弃塑料外，更多的精力是研究可降解的高分子材料，从而在根本上解决塑料的“白色污染”问题。主要原因是高分子材料的回收利用，从理论上讲，可以解决环境污染，也可以解决资源短缺的问题，但在实施过程中，往往受到高分子材料本身性质、技术及成本等的限制；而研究开发可降解的高分子材料则成为20世纪70年代以来重要课题，受到世界范围内的关注仁。

1可降解性高分子材料的降解机理

高分子材料的生物降解是指在生物（主要是指真菌、细菌等）作用下，聚合物发生降解、同化的过程、生物降解主要取决于聚合物分子的大小和结构、微生物的种类以及环境因素。聚合物的降解机理十分复杂，一般认为材料在体内的降解和吸收是受生物环境作用的复杂过程，包括物理、化学和生化因素。物理因素主要是外应力，化学因素主要有水解、氧化及酸碱作用，生化因素主要是酶和微生物。由于植入体内的材料主要接触组织和体液，因此水解（包括酸碱作用和自催化作用）和酶解是最主要的降解机制。

2聚乳酸的降解性能

与大部分热塑性聚合物相比，PLA具有更好的降解性能。PLA的降解首先通过主链上的降解性能。PLA的降解首先通过主链上的C-O水解，然后在酶的作用下进一步降解，最终生成无害的水和二氧化碳。由于具有降解性能，故人们担心其使用寿命。实际上，PLA的降解速度相对比较缓和；更为重要的是，PLA的降解总是在先行水解之后才可能酶解。依照聚合物的初始相对分子品质、形态、结晶度等，PLA降解的速度可从几星期到几个月甚至是1～2年。但如果与微生物和复合有机废料混合埋入地下，它的降解速度会加快。因此它是一种理想的生物降解材料，特别适宜于2～3年的短期用途。影响PLA降解速度的因素主要有结晶度、玻璃化转变温度、相对分子质量和介质的pH值等。水先渗入聚乳酸的无定形区，导致酷键断裂，当大部分无定形区己降解时，才由晶区边缘向晶区中心逐步降解。晶区降解速度很慢，因此结晶度大小对降解速度有很大的影响。玻璃化转变温度低于水解温度则水解加快。相对分子质量越小及其分布越宽的PLA降解速度越快，这是因为相对分子质量越大，聚合物的结构越紧密，内部的酷键越不容易断裂，并且相对分子质量越大，降解所得的链段越长，易溶于水中，产生的H+越少，使pH值下降缓慢。酸或碱都能催化PLA水解，介的pH值也是影响PLA降解速率的重要因素。

3 PLA共混改性的研究进展

通过与韧性聚合物共混，也是常用的改进聚乳酸柔性的途径，目前人们己经研究的很多共混体系，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-己内酯、聚3羟基丁酸酯（poly（3-hydroxybutyrate）等。

沈一丁等[4]将热塑性淀粉（TPS）与聚乙二醇（PEG）、聚乳酸（PLA）共混后，采用溶剂蒸发法制备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转变温度和热塑性淀粉和PLA的相容性，体系的耐水性、强度均随着PLA含量的增加而增加，不过这种薄膜的强度和柔性并没有得到改善。

龚华俊等[5]采用超声辅助原位湿法合成多壁碳纳米管/轻基磷灰石纳米复合材料（MWNTs/HA），并通过溶液浇铸法制备了PLA/MWNTs/HA复合材料薄膜，静态力学和动态力学性能分析表明，当MWNTs/HA为0.05～0.10份时，对复合薄膜有一定的增韧效果，复合膜的玻璃化转变温度随着MWNTs旧A用量增加呈上升趋势。

PCL除可以和PLA共聚形成共聚物改善柔性外，还可以与PLA共混来改善PLA基体的脆性。直接共混PLA和PCL，两种组分是不相容的，两者混合时必须添加一定的相容剂。Wang等在PLL刀PcL体系中，以亚磷酸三苯酯（TPPi）为催化剂，在熔融状态下进行混合。结果表明，在共混过程中发生酯交换反应，生成界面相容剂，促进组分均匀分布，提高体系的机械性能，并大大改善了体系的柔性，当添加TPPi2%时，PLLA/pCL（80/20）断裂伸长率从28%提高到了128%。

顾书英等[11]采用熔融挤出法制备聚乳酸/对苯二甲酸-己二酸-1，4-丁二醇三元共聚酯（PBAT）共混物，发现低含量低的PBAT的加入适当的提高了聚乳酸的断裂伸长率，不过共混物的拉伸、弯曲性能也有所降低。当PBAT含量较高时，共混物断面的SEM照片可以明显观察到两相不相容。

4 聚乳酸在包装领域的生产应用现状

聚乳酸作为包装材料有其独特的优势，可以说，聚乳酸包装材料完全可以替代传统的包装材料，在很多方面更优于传统包装材料。与传统热塑性塑料相比，聚乳酸作为包装材料有以下优点[13]：

（l）完全折叠性和缠结保持力取向性的PLA薄膜具有和玻璃纸膜、金属薄片等相媲美的完全折叠性和缠结保持力，即可以弄皱或折叠，这些普通塑料膜是不具备的。

（2）高的光泽度和透明度PLA的高透明性和光泽度可以和玻璃纸以及聚对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复单元使得PLA是一种内在极性的材料，这种高的极性导致聚乳酸具有高的表面能，从而产生良好的印刷性能，此外它还能够阻止脂肪族分子的透过，具有很好的抗油性。

（4）低温热封性能无定形聚乳酸薄膜的热封温度和EVA（巧%）相同，都在80～85℃之间。

以上的这些优点，注定聚乳酸会在包装领域大放异彩，就目前的生产状况来看，聚乳酸薄膜开发应用的前沿集中在日本和美国，国内仅仅出于起步阶段。

5 可降解塑料的开发趋势及发展前景

可降解塑料尽管存在种种问题，但它的发展方兴未艾，以下几个方面代表了可降解塑料的发展方向：（1） 积极开发高效廉价光敏剂、氧化剂、生物诱发剂、降解促进剂和稳定剂等，进一步提高可降解塑料的准时可控性、用后快速降解性和完全降解性。（2）为避免二次污染，同时保证有丰富的原料，以天然高分子微生物合成高分子的完全生物降解塑料将会越来越受到重视。（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备受瞩目，也成为环境适应性材料的又一热点。（4） 充分利用基因工程技术培育可生产聚酯的生物性植物以降低生物降解塑料的成本。

可降解塑料的发展，不但在一定程度上缓解了环境污染，而且对日益枯竭的石油资源也是一个补充。许多国家已开始考虑用生物可降解塑料代替部分石油化工合成塑料，并陆续颁布了一些法规，如意大利的立法规定自1991 年起所有包装用塑料都必须可降解，我国也已开始考虑禁用不可降解的塑料制品。据日本生物降解塑料实用化检讨委员会预测，今后10 年内全世界生物可降解塑料的市场规模为130 万吨。我国每年产生的塑料垃圾达100 万吨以上，若其中的20 %以降解塑料取代的话，需求量也在20 万吨以上，市场潜力是很大的。可降解塑料的发展适应了人类可持续发展的要求，因此，可降解塑料的发展前景是美好的。

参考文献

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第2篇：可降解高分子材料的降解途径范文

【关键词】废塑料，降解塑料，裂解油化，环境保护

1前言

废塑料自然环境下很难直接被降解，造成严重的环境污染；塑料制品在生产过程中加入的大量助剂、填料、溶剂等添加剂，会析出进入环境，从而污染土壤及水体。废塑料如粘有污染物，会吸引蚊蝇和繁殖细菌，危害人体健康。从能源角度，塑料原料主要来自不可再生的煤、石油、天然气等化石资源，如果废塑料不加以控制、回收利用，将加重能源危机。

随着塑料应用领域的拓宽和使用量的急剧增加，废塑料的污染问题已越来越为社会所关注。各国纷纷投入大量的人力、物力、财力解决其污染问题，在其替代品开发和回收再利用方面取得了较好的成效。

2废塑料的环境危害

2.1对生物体的危害

通常组成塑料的高聚物是安全无毒的，但为改善塑料制品的加工和使用性能，一般需添加各种添加剂。例如，在有些聚氯乙烯制品中，加入量达35%～50%甚至更高的邻苯二甲酸酯类增塑剂，在许多塑料中都加有含重金属的稳定剂、着色剂，这些添加剂可迁移到外环境。研究发现，这些添加剂在大气、生物质、水体、土壤以及河流底泥、城市污泥等介质中均有残留，且分解缓慢，研究表明，邻苯二甲酸酯类有类雌激素作用，能干扰内分泌，

甚至可能造成生殖功能异常。还有，在其单体聚合以及制品加工过程中会残留有毒有害的单体和有毒有害的助剂，这些都是潜在的危害因素。

2.2对土壤、水资源的危害

农地膜对提高土地利用率，有效提高农作物的产量和质量发挥了巨大作用。但目前我国使用的地膜多为聚烯烃膜，难以自然降解，破坏了土壤性状及肥料的均匀分布，影响其水分养分的吸收，阻碍了土壤与外界的空气交换，使土壤中的微生物难以存活，影响植物根系生长，最终使土壤板结，严重的会造成土地盐碱化，从而导致农作物减产，甚至难以生长。

粘有污物的生活和工业废塑料无法回收利用，卫生填埋因其体积大而效率低，因其密度小造成填埋场地基松，使垃圾中的有害物质渗入地下，危害地下水及周围环境。

2.3石化资源的浪费

合成塑料的原料主要是煤、石油和天然气等化石资源。全世界每年数亿吨的塑料消费量，将产生上亿吨的塑料废弃物，如果没有采取积极的治理措施，将对日益紧缺的化石资源产生巨大的浪费。

3 废塑料的技术防治措施

作为废塑料的技术防治措施目前主要是使用降解塑料和循环利用。

3.1开发使用降解塑料

塑料是合成高分子材料，一般在自然环境中的光降解和生物降解速度都比较慢。可降解塑料是一类其制品的各项性能在保存期内可满足使用要求，性能不变，而使用后在自然环境条件下，能降解成对环境无害的物质的塑料，从而避免破坏环境。 塑料降解主要指大分子链的断裂，主要方式有光降解、化学降解、生物降解，实际应用中往往相互增效、协同使用。

3.1.1光降解塑料

光降解塑料是利用光化学反应使大分子链的化学键断裂，塑料失去其物理强度并脆化，在自然力作用下变为粉末，进入土壤，在微生物作用下重新进入生物循环。光降解产品开发早技术成熟，但完全降解不容易，且完全降解的时间长。

3.1.2光-生物双降解塑料

光-生物双降解塑料是利用光降解和生物降解相结合制得的一类可降解塑料。和部分生物降解塑料一样是在母体中加入一些促进其降解的淀粉、纤维素、微生物聚酯、光敏剂、生物降解剂等，产品使用后，在自然条件下，其化学结构完整性受到破坏，降解为水、二氧化碳和其他物质。 此类产品在自然环境中只能降解为细小颗粒，不能完全降解，对环境可能造成更严重的二次污染。

