生物可降解高分子材料应用研究进展

生物可降解高分子材料应用研究进展

王鹏伟

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摘要：随着社会的不断进步和经济的快速发展，高分子材料的应用领域越来越广泛，但是高分子材料的自然降解性能非常差，严重地限制了它们的实际应用。在这种背景下，生物可降解高分子材料应运而生。本文介绍了生物可降解高分子材料的常见种类，概述了生物可降解高分子材料在医疗和包装等领域的应用。

关键词：生物可降解；医疗；包装

引言

环境问题逐渐成为世界上多个国家共同关注的问题。日趋严重的白色污染对人们的生活造成了诸多负面影响。如何切实治理白色污染，是每一位环境工作者必须面对的问题。普通塑料在自然环境下降解速度极慢，残留在土壤和水体中的塑料严重地破坏了生态环境，影响了生态系统的稳定性。环境领域的多数权威专家认为，寻找塑料的替代物迫在眉睫。生物可降解高分子材料可以在自然条件下很快降解，其在医药、农业、环保、新型材料、食品包装等领域有着广泛的应用。根据来源，可生物降解高分子材料可分为天然高分子材料和合成高分子材料。来自于自然的生物可降解高分子材料主要来自植物和微生物，这两类生物能够高效地将小分子聚合为复杂的长链。合成高分子材料的原料通常是石油的分馏产物。虽然合成生物可降解高分子材料的原料与普通塑料的原料是相似的，但是前者的分子连接方式更接近于生物体内分子的连接方式，因此，在适宜的自然条件下，前者能够很快地被降解为对环境无毒无害的小分子。从应用的角度看，合成高分子材料的性能更好，它的发展空间比天然高分子材料更大。

1常见的生物可降解高分子材料及特性

1.1纤维素衍生物

纤维素衍生物是纤维素聚合物中羟基与化学试剂发生酯化或醚化反应的产物。根据反应产物的结构特征，纤维素衍生物可分为3类:纤维素醚、纤维素酯和纤维素醚酯。商业应用的纤维素酯是硝酸纤维素、醋酸纤维素、醋酸丁酸纤维素和纤维素黄原酸酯。醚包括甲基纤维素、羧甲基纤维素、乙基纤维素、羟乙基纤维素、氰乙基纤维素、羟丙基纤维素和羟丙基甲基纤维素。纤维素衍生物在外科领域之中的应用具有再生纤维素有2种:氧化再生纤维素和羧甲基纤维素。氧化再生纤维素有以下特点：

(1)更容易受血液影响，因此，使用氧化再生纤维素时，应先进行止血处理；(2)氧化再生纤维素具有较好的粘附性，将其应用到外科领域之中，不需要进行缝合处理，在治疗10～14d会自行降解吸收。羧甲基纤维素有以下特点:(1)组织粘附性高，无需缝合；(2)热稳定性高，此外，羧甲基纤维素会有效地对于粘连形成进行抑制，在外科领域中的应用较为方便简洁；(3)羧甲基纤维素具有较好的生物相容性。

1.2胶原蛋白

胶原蛋白是一种常见的生物可降解高分子材料，由前胶原分子组成。前胶原是一种具有右旋超螺旋结构的蛋白质。每个前胶原分子由多肽链的右旋旋转形成，带有3个特殊的左旋螺旋(螺距为0.95nm，每个螺旋含有3.3个残基)。胶原蛋白在外科领域之中的应用逐渐广泛，其内部结构与和动物体内蛋白的结构很相似，胶原蛋白能够与人体器官、组织相溶。因此，胶原蛋白制品能够在人体器官重构或者组织再生中广泛使用，在临床医学中，尤其是在整形外科和医疗美容中，注射型胶原蛋白液是最常见的一种。胶原蛋白是一种温敏凝胶，在室温25℃时为液体，在体温37℃时变为高分子凝胶。因此，胶原蛋白材料在使用过程中适合皮下植入。

2生物可降解高分子材料的应用

2.1生物可降解高分子材料在临床医疗方面的应用

应用在医疗的高分子材料，它的降解物可以被代谢出去，所以它具有优良的生物相容性，不会使人的身体产生不良反应。在研究医用高分子材料特性的过程中，谭桂龙在研究中，对医用高分子材料所具有的特点以及基本性能总结如下：第一，力学性能具有一定的稳定性，它是指这类高分子材料在应用过程中，尽管使用时间很长，它的强度、耐疲劳性能、尺寸等等都保持稳定。第二，具有良好的化学稳定性。即使人体接触到这一材料，也不会发生反应。第三，物理性能具有一定的稳定性，即使经过化学处理以后，也不会改变它的形态，且其性能也很稳定。第四，具有良好的生物相容性。最后，应用成本低，所以可以广泛使用。

科研人员针对应用在医疗上面的高分子材料的发展现状进行了相关研究，并提出以下观点：第一，材料类型多种多样，目前我国已经有多达20种应用在医疗上的高分子材料，而且在加工医疗器械中应用广泛。仅在临床器械中，就已经有20多种。因此，在将来，医用高分子材料的类型也会越来越多元化。第二，较快的发展速度。随着我国对生物材料的研究深入，我国对于生物医疗可降解高分子材料的研究也必将加强重视。这为高分子材料的研究提供了更大的发展空间，这表明此类材料有很大的发展余地，进而促进了此材料的快速发展。最后，较大的市场潜力，在医疗方面，高分子材料在日常生活中应用非常广泛，如牙齿制造、医疗器械的制造、可降解器械和植入级产品等。

2.2生物可降解高分子材料在包装方面的应用研究

在科技进步的大前提之下，高分子材料异军突起，成为生活、生产之中越来越重要的一部分。在高分子材料被制备出时，他们相对于金属材料拥有着良好的耐腐蚀性能，但同时在大量使用这种材料时，又造成了严重的环境污染，我们急需研发一种可降解、对环境无污染的新型可降解高分子材料。生物可降解高分子材料在包装行业的发展越来越深入，不仅仅是食品包装，而且在农产品包装也占有一席之地。

食品包装不单单只是保障食品质量，还需要具有良好的环境适应性，无论是在严寒还是酷暑环境下，食品包装原材料不发生