3.1.3生物降解塑料

完全生物降解塑料是指可以在自然条件下，能够100%生物降解的塑料。按其原料来源方式可分为来源于化石资源的化石基生物降解塑料、来源于可再生资源的可再生材料基生物降解塑料以及以上两类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产品为原料单体，通过化学合成的方法得到的聚合物。如脂肪族聚酯类、聚丁二酸丁二醇酯（ PBS）、聚己内酯（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具有与PE、PP相近的优异力学性能，热变形温度接近100℃，耐热性能良好，有能用现有通用设备加工成型的优良加工性能，且已生产规模化，由它开发出来的产品有发泡材料、薄膜、注塑制品等。另外为提高材料性能，通过改性得到脂肪族芳香族共聚酯，如PBAT（单体为己二酸、对苯二甲酸、1，4-丁二醇），其有与LDPE非常相似的加工性能，可挤出吹膜，不仅能与其他生物分解塑料如聚羟基丁酸戊酸酯（PHBV）、PLA等共混吹膜，还可添加淀粉等天然材料吹膜成型。

聚己内酯（PCL） 是一种由ε-己内酯合成的聚合物材料，具有较好的生物降解性能和生理相容性，是植入人体的首选材料，可用作手术缝合线等体内材料。由于PCL 的熔点低（60℃），加之价格较高，所以很少单独使用。PCL 常与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）属于脂肪族聚碳酸酯类，是目前生物降解材料的热门研究课题，因为用二氧化碳气体为原料合成降解塑料，可利用大量的二氧化碳温室气体，既节约了资源，又保护了环境，可谓两全其美。APC 为二氧化碳（含量50% 左右）与环氧化合物的共聚物。如共聚单体为环氧乙烷，则共聚产物为PEC（二氧化碳/ 环氧乙烷共聚物）；如共聚单体为环氧丙烷，则共聚产物为PPC（二氧化碳/ 环氧丙烷共聚物）；如共聚单体为环氧丁烷，则共聚产物为PBC（二氧化碳/ 环氧丁烷共聚物）。目前产业化的有二氧化碳与环氧乙烷或环氧丙烷的共聚物。制约APC 发展的是环氧乙烷或环氧丙烷的价格高，合成催化剂价格高且供应紧张，造成成本居高不下。中山大学孟跃中教授改进的优化合成工艺预计可降低60% 的成本，价格接近通用塑料。APC 合成技术我国处于世界领先地位，目前只有我国的企业有规模化生产，APC 类塑料突出的优点是其气体阻隔性比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为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、纤维素、甲壳素、大豆蛋白等以及其衍生物或混合物为原料成型制成的生物分解塑料为天然材料基生物降解塑料，其中工业化的有热塑性淀粉和植物纤维模塑，但其性能稳定性及价格影响其应用普及。生物基生物降解塑料是利用可再生天然生物质资源，通过微生物发酵或发酵产生的乳酸等单体合成的聚合物。如聚羟基烷酸酯类（PHA）、聚乳酸（ PLA） 等

PHA为聚羟基烷酸酯类降解塑料，目前产业化品种有：第一代产品PHB（聚3-羟基丁酸酯），第二代产品PHBV（3-羟基丁酸与3-羟基戊酸共聚物），第三代产品PBHH（3-羟基丁酸与3-羟基己酸共聚物），第四代产品P34HB（3-羟基丁酸与4-羟基丁酸共聚物）。PHA类属于典型的生物降解塑料，具有综合性能好、绿色环保等优点，缺点为原料价格较高。

聚乳酸（PLA）是目前产量最大、应用最广的合成降解塑料，也是目前降解塑料中价格最低的品种，属于典型的生物降解塑料。PLA 的主要缺点是脆性大、耐热温度低及气体阻隔性差。目前针对PLA 脆性及耐热温度低的改性已取得重大成果，已广泛用于流延薄膜、片材、板材、注塑和纺丝等产品中。

共混生物分解塑料是指利用上述几种生物分解材料共混加工得到的产品。如PBS与淀粉、木质素、秸秆、壳聚糖以及各种棉麻纤维等的共混改性，既使共混后的复合材料可降解，又有效降低成本，还能充分利用天然材料，做到绿色低碳环保。

3.2废塑料循环利用

废塑料的处理方式目前主要有填埋、焚烧、熔融再生、和裂解转化等方法。塑料填埋方法简单、处理能力大，但不能有效利用资源，且塑料在土壤中长期不能分解，使土壤处于不稳定状态，并产生二次污染；塑料焚烧可以回收热能，但燃烧不完全，产生大量有害气体，特别是二f英等有毒有害物质，对生态环境和人类健康产生严重影响；由于废塑料的多样性和混杂性，熔融再生法得到的复合再生塑料性质不稳定，易变脆，存在质量问题和二次污染问题。废塑料裂解转化制液体燃料（汽油、柴油等）或化工原料，不但能有效解决废塑料污染问题，还可在一定程度上缓解能源紧缺状况，可成为最有效的塑料回收利用途径。

废塑料裂解油化技术是指通过加热或同时加入一定的催化剂，使塑料分解制取燃料油和燃料气的资源化利用方法。按裂解原理可分为热裂解法、催化裂解法、热裂解-催化改质法和催化裂解-催化改质法。热裂解法是通过提供热能，使废塑料大分子裂解，生成单体或低分子化合物，是最简单的废塑料裂解法；催化裂解法是热裂解与催化裂解同时进行；热裂解-催化改质法是先进行热裂解，然后对热裂解产物进行催化改质；催化裂解-催化改质法是先进行催化裂解，然后对催化裂解产物进行催化改质。

通过催化作用，可有效降低裂解温度，并根据目的产物不同对产物选择性进行有效调控。催化剂性能直接决定芳烃、低碳烯烃等化工原料或液体燃料的产率与质量，在适当的催化剂和催化条件下，PE、PP、PS等可完全转化，且PS为裂解原料时，可以生成较高含量的苯乙烯单体。催化剂是废塑料催化转化技术的关键，也是限制其发展的重要因素。

目前，裂解油化新技术在市场上饱受追捧。美国、英国、加拿大、日本等发达国家，许多公司都已实现热裂解油化技术的产业化。上海同济大学与北京裂源环保技术设备有限公司、上海纤和环保科技有限公司等联合攻关，已取得重大进展。研制的裂解炉，可连续稳定生产。产气率约15%～20%（wt%），产油率达到65%以上（按塑料量计），可以处理废塑料含量在30%以上的生活垃圾100吨/天，整个系统废塑料裂解的油、气、碳产品转化率不低于废塑料自身质量的99%，具有明显的社会效益和经济效益。

4 结束语

现阶段，由于可降解塑料的消费量只占塑料年消费量的1%左右，大量使用的是不可降解的石化原料生产的塑料，因此，降解塑料新技术的推广应用及废塑料裂解油化技术相结合才能有效减少废塑料对环境的污染。

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第3篇：可降解高分子材料的降解途径范文

    2 生物材料的类型与应用 生物材料种类繁多,到目前为止,被详细研究过的生物材料已经超过一千种,在医学临床上广泛应用的也有几十种,涉及材料学科各个领域。依据不同的分类标准,可以分为不同的类型。

    2.1 以材料的生物性能为分类标准根据材料的生物性能,生物材料可分为生物惰性材料、生物活性材料、生物降解材料和生物复合材料四类。

    2.1.1 生物惰性材料 生物惰性材料是指一类在生物环境中能保持稳定,不发生或仅发生微弱化学反应的生物医学材料,主要是生物陶瓷类和医用合金类材料。由于在实际中不存在完全惰性的材料,因此生物惰性材料在机体内也只是基本上不发生化学反应,它与组织间的结合主要是组织长入其粗糙不平的表面形成一种机械嵌联,即形态结合。生物惰性材料主要包括以下几类:(1)氧化物陶瓷 主要包括氧化铝陶瓷和氧化锆陶瓷.氧化铝陶瓷中以纯刚玉及其复合材料的人工关节和人工骨为主,具体包括纯刚玉双杯式人工髋关节;纯刚玉— 金属复合型人工股骨头;纯刚玉—聚甲基丙烯酸酯—钴铬钼合金铰链式膝关节,其他人工骨、人工牙根等。(2)玻璃陶瓷 该材料主要用来制作部分人工关节。(3)Si3N4 陶瓷 该类材料主要用来制作一些作为替代用的较小的人工骨,目前还不能用作承重材料。(4)医用碳素材料 它主要被作为制作人工心脏瓣膜等人工脏器以及人工关节等方面的材料。(5)医用金属材料 该类材料是目前人体承重材料中应用最广泛的材料,在其表面涂上活性生物材料后可增加它与人体环境的相容性.同时它还能制作各类其他人体骨的替代物。

    2.1.2 生物活性材料生物活性材料是一类能诱出或调节生物活性的生物医学材料。但是,也有人认为生物活性是增进细胞活性或新组织再生的性质。现在,生物活性材料的概念已建立了牢固的基础,其应用范围也大大扩充. 一些生物医用高分子材料,特别是某些天然高分子材料及合成高分子材料都被视为生物活性材料.羟基磷灰石是一种典型的生物活性材料。由于人体骨的主要无机质成分为该材料,故当材料植入体内时不仅能传导成骨,而且能与新骨形成骨键合。在肌肉、韧带或皮下种植时,能与组织密合,无炎症或刺激反应.生物活性材料主要有以下几类:

    (1)羟基磷灰石,它是目前研究最多的生物活性材料之一,作为最有代表性的生物活性陶瓷—羟基磷灰石(简称HAP)材料的研究, 在近代生物医学工程学科领域一直受到人们的密切关注.羟基磷灰石 [Ca10(PO4)6(OH)2]是脊椎动物骨和齿的主要无机成分,结构也非常相近,与动物体组织的相容性好、无毒副作用、界面活性优于各类医用钛合金、硅橡胶及植骨用碳素材料。因此可广泛应用于生物硬组织的修复和替换材料,如口腔种植、牙槽脊增高、耳小骨替换、脊椎骨替换等多个方面.另外,在HA 生物陶瓷中耳通气引流管、颌面骨、鼻梁、假眼球以及填充用HA颗粒和抑制癌细胞用HA微晶粉方面也有广泛的应用.又因为该材料受到本身脆性高、抗折强度低的限制,因此在承重材料应用方面受到了限制.现在该材料已引起世界各国学者的广泛关注。目前制备多孔陶瓷和复合材料是该材料的重要发展方向,涂层材料也是重要分支之一。该类材料以医用为目的,主要包括制粉、烧结、性能实验和临床应用几部分。

    (2)磷酸钙生物活性材料 这种材料主要包括磷酸钙骨水泥和磷酸钙陶瓷纤维两类.前者是一种广泛用于骨修补和固定关节的新型材料,有望部分取代传统的PMMA 有机骨水泥. 国内研究抗压强度已达60MPa 以上。后者具有一定的机械强度和生物活性,可用于无机骨水泥的补强及制备有机与无机复合型植入材料。

    (3)磁性材料 生物磁性陶瓷材料主要为治疗癌症用磁性材料,它属于功能性活性生物材料的一种。把它植入肿瘤病灶内,在外部交变磁场作用下,产生磁滞热效应,导致磁性材料区域内局部温度升高,借以杀死肿瘤细胞,抑制肿瘤的发展。动物实验效果良好。

    (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两类。目前关于该方向的研究已成为生物材料的主要研究方向之一。

    2.1.3 生物降解材料所谓可降解生物材料是指那些在被植入人体以后,能够不断的发生分解,分解产物能够被生物体所吸收或排出体外的一类材料,主要包括β-TCP 生物降解陶瓷和生物陶瓷药物载体两类,前者主要用于修复良性骨肿瘤或瘤样病变手术刮除后所致缺损,而后者主要用作微药库型载体,可根据要求制成一定形状和大小的中空结构,用于各种骨科疾病。

    2.1.4 生物复合材料生物复合材料又称为生物医用复合材料,它是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料,并且与其所有单体的性能相比,复合材料的性能都有较大程度的提高的材料。制备该类材料的目的就是进一步提高或改善某一种生物材料的性能。该类材料主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造,它除应具有预期的物理化学性质之外,还必须满足生物相容性的要求,这里不仅要求组分材料自身必须满足生物相容性要求,而且复合之后不允许出现有损材料生物学性能的性质。按基材分生物复合材料可分为高分子基、金属基和陶瓷基三类,它们既可以作为生物复合材料的基材,又可作为增强体或填料,它们之间的相互搭配或组合形成了大量性质各异的生物医学复合材料,利用生物技术,一些活体组织、细胞和诱导组织再生的生长因子被引入了生物医学材料,大大改善了其生物学性能,并可使其具有药物治疗功能,已成为生物医学材料的一个十分重要的发展方向,根据材料植入体内后引起的组织反应类型和水平,它又可分为近于生物惰性的、生物活性的、可生物降解和吸收等几种类型。人和动物中绝大多数组织均可视为复合材料,生物医学复合材料的发展为获得真正仿生的生物材料开辟了广阔的途径。

    2.2 以材料的属性为分类标准

    2.2.1 生物医用金属材料生物医用金属材料是用作生物医学材料的金属或合金,又称外科用金属材料或医用金属材料,是一类惰性材料,这类材料具有高的机械强度和抗疲劳性能,是临床应用最广泛的承力植入材料。该类材料的应用非常广泛,及硬组织、软组织、人工器官和外科辅助器材等各个方面,除了要求它具有良好的力学性能及相关的物理性质外,优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。医用金属材料应用中的主要问题是由于生理环境的腐蚀而造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变,前者可能导致毒副作用,后者常常导致植入的失败。已经用于临床的医用金属材料主要有不锈钢、钴基合金和钛基合金等三大类。此外,还有形状记忆合金、贵金属以及纯金属钽、铌、锆等。

    2.2.2 生物医用高分子材料 医用高分子材料是生物医学材料中发展最早、应用最广泛、用量最大的材料,也是一个正在迅速发展的领域。它有天然产物和人工合成两个来源,该材料除应满足一般的物理、化学性能要求外,还必须具有足够好的生物相容性。按性质医用高分子材料可分为非降解型和可生物降解型两类。对于前者,要求其在生物环境中能长期保持稳定,不发生降解、交联或物理磨损等,并具有良好的物理机械性能。并不要求它绝对稳定,但是要求其本身和少量的降解产物不对机体产生明显的毒副作用,同时材料不致发生灾难性破坏。该类材料主要用于人体软、硬组织修复体、人工器官、人造血管、接触镜、膜材、粘接剂和管腔制品等方面。这类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胶原、线性脂肪族聚酯、甲壳素、纤维素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。它们可在生物环境作用下发生结构破坏和性能蜕变,其降解产物能通过正常的新陈代谢或被机体吸收利用或被排出体外,主要用于药物释放和送达载体及非永久性植入装置.按使用的目的或用途,医用高分子材料还可分为心血管系统、软组织及硬组 织等修复材料。用于心血管系统的医用高分子材料应当着重要求其抗凝血性好,不破坏红细胞、血小板,不改变血液中的蛋白并不干扰电解质等。

    2.2.3 生物医用无机非金属材料或称为生物陶瓷。生物医用非金属材料,又称生物陶瓷。包括陶瓷、玻璃、碳素等无机非金属材料。此类材料化学性能稳定,具有良好的生物相容性。一般来说,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类。其中惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷在前面已经简要作了介绍,而功能活性生物陶瓷是近年来提出的一个新概念.随着生物陶瓷材料研究的深入和越来越多医学问题的出现,对生物陶瓷材料的要求也越来越高。原先的生物陶瓷材料无论是生物惰性的还是生物活性的,强调的是材料在生物体内的组织力学环境和生化环境的适应性,而现在组织电学适应性和能参与生物体物质、能量交换的功能已成为生物材料应具备的条件。因此,又提出了功能活性生物材料的概念。它主要包括以下两类:(1)模拟性生物陶瓷材料 该类材料是将天然有机物(如骨胶原、纤维蛋白以及骨形成因子等)和无机生物材料复合,来模拟人体硬组织成分和结构,以改善材料的力学性能和手术的可操作性,并能发挥天然有机物的促进人体硬组织生长的特性。(2)带有治疗功能的生物陶瓷复合材料 该类材料是利用骨的压电效应能刺激骨折愈合的特点,使压电陶瓷与生物活性陶瓷复合,在进行骨置换的同时,利用生物体自身运动对置换体产生的压电效应来刺激骨损伤部位的早期硬组织生长。具体来说是由于肿瘤中血管供氧不足,当局部被加热到43~45℃时,癌细胞很容易被杀死。现在最常用的是将铁氧体与生物活性陶瓷复合,填充在因骨肿瘤而产生的骨缺损部位,利用外加交变磁场,充填物因磁滞损耗而产生局部发热,杀死癌细胞,又不影响周围正常组织。现在,功能活性生物陶瓷的研究还处于探索阶段,临床应用鲜有报道,但其发展应用前景是很光明的。各种不同种类的生物陶瓷的物理、化学和生物性能差别很大,在医学领域用途也不同.尤其是功能活性陶瓷更有不可估量的发展前途.临床应用中,生物陶瓷存在的主要问题是强度和韧性较差.氧化铝、氧化锆陶瓷耐压、耐磨和化学稳定性比金属、有机材料都好,但其脆性的问题也没有得到解决。生物活性陶瓷的强度则很难满足人体承力较大部位的需要。

    2.2.4 生物医用复合材料此类材料在2.1.4 中已有介绍,此处不再详述

    2.2.5 生物衍生材料生物衍生材料是由经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医用材

    料,也称为生物再生材料.生物组织可取自同种或异种动物体的组织. 特殊处理包括维持组织原有构型而进行的固定、灭菌和消除抗原性的轻微处理,以及拆散原有构型、重建新的物理形态的强烈处理.由于经过处理的生物组织已失去生命力,生物衍生材料是无生命力的材料. 但是,由于生物衍生材料或是具有类似于自然组织的构型和功能,或是其组成类似于自然组织,在维持人体动态过程的修复和替换中具有重要作用.主要用于人工心瓣膜、血管修复体、皮肤掩膜、纤维蛋白制品、骨修复体、巩膜修复体、鼻种植体、血液唧筒、血浆增强剂和血液透析膜等.

    3. 生物材料的性能评价 目前关于生物材料性能评价的研究主要集中在生物相容性方面.因为生物相容性是生物材料研究中始终贯穿的主题.它是指生命体组织对生物材料产生反应的一种性能,该材料既能是非活性的又能是活性的.一般是指材料与宿主之间的相容性,包括组织相容性和血液相容性.现在普遍认为,生物相容性包括两大原则,一是生物安全性原则,二是生物功能性原则.生物安全性是植入体内的生物材料要满足的首要性能,是材料与宿主之间能否结合完好的关键.关于生物材料生物学评价标准的研究始于20 世纪70 年代,目前形成了从细胞水平到整体动物的较完整的评价框架.国际标准化组织(ISO)以 10993编号了17个相关标准,同时对生物学评价方法也进行了标准化.迫于现代社会动物保护和减少动物试验的压力,国际上各国专家对体外评价方法进行了大量的研究,同时利用现代分子生物学手段来评价生物材料的安全性、使评价方法从整体动物和细胞水平深入到分子水平.主要在体外细胞毒性试验、遗传性和致癌性试验以及血液相容性评价方法等方面进行了一些研究.但具体评价方法和指标都未统一,更没有标准化.随着对生物材料生物相容性的深入研究,人们发现评价生物材料对生物功能的影响也很重要.关于这一方面的研究主要是体外法。具体来说侧重于对细胞功能的影响和分子生物学评价方面的一些研究。总之,关于生物功能性的原则是提出不久的一个新的生物材料的评价方面,它必将随着研究的不断深入而向前发展.而涉及材料的化学稳定性、疲劳性能、摩擦、磨损性能的生物材料在人体内长期埋植的稳定性是需要开展评价研究的一个重要方面。

    4 生物材料的发展趋势展望 生物材料科学是20 世纪新兴学科中最耀眼的新星之一。现在,生物材料科学已成为一门与人类现代医疗保健系统密切相关的边缘学科。其重要性不仅因为它与人类自身密切相关,还因为它跨越了材料、医学、物理、生物化学和现代高科技等诸多学科领域。现在对于该材料的研究已从被动地适应生物环境发展到有目的地设计材料,以达到与生物组织的有机连接。并随着生命科学和材料科学的发展,生物材料必将走向功能性半生命方向。生物材料的临床应用已从短期的替换和填充发展成永久性牢固种植,并与其它高科技(如电子技术、信息处理技术)相结合,制备富有应用潜力的医疗器械。生物材料的研究在世界各国也日益受到重视.四年一次的世界生物材料大会代表着国际上生物材料研究的发展动态和目前的水平。分析认为,以下几个方面是生物材料今后研究发展的几个主要方向:

    (1)发展具有主动诱导、激发人体组织和器官再生修复功能的,能参与人体能量和物质交换产生相互结合的功能性活性生物材料,将成为生物材料研究的主要方向之一。

    (2)把生物陶瓷与高分子聚合物或生物玻璃进行二元或多元复合,来制备接近人体骨真实情况的骨修复或替代材料将成为研究的重要方向之一。

    (3)制备接近天然人骨形态的、纳微米相结合的、用于承重的、多孔型生物复合材料将成为方向之一。

    (4)用于延长药效时间、提高药物效率和稳定性、减少用量及对机体的毒副作用的药物传递材料将成为研究热点之一。

    (5)血液相容性人工脏器材料的研究也是突破方向之一。

    (6)如何能够制备出纳米尺寸的生物材料的工艺以及纳米生物材料本身将成为研究热点之一。

第4篇：可降解高分子材料的降解途径范文

关键词：共性规律 先进材料 研究方法

人类社会文明发展的历程，是以材料为主要标志的。每一种材料的发现、发明和使用，都会把人类改造自然的能力提高到一个新的水平，把人类文明和社会发展推向一个新的台阶。而自然科学的各种研究方法在材料科学的发展中发挥了很大的作用，掌握材料学科的发展和研究方法对于材料学科研究人员和学生是非常必要的。认识材料科学与工程学科的内在科学规律和发展趋势，对材料的研究开发思路和各种方法有一个科学辩证的概念，能进一步激发学生的学习积极性和创新精神，为今后从事材料的设计和研究工作奠定基础。

一、材料的共性规律

材料主要分金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料，三大材料都具有晶体结构，但是陶瓷和高分子材料的组织结构要比金属的复杂。由于它们的结合键不同，得金属具有较高的强度、刚度、导电、导热性能，无机非金属则具有耐高温、耐腐蚀、具有转变物理性能和脆性，有机高分子具有比强度高、耐磨、耐腐蚀、易老化、刚度小的特点。然而，它们在不同环境介质下有着共同的效应，例如界面效应，在界面处都有分割、不连续、吸热特征；还有材料的动态效应、复合效应、环境效应、纳米效应等。三大材料存在着共同规律，陶瓷的实际晶体中存在着各种缺陷，金属与合金存在同素异构转变、马氏体相变、有序——无序转变，在其他材料中也有这些转变。陶瓷中存在同素异构转变。对于有机固体相变的研究发现，许多由简单分子组成的有机固体也具有复杂的同素异构转变。在外力的作用下都会发生弹、塑性变形和断裂过程，而且它们应用相同力学性能测试技术，具有相似的规律。

二、材料科学发展的重点

材料科学发展的重点是（一）开发新材料，发展高技术产业；（二）纳米材料和纳米技术的开发。先进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、功能复合材料和生态环境材料。

信息功能材料主要用于计算机、通信和控制，其特点是要求高、发展快、种类繁多。例如集成电路所需材料、计算机敏感元件传感器材料、新型半导体材料、存储介质材料和高温超导材料的开发和应用代表了信息功能材料的发展程度。生物材料又称为人造生物类材料，即类生物材料。类生物材料一般包括生物医用材料、仿生材料和生物灵性材料。生物医用材料已经成为人类非常关注的领域，生物仿生陶瓷、生物可降解高分子材料是医用生物材料的重要方向。仿生材料涉及面也很广，以往研究比较多的有珍珠、贝壳、竹子、骨骼、飞鸟等，仿生材料的更长远目标是使生物技术原理用于工业生产，改变高温、高压及耗能高的生产方式。

智能材料是一种能感知外部刺激，能够判断并适当处理且本身可执行的新型功能材料。如形状记忆材料、磁致伸缩材料、导电高分子材料、电流变液和磁流变液等智能材料驱动组件在航空上的应用已经取得了大量的创新成果。复合材料的内涵比较丰富，从复合的角度来说，未来的研究与发展重点是发展功能、智能复合材料，由于复合材料的设计自由度大，所以更适合发展多功能复合材料。功能复合材料涉及面比较广，包括电功能材料、磁功能材料、光功能材料、声功能材料、热功能材料、进行功能材料和化学功能材料。

生态环境材料定义是具有良好的使用性能和与环境协调性的材料。生态环境材料主要分为环境相容材料（包括纯天然材料、仿生物材料、绿色包装材料和生态建筑材料）、环境降解材料和环境工程材料（包括环境修复材料、环境净化材料和环境替代材料）。目前生态环境材料主要的研究方向有：生物可降解材料技术，CO2气体的固化技术，SOx、NOx等催化转化技术，废物的再资源化技术，环境污染修复技术、仿生材料、环境保护材料、氟里昂和石棉等有害物质的替代材料和绿色新材料等。

纳米材料及制备技术的开发迫在眉睫，当物质到纳米尺度时，其表面电子结构和晶体结构发生变化，产生了宏观物体不具备的小尺寸效应、量子效应、表面效应和界面效应。材料显示出奇特的物理、化学性能，利用这一效应可大幅度提高结构材料的强度，改善其脆性。纳米研究的主要领域包括金属、陶瓷、玻璃和聚合物方面的纳米材料，目前对纳米材料的应用研究热点主要集中在纳米管、纳米带、纳米薄膜、纳米复合材料和纳米金属材料等几个方面。纳米材料在使用中亟待解决的问题是纳米材料的设计和控制、制备技术与工艺。纳米材料在应用中有很多优点，但在使用和生产的过程中有可能使接触人员吸入纳米颗粒，造成对肺部的伤害，所以纳米材料在研究和应用过程中要考虑对健康、安全和环境的影响。

三、绿色材料科学技术

绿色材料科学技术从广义上来讲，包括的内容较多，例如积极开发新材料、新能源、材料的回收与再利用、改造传统工艺和生产流程等。发展绿色材料科学技术，很重要的措施是积极开发和采用新工艺、新技术，特别是传统材料产品产业。例如，粉末注射成型是制备各种金属和陶瓷高性能零件的高效、节能、环境友好、低成本、大批量生产的工艺，最近20年来发展十分迅速。

四、材料的基本研究方法

对于材料设计和研究采用的自然科学基本方法主要有归纳法、演绎法、分析法、综合法、类比法、移植法、黑箱法、相关法、数学方法、模型法、原型启发法等。

归纳法是从积累大量数据到概括出一般原理的过程，结果具有一定的可靠性，主要用于科学发现，这种方法的局限性是推理具有或然性。演绎法是由一般原理推论出个别结论的方法，可用于预见科学事实，是提出科学假说的重要方法。分析法与综合法相结合是科学发现和技术创新的重要途径。类比法和移植法可以将某一领域的方法和技术应用到其他学科技术领域中，比如螺旋桨技术用在飞机等领域，拉链技术应用在装饰、医学等多个领域。数学方法能揭示研究对象的本质特征和变化规律，是解决科学技术问题常用的也是最重要的方法，是表述系统的结构域行为的一种科学方法。例如谷神星的发现，是意大利科学家观察，高斯计算，被称为“铅笔尖”发现的新行星。原型启发法与仿生法是对自然现象和自然界的动植物进行观察、探索受到启发来进行科学研究和创造发明，例如美国佛罗里达州立大学工程师Rick Lind从海鸥身上得到启发，研制出一种能在高层建筑周围寻找出路，同时又可猛扑向林荫大道的远程遥控侦察机。日本新干线子弹头列车速度可达321公里/h，“取经”于猫头鹰羽毛和翠鸟喙的降噪设计，行驶过程出奇地安静。这是由于猫头鹰的羽毛呈锯齿状排列，可悄无声息地穿过夜空；列车的“鼻子”与翠鸟喙类似，这种形状可帮助列车在穿过隧道时不会产生低水平音爆。

研究材料的结构和性能之间的关系常常采用黑箱法、相关法、过程法和环境法。黑箱法是在无法知道研究对象本质机理的情况下采用的，相关法研究材料组织结构与性能之间有对应关系时采用，得到的关系式有一定的物理意义。过程法是研究对象的本质，又称为分析法，相关法和过程法是相辅相成的，环境法通过各种环境因素来研究材料组织性能的演化规律。

材料科学从经验科学走向理性科学，很重要的发展方向是材料研究的模型化与模拟。模型化是将真实情况简单化处理，建立一个反映真实情况本质特征的模型，并进行公式化描述。模拟是对真实事物或者过程的虚拟，模拟方法是把所求解问题转化为大量微观事件的情况下，提供一种数值解法。目前在国内外材料研究及加工领域中开展了很多模型化和模拟方面的研究工作，为进一步的实验工作提供了可靠的依据。

五、本课程开设的重要意义

这门课程除了具有完整的材料科学知识结构，精致的课件也使得学生在学习过程中受到视觉和听觉的冲击。在掌握理论知识同时，大量实例将理论和实践应用结合起来，引导学生如何去认识材料，去研究材料，去设计材料，让学生在学习过程中真切地体会到知识是如何学以致用的，并且激发他们对于这些知识探索的兴趣。对教师而言，在讲授这门课程的过程中，通过对材料设计、制备、研究方法内容的整合，个人的专业知识得到了极大的丰富，为今后研究方向的选题、方案的设计以及研究方法的应用提供了思路和参考。

参考文献：

[1]戴起勋，赵玉涛.材料科学研究方法（第2版）.国防工业出版社，2008

第5篇：可降解高分子材料的降解途径范文

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键词： 多西紫杉醇；聚合物胶束；药物传递系统

Key words： docetaxel；polymeric micelles；drug delivery systems

中图分类号：R914 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2017）16-0206-02

0 引言

多西紫杉醇是紫杉醇结构改造过程中合成出来的衍生物，能够扰乱微管的解聚组装，使细胞分裂停止于有丝分裂期而抑制细胞增殖、诱导细胞凋亡，具有广谱抗癌活性，已经广泛用于乳腺癌、非小细胞肺癌、卵巢癌等实体癌的治疗[1]。然而，多西紫杉醇在水中溶解性极低。市售制剂采用的吐温80增溶剂具有溶血性，容易让患者出现严重过敏反应，其临床应用受到了极大影响。近年来，为了降低毒副反应，增强抗癌活性，纳米载体的多西紫杉醇传递系统研究取得了较大进展。常见的纳米药物载体包括脂质体、聚合物纳米粒、脂质纳米粒、聚合物胶束、纳米乳、纳米囊等。

聚合物胶束属于纳米药物载体中的一类。达到临界胶束浓度后，同时具有亲水和憎水基团的两亲性聚合物会在水中自组装形成胶束，具有疏水性的内核和亲水性的外壳。与其它类型的纳米载体相比较，胶束的疏水内核可增溶难溶性药物，具有良好载药性能及药物控释能力；亲水外壳则发挥提高载药系统稳定性的作用，改善所负载药物的体内药动学行为。此外，胶束的纳米级粒径能实现对肿瘤组织的被动靶向作用。随着高分子材料化学的逐步发展，聚合物胶束被越来越多地应用于抗癌药物传递系统。本文综述了多西紫杉醇聚合物胶束的研究进展，以期为新型纳米制剂的开发应用提供参考。

1 聚合物胶束制备方法

聚合物和药物之间通过共价键、非共价键（包括静电作用、氢键、疏水作用等）形成载药胶束。根据两者各自的理化性质，可以采用物理包埋、化学结合及静电作用等方法制备载药聚合物胶束[2]。

物理包埋法的原理是利用聚合物疏水嵌段的结构调整，以分子间作用力将药物分子包封于胶束的疏水内核。载药胶束的制备常用透析法、直接溶解法、O/W乳化法、冷冻干燥法和溶剂蒸发法。化学结合法则是利用药物分子和聚合物之间共价键结合形成载药胶束系统。此类载药胶束中的药物分子有两种释放途径：聚合物胶束解体后，药物和聚合物之间共价键断裂，药物随即释放；聚合物胶束结构完整，内部的药物与聚合物间共价键断裂，药物从聚合物胶束里扩散而出。静电作用法是聚合物疏水区和药物通过静电作用紧密结合。例如，可以通过核酸类、肽类或者蛋白质类药物与带相反电荷聚合物之间的静电相互作用制备载药聚合物胶束。

2 载药聚合物胶束体系

许多聚合物胶束已用于负载多西紫杉醇，如维生素E聚乙二醇琥珀酸酯胶束、Pluronic胶束、聚乙二醇单甲醚-聚乳酸/Pluronic混合胶束、聚氧乙烯-聚己内酯胶束、聚乙二醇-b-聚己内酯胶束和聚乙二醇单甲醚-b-聚（L-乳酸）胶束[1]。这些报道的聚合物胶束能够增溶多西紫杉醇，防止其过快降解，并有效提高其生物利用度和肿瘤治疗效果。

2.1 聚乳酸胶束

聚乳酸在体内的最终代谢产物仅仅是水和二氧化碳，中间的代谢产物（乳酸）也属于体内正常代谢产物且不会在体内累积。聚乳酸的生物相容性很好，是一种可生物降解的高分子材料，目前已经被广泛应用于生物医药领域。季冬英等[3]用开环反应合成的聚乳酸-聚乙二醇单甲醚共聚物，采用溶剂蒸发-固体熔融分散法制得的胶束载体显示出对多西紫杉醇优秀的载药性能。有一些聚乳酸胶束，在日本、欧洲、美国等地区已经处于临床评估或临床使用阶段。BIND-014就是基于聚乙二醇-聚乳酸或聚乙二醇-羟基乙酸-聚乳酸的多西紫杉醇胶束制剂，用于临床治疗转移癌和晚期实体瘤。

2.2 聚己内酯胶束

聚己内酯属于人工合成的聚酯类生物高分子材料，热稳定性好，降解后的产物为二氧化碳和水，生物相容性很好，对人体无毒，作为肿瘤治疗药物的载体材料表现出良好的透过性和相容性，并可获得满意的药物释放行为。聚己内酯是美国食品与药品监督管理局批准应用于人体的高分子材料，与其他高分子的相容性较好，可以制备性能优良的多种共聚物胶束。朴圣君等[4]探讨多西紫杉醇-聚乙二醇-聚己内酯嵌段共聚物胶束治疗裸鼠前列腺癌的作用，研究表明该胶束与单纯多西紫杉醇相比，具有更好的体内长循环靶向作用，能更有效地抑制裸鼠前列腺癌肿瘤的增长，为治疗前列腺癌的有效新型制剂。张文君等[5]采用丙酮-纳米沉淀法制备聚乙二醇单甲醚-聚己内酯胶束，考察该载药纳米粒子的靶向抗肿瘤作用。体内实验结果显示多西紫杉醇纳米粒子的抗肿瘤效果明显优于临床上常用的泰素帝。

2.3 混合胶束

混合胶束指的是由两种或两种以上两亲性聚合物按一定比例混合得到的胶束体系，其稳定性高于单组分胶束。选用天然的、低毒的聚合物制备成载药混合胶束，可提高难溶性药物的溶解度和稳定性，并降低毒副作用。张伟等[6]实验制备了由Pluronic F127和Pluronic P123M成的混合胶束，并将其用作紫杉醇的纳米载体，制剂的抗肿瘤活性比单一使用PluronicP123胶束系统更强。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，被广泛用作纳米载体材料。吴文婷[7]等选用Pluronic F127和毒性低、增溶效果好的聚乙二醇十二羟基硬脂酸酯15为载体材料，多西紫杉醇为模型药物，获得新型载多西紫杉醇混合胶束系统，以期达到增溶、增效、降低毒副作用，便于临床应用的目的。

2.4 脂质核胶束

脂质核胶束是由脂质嵌段作为胶束内核的一种新型胶束，内核的稳定性好、疏水效果强，对亲脂憎水性药物的载药量高，适用于静脉给药；临界胶束浓度低，给药后的体内稀释稳定性好；制备材料简单，易于大规模的商业性生产。胡凯莉等[8]通过薄膜水化法成功制备了二硬脂酰基磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000（PEG-2000DSPE）的载多西紫杉醇脂质核胶束，PEG链可以保护胶束系统和其中的药物被机体免疫系统识别，起到长循环的作用，而成核的DSPE，可以被哺乳动物分泌的磷脂酶A2降解，具有较好的生物可降解性。

2.5 复方制剂胶束

含两种或两种以上药物成分的制剂，称为复方制剂。郭雄等[9]将多西紫杉醇和白藜芦醇组成复方制剂，降低多西紫杉醇的用量和毒性，同时借助于白藜芦醇的抗肿瘤干细胞作用获得更好的治疗效果。采用薄膜分散法制备了同时包载白藜芦醇和多西紫杉醇的单甲氧基聚乙二醇-聚丙交酯共聚物胶束，提高了两种药物溶解度，采用Box-Behnken效应面法优化了载药胶束的处方。邵铖t等[10]用聚乙二醇单甲醚-聚乳酸嵌段共聚物同时增溶紫杉醇和多西紫杉醇，得到的双药胶束稳定性增强，并且对两种药物的载药量都可以达到25%。双药胶束作为一种高载药率和高稳定性的载药形式，是胶束设计的一个新的选择。

3 结论和展望

大量研究证明，作为一种非常有应用前景的药物传递系统，聚合物胶束能够实现药物增溶、减毒增效、肿瘤靶向等要求。随着分子生物学、肿瘤学、药剂学的融合快速发展，多西紫杉醇聚合物胶束在肿瘤诊治上的研究也将不断拓展。然而，多西紫杉醇聚合物胶束的物理化学稳定性、制备质量控制、贮存条件、体内代谢和大规模生产技术等仍然有待深入研究。我们相信，随着国内外学者的不断努力，多西紫杉醇聚合物胶束制剂会越来越多地服务于临床治疗。

参考文献：

[1]程树仓，庞鑫，翟光喜.多烯紫杉醇纳米制剂的研究进展[J].药学研究，2013（01）：45-48，54.

[2]Badaoui Fatima Zohra，张灿.载药聚合物胶束的制备和肿瘤靶向性研究进展[J].北方药学，2013（06）：61-63.

[3]季冬英，吴琼珠，平其能.PLA-mPEG的合成和多西紫杉醇聚合物胶束的制备[J].中国药科大学学报，2008（03）：223-227.

[4]朴圣君，李晓刚，吴文元，等.多西紫杉醇-聚乙二醇-聚己内酯嵌段共聚物胶束治疗裸鼠前列腺癌的研究[J].临床泌尿外科杂志，2014（08）：721-725.

[5]张文君，刘芹.多西紫杉醇载药纳米粒子对小鼠肝癌移植瘤的靶向治疗作用[J].实用临床医药杂志，2012（05）：1-3，6.

[6]张伟.功能性Pluronic P123/F127混合胶束用于治疗多药耐药肿瘤的研究[D].复旦大学，2010.

[7]吴文婷，石文晶，吴琼珠，等.载多烯紫杉醇Solutol HS15/Pluronic F127混合胶束的制备及体外评价[J].药学进展，2013，（05）：222-229.

[8]胡凯莉，贾娜，刘梅，等.多烯紫杉醇脂质核胶束的制备及性质考察[J].中成药，2014（06）：1181-1186.

第6篇：可降解高分子材料的降解途径范文

0　引　言

生物医用复合材料(biomedical composite materials)是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料，它主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造［1］。长期临床发现，传统医用金属材料和高分子材料不具生物活性，与组织不易牢固结合，在生理环境中或植入体内后受生理环境的，导致金属离子或单体释放，造成对机体的不良影响。而生物陶瓷材料虽然具有良好的化学稳定性和相容性、高的强度和耐磨、耐蚀性，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的疲劳与破坏强度不高，在没有补强措施的条件下，它只能应用于不承受负荷或仅承受纯压应力负荷的情况。因此，单一材料不能很好地满足临床应用的要求。利用不同性质的材料复合而成的生物医用复合材料，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能，为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径，生物医用复合材料必将成为生物医用材料和中最为活跃的领域。

1　生物医用复合材料组分材料的选择要求

生物医用复合材料根据应用需求进行设计，由基体材料与增强材料或功能材料组成，复合材料的性质将取决于组分材料的性质、含量和它们之间的界面。常用的基体材料有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸钙基或其他生物陶瓷、医用不锈钢、钴基合金等医用金属材料；增强体材料有碳纤维、不锈钢和钛基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。

植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求：(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象；(2)具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组成不引起生物体的生物反应；(3)具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能；(4)具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困难而使其应用受到限制。

2　生物医用复合材料的研究现状与应用

2.1　陶瓷基生物医用复合材料

陶瓷基复合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基体，通过不同方式引入颗粒、晶片、晶须或纤维等形状的增强体材料而获得的一类复合材料。生物陶瓷基复合材料虽没有多少品种达到临床应用阶段，但它已成为生物陶瓷研究中最为活跃的领域，其研究主要集中于生物材料的活性和骨结合性能研究以及材料增强研究等。

Al2O3、ZrO3等生物惰性材料自70年代初就开始了临床应用研究，但它与生物硬组织的结合为一种机械的锁合。以高强度氧化物陶瓷为基材，掺入少量生物活性材料，可使材料在保持氧化物陶瓷优良力学性能的基础上赋予其一定的生物活性和骨结合能力。将具有不同膨胀系数的生物玻璃用高温熔烧或等离子喷涂的，在致密Al2O3陶瓷髋关节植入物表面进行涂层，试样经高温处理，大量的Al2O3进入玻璃层中，有效地增强了生物玻璃与Al2O3陶瓷的界面结合，复合材料在缓冲溶液中反应数十分钟即可有羟基磷灰石的形成［2］。为满足外科手术对生物学性能和力学性能的要求，人们又开始了生物活性陶瓷以及生物活性陶瓷与生物玻璃的复合研究，以使材料在气孔率、比表面积、生物活性和机械强度等方面的综合性能得以改善。近年来，对羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)复合材料的研究也日益增多［3，4］。30% HA与70%TCP在1150℃烧结，其平均抗弯强度达155MPa，优于纯HA和TCP陶瓷，研究发现HA-TCP致密复合材料的断裂主要为穿晶断裂，其沿晶断裂的程度也大于纯单相陶瓷材料。HA-TCP多孔复合材料植入动物体内，其性能起初类似于β-TCP，而后具有HA的特性，通过调整HA与TCP的比例，达到满足不同临床需求的目的。45SF1/4玻璃粉末与HA制备而成的复合材料，植入兔骨中8周后取出，骨质与复合材料之间的剪切破坏强度达27MPa，比纯HA陶瓷有明显的提高。

生物医用陶瓷材料由于其结构本身的特点，其力学可靠性(尤其在湿生理环境中)较差，生物陶瓷的活性研究及其与骨组织的结合性能研究，并未能解决材料固有的脆性特征。因此生物陶瓷的增强研究成为另一个研究重点，其增强方式主要有颗粒增强、晶须或纤维增强以及相变增韧和层状复合增强等［3，5～7］。当HA粉末中添加10%～50%的ZrO2粉末时，材料经1350～1400℃热压烧结，其强度和韧性随烧结温度的提高而增加，添加50%TZ-2Y的复合材料，抗折强度达400MPa、断裂韧性为2.8～3.0MPam1/2。ZrO2增韧β-TCP复合材料，其弯曲强度和断裂韧性也随ZrO2含量的增加而得到增强。纳米SiC增强HA复合材料比纯HA陶瓷的抗弯强度提高1.6倍、断裂韧性提高2倍、抗压强度提高1.4倍，与生物硬组织的性能相当。晶须和纤维为陶瓷基复合材料的一种有效增韧补强材料，目前用于补强医用复合材料的主要有：SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2、HA纤维或晶须以及C纤维等，SiC晶须增强生物活性玻璃陶瓷材料，复合材料的抗弯强度可达460MPa、断裂韧性达4.3MPam1/2，其韦布尔系数高达24.7，成为可靠性最高的生物陶瓷基复合材料。磷酸钙系生物陶瓷晶须或纤维同其它增强材料相比，不仅不影响材料的增强效果，而且由于其具有良好的生物相容性，与基体材料组分相同或相近，不会影响到生物材料的性能。HA晶须增韧HA复合材料的增韧补强效果同复合材料的气孔率有关，当复合材料相对密度达92%～95%时复合材料的断裂韧性可提高40%。

2.2　高分子基生物医用复合材料

研究表明几乎所有的生物体组织都是由两种或两种以上的材料所构成的，如人体骨骼和牙齿就是由天然有机高分子构成的连续相和弥散于其基质中的羟基磷灰石晶粒复合而成的。生物有机高分子基复合材料，尤其生物无机与高分子复合材料的出现和发展，为人工器官和人工修复材料、骨填充材料开发与应用奠定了坚实的基础。

生物陶瓷增强聚合物复合材料于1981年由Bonfield提出，目前的研究对象主要有：HA、AW玻璃陶瓷、生物玻璃等增强高密度聚乙烯(HDPE)和聚乳酸等高分子化合物［8，9］。HDPE-HA复合材料随HA掺量的增加，其密度也增加，弹性模量可从1GPa提高到9MPa，但材料从柔性向脆性转变，其断裂形变可从大于90%下降至3%，因此可通过控制HA的含量调整和改变复合材料的性能。HA增强HDPE复合材料的最佳抗拉强度可达22～26MPa、断裂韧性达2.9±0.3MPam1／2。由于该复合材料的弹性模量处于骨杨氏模量范围之内，具有极好的力学相容性，并且具有引导新骨形成的功能。AW玻璃陶瓷和生物玻璃增强HDPE复合材料具有与HA增强HDPE复合材料相似的力学性能和生物学性能，复合材料在37℃的SBF溶液中体外实验研究表明，在其表面可形成磷灰石层，通过控制和调整AW玻璃陶瓷和生物玻璃的含量，使其满足不同临床应用的需求。

聚乳酸具有良好的生物相容性和可降解性，但材料还缺乏骨结合能力，对X光具有穿透性，不便于临床上显影观察。将聚乳酸与HA颗粒复合有助于提高材料的初始硬度和刚性，延缓材料的早期降解速度，便于骨折早期愈合。随着聚乳酸的降解吸收，HA在体内逐渐转化为自然骨组织，从而提高材料的骨结合能力和材料的生物相容性；此外可提高材料对X-射线的阻拒作用，便于临床显影观察。最近，国外采用一种新的共混及精加工工艺将HA均匀分散于PLLA基体中制备了超高强度生物可吸收PLLA-HA复合材料［10］，随HA在PLLA基体中含量增加，材料的弯曲强度和弯曲模量也增加，其最高弯曲强度可达280MPa，它既有高分子的弹性又具有类皮质骨的刚度。将该材料浸入到SBF溶液中3天后即有大量HA晶体在表面沉积，具有骨结合能力，12周后材料具有210MPa的弯曲强度，高于皮质骨内固定材料弯曲强度200MPa的最底要求。因此该复合材料可望作为骨折内固定材料，广泛应用于临床。PDLLA-HA复合内固定棒兔子髁部骨折的实验研究表明［11］，术后动物自由活动，不用任何外固定，所有动物伤口Ⅰ期愈合，无关节积液和窦道形成。X线摄片见3周时骨折端无移位，有明显骨痂生成，骨折线模糊。6周骨折愈后，骨折线消失，骨痂最多，以后各时间点骨折无移位和再骨折，骨痂逐渐减少。12周前材料可清晰显影，24周后模糊至消失。

碳纤维增强生物医用高分子复合材料是发展最早的一类医用复合材料，它主要用作骨水泥、人工关节和接骨板等［12，13］。碳纤维增强HDPE复合材料，其强度、刚性、抗疲劳和抗磨损性能均显著高于HDPE材料，因此它常用作承受复杂应力和摩擦作用的髋关节和膝关节。碳纤维增强聚砜复合材料的抗扭强度最高可达100MPa，与金属板相比，其断裂模量可减少2～4倍。碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料在90年代初就成功地用于颅骨缺损修复，其弯曲强度、断裂模量及其抗冲击性能均优于人体颅骨材料，对患者实施颅骨缺损修复后起到重要的防护作用。用四氟乙烯纤维与碳纤维复合制备成多孔复合材料，其表面积为宏观的1200倍，有利于生物组织的长入，它已用于牙槽骨、下颌骨、关节软骨的修复。

第7篇：可降解高分子材料的降解途径范文

关键词：生物植入材料 生物可降解材料 镁合金

中图分类号：TG146 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2017）06（c）-0120-02

1 可生物降解镁合金研究现状

镁合金具有良好的生物相容性和力学相容性、完全可降解性和成本低的优点，但在溶液中，特别是在含Cl-的生物体液内腐蚀过快，限制了其在生物体内的临床应用。较快的降解速率会导致植入材料在机体未痊愈之前就发生严重腐蚀，降低了材料的力学性能和稳定性，使材料失效甚至完全降解；并且镁合金的快速腐蚀会产生大量H2，导致气泡聚集，影响组织的恢复和治疗；此外，过快的降解速率将使植入体附近体液局部pH值升高，导致人体组织中蛋白质发生沉积和出现局部溶骨等不良现象。

目前研究表明，提高镁合金耐蚀性的途径一般包括以下几个方面：（1）高纯化：减少镁合金中有害杂质（Fe、Ni、Cu和Co）的含量，能消除杂质元素的不利影响，增加耐蚀性；（2）合金化：向镁合金中添加合金元素能细化组织，析出的第二相可以作为障碍物，抑制腐蚀的进行，而且还能增加有害杂质的固溶度，降低杂质的影响，提高耐蚀性；（3）表面改性：在镁合金表面涂覆涂层，能有效阻止腐蚀液进入基体，从而提高合金的耐蚀性和生物相容性。（4）加工工艺：较好的工艺能改善镁合金的组织，使第二相的析出减少或分布更均匀，有助于改善其耐蚀性。Li等[1]研究了Ca含量不同的Mg-Ca合金的耐腐蚀性能和细胞毒性，发现随Ca含量增加而耐蚀性下降，且Mg-1Ca合金无细胞毒性，具有良好的生物相容性。

2 生物镁合金制备方法介绍

制备生物镁合金的方法中的区域凝固法[2]和亚快速凝固技术[3]能有效增加合金耐蚀性。亚快速凝固技术综合了快速凝固和常规凝固的优点，控制冷却速率约为0～103 K/s时结晶。这样可减少常规凝固成分的偏析和缺陷，使有害杂质固溶于基体中，不会形成有害的析出相，减轻腐蚀程度，同时还能形成非晶态氧化膜，提高耐蚀性。区域凝固法制备的镁合金铸锭，能在其中间部位减少有害杂质的含量，是一种简单而可控的高纯镁合金制备工艺。

另外，压缩变形能有效地细化组织，是提高合金强韧性的有效方式，可以通过热挤压、热轧、往复挤压、高压扭转和等径角挤压等技术来改善镁合金组织的均匀性，且镁合金的开路腐蚀电位也会提高，增加其耐蚀性能。压缩变形的技术可以分2类：热加工塑性变形，主要包括热挤压和热轧；剧烈塑性变形，主要包括高压扭转等。一般来说，热加工塑性变形一定程度上细化了镁合金晶粒组织，明显提高了强韧性，降低了镁合金腐蚀速率。

3 医用生物镁合金的腐蚀机理

生物镁合金在体内环境中的腐蚀类型可以分为4种：电偶腐蚀、应力腐蚀、腐蚀疲劳和磨蚀。由于镁合金中存在不同的相、成分和缺陷，且同一相的不同区域元素含量也不相同，很难形成均随着桉树传入、发展、地位等不断变化，与桉树相关话题的是是非非争论时起时伏，至今似乎又有新的、实际也是旧事再提的迹象。回顾刚掀起广泛种植桉树热的1996年，《广东科技报》在3月16日以头版头条刊登了一位地质工作者署名的《褒褒贬贬说桉树》文章，到2012年局部县市划定禁止种植桉树地带、2016年一些政府部门规定的水源地区禁止新种桉树、逐步退出桉树林地等行政规定，多把种植桉树与对生态造成重要影响挂钩。与此同时，速生桉的发展从国家、政府部门的关心，国营、个体和多种营林方式出现，从政策扶持到自觉自愿、不断开辟新造林区，甚至有不愿放弃经营的情况，这些群体的感觉多是造林营林收益可观，除了广西每年能够生产全国1/3的木材外，也发现许多现实并不与原来的宣传观点相同，许多问题正在或已经通过不同的方式去解决。

1 种植桉树评论最多之“弊”

对种植桉树评论最多之“弊”主要包括几方面：一是水的问题，认为桉树林使林地蓄水层干枯，对水资源造成不利影响；二是种植桉树因不断轮伐、长期生长同一树种，引起地力衰退；三是由于桉树人工林树种单一，从而影响林区生物多样性；四是大量单一无性系造林使遗传基因窄化，大大削弱桉树人工林控制病虫害的机制，生物群落受破坏、病虫灾害危机开始显现等。

2 速生桉种植生产实践体会

经过20多年来的桉树生产，众多林农在生产实践中对上述问题有了新的体会。速生桉是消耗大量水分的树种，所以生长迅速。凡在经常干旱的地段，不宜栽种桉树速生品种，同一林区，如土层瘠薄、沙质严重无法保水的，其生长量往往不及山脚或水分充足地段的产量1/2。幼林、中龄林是生长旺盛阶段，耗水量最大，尤其是广大林区都是以生产中径材为主，大多在6年之内主伐完毕、再重新萌芽成林，所以它的一生都在高耗水中度过。假若把速生桉培育为大规格材，林地植被能得到恢复并形成群落，截留雨水、涵养水源功能并不比其他树种的林区逊色。如桂南某地一村屯，村背后一座光秃秃大山种植任何树种不成林，后种桉树成活并形成大树，林下植被茂密、种类丰富，过去没有水流的山脚，却长年清泉不断，解决了这个村子用水难题，村民发现了这个宝贝，坚决不允许砍伐这片桉林。中、幼龄速生桉林消耗水分多，但根据科研人员测定，却比水稻、大叶相思等植物耗水少得多，在相同耗水量的情况下，桉树生产的干物质会比许多作物多，也就是说，桉树并没有“白吃”这些水分。在桂西山区的干旱季节，笔者目睹了一个大山的两种经营结果：一侧山头是全垦后种植玉米，另一侧是种植速生桉，经过连续干旱，玉米全部萎蔫干枯、几乎没有收成，而桉树林区的生长势头并未减弱。在相对均匀、年降雨量1 000 mL以上的广西大部分地区，尽管桉树消耗了大量水分，但它截留到林地上的水分，不见得比其他树种或荒山的少。至今，还没有人对不同树种的林区地径水流量、山塘水库蓄水库存进行过科学测定，至少没有公开报导，说明桉树林区在相同降雨情况下水量比其他树种减少的研究结果。假若老天爷长期不下雨，不管你栽种什么树种，大地干旱、水库没水依然如此，我国西北大面积干旱、广西区内也有经常干旱地带，其实与桉树种植无直接关连。

3 桉树的长期种植、采伐更新对林地肥力的衰退影响

桉树的长期种植、采伐更新、萌芽成林对林地肥力的衰退影响严重。这种现象已经被林农认识和接受。不论种植什么作物、什么品种，都会消耗土壤中的养分，这和种植水稻、玉米、小麦等都无差异。认为种树靠“吃雾水”长大的，种树不用施肥的传统习惯在最初桉树发展阶段还没有被林农改变，从而一些只想收成，不愿投资施肥，导致土壤肥力下降的情况出现。经过多年生产实践证明，施肥与否，收益会有天壤之别。一个林农，在一小片林地上种了桉树，从此不再管理，杂草荆棘丛生，5年后“主伐”，产量不足0.2 m3，成为一个笑话。另外，开始大量种植桉树的20世纪90年代，由于当时沼气、电力等在农村尚未普及，柴火是当时生活必须品。主伐时的大小径材出卖获取收入，枝叶、树桩、树皮也被搜刮一空。通常林农每年每株桉树0.5～1 kg的N、P、K为主的肥料并不能生产出来的桉树整株物质，却全部搬移出了林地外，势必造成地力下降。近年来林农逐渐认识肥料对桉树生产的重要性，把每株年施肥量提高到0.75～1.5 kg。同时随着农村生活用电、沼气应用，以植物枝叶为燃料的习惯正在退出生活舞台，不仅桉树枝叶、树桩没有人去索取，林下灌木杂草也无人问津，一些更新林区由于枯枝、杂灌太多反而使作业困难，但却为林地肥力恢复做出了重要贡献。除此，桉树专用肥料生产厂家也逐步认识到补充微量元素的重要性并进行添加；近年来又生产桉树专用缓释肥料品种，减少肥料损耗以利于桉树的吸收。营林人希望有主伐林木的机械运用，通过粉碎林木残留物，增加肥力返还土壤，保证肥力维持现状甚至逐年上升、达到永续利用的目的。桉树林地肥力衰退现象，目前已经有一部分得到了改善。

4 关于树种单一影响生态多样性的问题

目前广泛种植的速生桉品种、品系实际只有几种，以尾叶桉、尾巨桉、巨尾桉为主。由于父本、母本品种过少，树种多样性无疑是欠缺的。最好能够培育出其他速生桉树或者树种，从而取代目前树种过少是理想的选择，但现实中并未实现。近年来推出的黄梁木、绿桐（泡桐杂交品种）生长速度也十分可观，但要证实它们的应用价值仍需时日。在10多年前，全部采用整个山头炼山形式，许多天然乡土树种和其他生物体系受到破坏；林地采用全垦形式使土壤肥力流失；造林密度过大使林下植物丧失竞争能力；不适地适树、种植品种单一、施肥不足、砍伐过早、全树利用等_实影响林区生态多样性的存在。但是，实践中也证明了当前种植的品种（品系）仍然是至今最高产的优良杂交品系，正如农民不愿拒绝袁隆平推出的优良品种一样而受到采用。农业生产道理也一样，没有人愿意在广大农田上为生态平衡而让农作物和野草杂灌生长在一起，精耕细作、高投入、高产出已经成为高效的或商品性经营的重要手段。改善营林方式，如保留山沟杂灌、块状造林、发展其他山上作物或多年生的珍贵树种、自觉保护林下植被、采用有机肥料、加强病虫害的观察和防治等正在被营林者所接受。根据近两年来广西林业有害生物的普查，桉树林区内以桉树谋生的昆虫超过了500种，与这些害虫相关的天敌种类又超过了100种，桉树林区的动物增加、土质改善也在实际中演变。

5 结语

营造桉树林有利有弊，经过科学经营，减弊而增利，不断改善生态是可以实现的。

参考文献

[1] 杨朝应.浅谈桉树在生态建设中的利与弊[J].临沧科技，2008（2）：31-32.

第8篇：可降解高分子材料的降解途径范文

生物基这一概念的适用领域非常广泛，在纺织界主要是生物基纤维。目前生物基纤维已被列入国家战略性新兴产业重点发展领域，生物基产品及绿色能源问题已经成为世界科技领域的前沿。在我国，生物基纤维虽然发展起步较晚，但是发展较为迅速。目前行业内，PTT、海藻酸盐、PLA、PHA等生物基纤维已突破关键技术，大部分已经实现产业化，并成功传导至下游。

同一起点的赛跑

生物基纤维对于缓解世界石油资源不足所显露出的巨大潜力被各个国家所看好，美、日、欧洲等发达国家纷纷加入生物基纤维的角逐战。近日，荷兰Avantium公司成功推出生物基PEF材料制成的T恤衫， 日本东丽公司以美国Gevo公司合成的完全生物制备的对二甲苯为原料，在全球首次成功制备出完全由生物质为原料的PET纤维。

在中国，生物基纤维的发展也并不逊色。中国科学院宁波材料技术与工程研究所研究员陈鹏在接受相关媒体记者采访时称：“与发达国家相比，我国在生物基化学纤维技术方面并不落后，甚至在个别领域有所领先，这也是有别于传统化纤产业的一个显著特征。”中国化学纤维工业协会会长端小平也表示：“生物基纤维是今后化纤产业发展的重要方向，是唯一不落后于国外的新纤维品种，而且在未来有巨大的发展空间。”

近年来，国内化纤企业在生物基领域有突出成绩的企业代表有，福建海兴材料科技有限公司、海斯摩尔生物科技有限公司等。据悉，海兴科技和美国杜邦公司联合推出的高科技生物基弹性短纤维——舒弹丝已成功在家纺领域成功应用，被业内人士称之为“家纺材料的一大重要革新。”

“生物基纤维带给整个纺织行业的是欣欣向荣的前景与潜力无穷的提升空间。舒弹丝37%的原材料采用非石油的可再生生物质资源，减少了对石油和石化产品的依赖。”海兴材料科技有限公司总经理张连京接受媒体采访时表示。张连京称，舒弹丝中的玉米提取成分占30%，相比石化纤维，生产同样数量的舒弹丝可减少30%的能源消耗和63%的碳排放量。而且，氨纶等化纤产品在很多领域都受限制，但舒弹丝无论是用于婴幼儿产品，抑或消费者是过敏体质，都不会产生任何问题，舒弹丝也通过了国际市场上最权威、影响最广泛的生态纺织品认证。

除了最近频繁亮相的舒弹丝外，近年来在纺织各大展会上还可以看到海斯摩尔生物科技有限公司的壳聚糖纤维。据悉，壳聚糖纤维是一种从海洋生物中提取的新型功能性纤维材料，它以蟹壳、虾壳为原料，采用高科技，经提纯、溶解、纺丝而制得的动物再生纤维，其最大的优点就是抗菌，具有天然抑菌、快速止血、吸附螯合等功能，还具有生物相容性、生物安全性和生物可降解性，广泛应用于工业、医疗、纺织等领域。

目前，海斯摩尔“特种壳聚糖纤维布”已成功被航天工程“天宫一号”、“神舟八号”采用。取得如此优异成绩的海斯摩尔，以项目“千吨级壳聚糖纤维产业化及应用关键技术”申报了2013年度“纺织之光”科技进步奖，并获得了一等奖，专家们一致认为：海斯摩尔总体技术已达到国际领先水平。

坚持到底就是胜利

生物基纤维由于其将原料的可持续性和产量的规模化完美结合，成为了未来化学纤维实现可持续发展必须要抓住的领域。在《化纤“十二五”发展规划》中指出，“十二五”期间生物质纤维及其原料的发展的重点是：充分利用农作物废弃物和竹、麻、速生林及海洋生物资源等，开发新型生物质纤维材料，研发纤维材料绿色加工的新工艺、突破装备集成化技术，实现产业化生产。根据规划，到2015年，新溶剂法纤维素纤维将实现万吨级产业化生产，生物质合成纤维发展到21万吨产能，生物基各类化纤原料产能发展到30万吨。

中国化纤协会会长端小平在接受记者采访时表示：“大力发展生物基化学纤维及原料的意义不只是实现化纤强国的途径，它的意义更在于：一是该技术的成果可以代替石油，从国家战略和安全考虑，可作为储备技术；二是生物基纤维及原料具有可再生和生物降解等特性，对环境友好，符合当下及未来绿色环保的发展潮流；三是该种类纤维具有超越常规纤维的性能，例如生物基PTT纤维综合了锦纶的柔软性、腈纶的蓬松性、涤纶的抗污性及接近氨纶的弹性恢复能力，将各种化纤的优良性能集于一身，是当前国际市场最新开发的热门高分子材料之一。”

当前，国家发改委、财政部、工业和信息化部、科技部、中科院等部门正在联合推动“国家生物基材料重大工程实施方案”，实施方案明确了行业的发展目标、产业规模增长目标、产业结构优化升级目标。国家工信部消费品司副司长王伟在参加化纤协会行业内部会议时对生物基纤维的发展提出了几点建议：一是在组织实施专项时，要注重产业链的同步建设；二是在满足现有市场的开发与生产的同时，还要注重开拓新的应用领域；三是以企业为主体，注重产学研用的结合；四是注重创新能力建设，加强人才队伍的培养；五是项目实施前期要扎实基础工作。

第9篇：可降解高分子材料的降解途径范文

[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

中药马钱子为马钱科植物马钱Strychnosnux-vomica L.的干燥成熟种子，味苦性温，有大毒，归肝、脾经，可通络止痛，散结消肿[1]。马钱子在治疗各种炎症、痹证方面，药力峻猛，起效迅速，但因其毒性大、治疗窗窄、半衰期短，臨床应用的毒副作用较多，限制了马钱子的广泛应用。《中国药典》2015版收载含马钱子的中成药共计20种，口服制剂主要以片剂、胶囊、散剂、丸剂为主;外用制剂主要为膏剂。随着制剂技术的不断发展，越来越多的学者对马钱子新型制剂进行研究，以期实现其减毒增效、扩大临床应用。本综述对近年来马钱子新工艺、新剂型研究及其质量控制研究相关文献进行归纳总结，为马钱子的剂型现代化、质量控制标准化等研究提供参考。

1马钱子的新型制剂

传统马钱子药用剂型主要为丸剂、片剂、散剂、胶囊及膏剂等，随着制剂技术的发展，越来越多学者对马钱子缓控释制剂等现代剂型进行了研究，在一定程度上可减轻马钱子的药理毒性、增强疗效，扩大其临床应用。

1.1贴膏剂

贴膏剂系指将原料药物与适宜的基质制成膏状物、涂于背衬材料上供皮肤贴敷、可产生全身或局部作用的一种薄片状制剂，是一种现代透皮给药制剂，包括凝胶膏剂（原称巴布膏剂）、橡胶膏剂。丰伟[2]以初黏力、反复揭帖性、皮肤黏附性、膏体残留性及外观形状进行综合评分为评价指标，采用正交设计法优化基质配比，确定了马钱子巴布剂的最佳处方：改性聚乙烯醇为粘合剂，高岭土为填充剂，甘油为保湿剂，戊二醛为交联剂;同时对制得的马钱子巴布剂进行皮肤刺激性和过敏性实验，结果显示，马钱子巴布剂对新西兰兔皮肤未见任何刺激作用，也不会引起豚鼠出现皮肤过敏反应，提示马钱子巴布剂是一种比较安全的外用新剂型[3]。沈嘉琪[4]以明胶、聚乙烯醇为巴布剂骨架，聚丙烯酸钠为粘合剂，甘油为保湿剂，制得马钱子巴布剂，具有透气性好、刺激性小、强渗透、控缓释效果好等优势。

1.2中药涂膜剂

中药涂膜剂的处方一般由主药、成膜材料、增塑剂、透皮吸收促进剂、防腐剂及溶媒组成，不需裱褙材料，不需特殊机械设备，具有使用方便、工艺简单、质量稳定等优点，可随时中断给药，避免药物的首过效应及胃肠道反应[5]。目前有关中药涂膜剂的研究中，以具有清热解毒、活血化瘀功效的药材为主，用于治疗跌打损伤或关节炎等疾病。任佳佳[6]将制备好的中药稠膏（马钱子为主药）缓慢加入到充分溶胀的聚乙烯醇-124中，边加边搅拌，继续加入甘油、吐温-80适量，以60%乙醇稀释至1000 ml制得马黄涂膜剂，并对其进行体外透皮、药效学及皮肤安全性评价研究，结果显示，其止痛消肿效果较好，无皮肤刺激性和急性毒性反应。

1.3喷雾剂

喷雾剂，系指原料药物或与适宜辅料填充于特制的装置中，使用时借助手动泵的压力、高压气体、超声振动或其他方法将内容物呈雾状物释出，用于肺部吸入或直接喷至腔道黏膜及皮肤等的制剂[7]。九分散是传统的中药制剂，由麻黄、马钱子、乳香、没药4味中药组成，具有活血散瘀、消肿止痛的功效。由于处方中含马钱子，内服易引起中毒，外用生物利用度低。孙亦群等[8]将其改制成经皮给药制剂九分喷雾剂，可避免肝脏首过效应和胃肠道反应，还可维持稳定、持久的血药浓度。

1.4凝胶剂

凝胶剂系指药物与能形成凝胶的辅料制成溶液、混悬或乳状液型的稠厚液体或半固体制剂。朱静娟等[9-10]采用Box-Behnken响应面法设计优化马钱子凝胶剂基质处方得到最佳配比为聚丙烯酸钠3.0 g、聚乙烯吡咯烷酮2.0 g、甘羟铝0.5 g，并在基质处方中加入马钱子提取物制得马钱子凝胶剂，以降低马钱子中有毒成分的突释，而降低其毒性，同时对其进行骨癌痛疗效观察及安全性评价试验，结果显示，马钱子凝胶剂在高剂量时对骨癌痛有一定的镇痛作用，且无急性毒性、刺激性及皮肤过敏反应。

1.5马钱子的新型药物载体

1.5.1脂质体  系指将药物包封于类脂质双分子层内而形成的微型泡囊体，不改变药物的分子結构，可降低药物毒性，具有缓控释作用。瞿叶清等[11]按一定质量比称取氢化大豆卵磷脂（HSPC）和大豆卵磷脂（SPC），胆固醇，二硬脂酰磷脂酰乙醇胺-聚乙二醇2000（DSPE-PEG2000），加入无水乙醇，注入硫酸铵溶液中，经适当处理后，再加入马钱子总生物碱，制得马钱子总生物碱复合磷脂隐形脂质体;同时同法制备单一的HSPC隐形脂质体和SPC隐形脂质体，比较三者静脉注射后马钱子碱组织分布的影响，结果显示，马钱子总生物碱HSPC隐形脂质体静脉注射后的血药浓度远高于其他脂质体。温思菁等[12]采用硫酸铵梯度法制备马钱子总碱脂质体，以泊洛沙姆407为基质制备成脂质体凝胶，采用Franz扩散池比较其和普通凝胶的经皮渗透性和皮肤滞留量，结果显示，脂质体凝胶能缓慢的透过小鼠皮肤，皮肤滞留量大于普通凝胶。

1.5.2微乳  微乳于80年代后作为药物载体受到医药界的重视，具有粒径小，透明，稳定，靶向释药等特点，可提高药物疗效，降低毒副作用。宋金春等[13]在室温下将油酸、丙二醇以及聚山梨酯-80按一定比例充分混合后，加入马钱子碱原料，充分搅拌，制得透明的马钱子碱微乳，并通过体外透皮吸收实验证实马钱子碱微乳促进了马钱子碱的透皮吸收，显现出持续、延时的转运特点，延长了药物的作用时间，提高了药物的生物利用度，同时可避免马钱子碱毒性反应的发生。

1.5.3微囊  微囊系指固态或液态药物被高分子材料包封形成的微小囊状粒子。微囊具有保护物质免受环境条件的影响、掩蔽药物的刺激性、提高药效、减轻副作用、增加药物稳定性、延长药效及靶向释放等作用[14-15]。宋信莉等[16]以壳聚糖、明胶为囊材，采用复乳化-交联法制备马钱子总生物碱微囊，通过星点设计-响应面法优选其制备工艺，并对微囊的载药量、包封率、产率、表征、粒径分布等质量评价指标进行考察，得出最佳工艺处方，壳聚糖质量浓度为1.5%，明胶质量浓度为11.0%，囊芯囊材质量比为1∶1，戊二醛用量为2 ml。同时通过急性毒性实验考察马钱子总生物碱微囊LD50为236.59 mg/kg，是马钱子总生物碱的2.23倍，提示制成微囊可有效提高马钱子总生物碱的安全性。

1.5.4囊泡  囊泡作为一种新型药物载体，具有同时运载亲水性药物和疏水性药物的能力，是理想的体内药物载体。胡杰等[17]采用pH梯度法和包封率为主要考察指标，以司盘60-胆固醇1∶1为囊材，药物-囊材1∶10，柠檬酸溶液为水相，碳酸钠做为pH调节剂，制得粒径179.2 nm，Zeta电位-25.41 mv的马钱子总碱囊泡凝胶，平均包封率86.9%。吴珍珍等[18]针对马钱子生物碱在类风湿性关节炎方面的作用，制备了马钱子总碱囊泡凝胶，对其体外透皮扩散或抗炎作用进行研究，提示马钱子总碱囊泡凝胶制备工艺可行，质量稳定，且药效比较试验显示，比普通马钱子总碱凝胶起效剂量低，抗炎作用显著。张卫华等[19]通过药效试验，筛选马钱子抗炎镇痛的主要有效成分为马钱子碱，同时优选马钱子碱囊泡凝胶的体外透皮促渗剂，得出结论为加入3%氮酮的马钱子碱囊泡凝胶体外透皮效果较好。

1.5.5壳聚糖纳米粒  壳聚糖是甲壳脱乙酰化衍生物，仅次于纤维素的第二大类多糖，具有良好的生物相容性和生物可降解性，采用壳聚糖及其衍生物制得的壳聚糖纳米粒载体具有水溶性、低毒性、无致突变性、低免疫反应、良好的缓控释作用的特点[20]。陈志鹏等[21]以新型高分子材料N-glycyrrhetinicacid（GA）-polyethyleneglycol（PEG）-chitosan（NGPC）为载体材料，采用离子交联法制备载马钱子碱（Brucine）的壳聚糖纳米粒（Brucine/NGPC-NPs），结果显示，Brucine/NGPC-NPs平均粒径为（197.6±11.2）nm，包封率和载药量分别为（63.48±4.67）%和（5.49±0.38）%，对马钱子碱壳聚糖纳米粒进行体外肝癌细胞摄取特性研究，结果显示，壳聚糖纳米粒可以作为肝细胞靶向的载体，显著提高马钱子碱进入肝癌细胞的量，达到减毒增效的目的。同时该课题组[22]对马钱子碱新型壳聚糖纳米粒的体外抗肿瘤活性进行研究，以HepG2细胞为模型细胞，结合高内涵细胞分析系统、流式细胞仪、透射电镜和免疫荧光等，考察马钱子碱溶液剂和载马钱子碱壳聚糖纳米粒对细胞凋亡的影响，并初步探讨其促肿瘤细胞凋亡的机制。结果显示，载马钱子碱的多功能复合型壳聚糖纳米粒通过增加药物在线粒体的累积量而增强其杀死肿瘤细胞的能力，发挥更强的抗肿瘤效应。

1.5.6纳米结构脂质载体  纳米结构脂质载体系统是为了克服传统固体脂质纳米粒的不足，对其进行修饰而开发的一种新型载体系统[23]。纳米结构脂质载体可增加难溶性药物的溶解度，提高药物的包封率和载药量，可延缓药物泄露;同时其原料可以在体内生物降解，降低对机体的毒副作用，具有缓控释和靶向性[24-25]。管庆霞等[26]采用溶剂乳化超声法制备马钱子碱纳米结构脂质载体（B-NLC），以单因素考察法结合星点设计-效应面法优化处方与制备工艺，最优条件，药物用量为1.28 mg，泊洛沙姆188质量浓度为1.08%，固态脂质与液态脂质的比例为1.45∶1。采用该工艺制得的B-NLC包封率高，粒径小，分布均匀，该方法操作简便，可以用于B-NLC制备与处方的优化，为马钱子碱的体内研究进一步奠定了基础。

2马钱子及其制剂质量的控制

马钱子主要含生物碱类、萜类、苷类及有机酸类等化学成分，其中含生物碱1.5%～5%，主要为士的宁和马钱子碱，其主要成分既是有效成分也是毒性成分[27]。目前对马钱子及其制剂的质量控制研究主要集中在马钱子碱和士的宁两种成分。马钱子的质量控制研究早期主要采用分光光度法[28]，该法仪器普及，操作简单，但样品前处理繁琐，杂质干扰多，准确性较差。还有学者采用毛细管区带电泳法[29]，该法分离效率高、操作成本低，但該法所用仪器相对不普及。本综述对近5年马钱子及其制剂的质量评价方法进行了总结。

2.1高效液相色谱-紫外检测（HPLC-UV）

高效液相色谱法（HPLC）具有分析速度快、分离效能高、自动化程度高、重现性好、专属性强等优点，已成为中药质量控制的主要方法。该方法目前已广泛应用于马钱子药材[30-31]及其相关制剂（如七味马钱子丸[32]、追风舒筋活血片[33]、通脉丸[34]、风湿关节炎片[35]、伊木萨克片[36]等）生物碱类成分地测定，多采用反相高效液相色谱法，吸收波长为254 nm或260 nm，流动相地选择包括添加离子对试剂（磷酸二氢钾和十二烷基硫酸钠）和非离子对试剂，方法专属性强，操作简便、准确。还有学者采用正向高效液相色谱法，段存贤等[37]采用氨基键合硅胶为固定相的正相高效液相色谱法，用于神农丸中士的宁与马钱子碱的含量测定，流动相中无需加入离子对试剂，操作简便，色谱图基线稳定，分离度好。

2.2高效液相色谱-质谱联用技术（HPLC-MS）

液质联用技术结合了液相色谱的高分离能力和质谱的高选择性、高灵敏度等双重优势，在药物分析、食品分析及环境污染物分析等众多领域得到了广泛应用。十一方药酒是广西中医药大学第一附属医院的医院制剂（桂药制字Z01060025），主要成分为重楼、三七、红花、制马钱子等20味中药，其中马钱子碱和士的宁既是有效成分也是有毒成分，但因十一方药酒处方成分复杂，采用HPLC-UV法灵敏度较低，干扰色谱峰很多，因此，韦立志等[38]采用UPLC-MS/MS法分析十一方药酒中马钱子碱与士的宁，选定色谱条件下，马钱子碱和士的宁分离度和质谱响应好、灵敏度高，可有效避免九种其它成分的干扰，为十一方药酒的质量控制提供了有效的检测手段。

2.3高效液相色谱指纹图谱

中药指纹图谱是一种综合的、可量化的鉴别手段，是当前符合中药特色的用于评价中药真实性、稳定性和一致性的质量控制技术。马恩耀等[39]建立了醋马钱子的HPLC指纹图谱，并探讨炮制前、中、后指纹图谱的变化，11批生品和醋制品的相似度>0.97，炮制品和生品共有峰达16个，通过指纹图谱可以全面观察醋制前后饮片物质基础的变化规律。

3小结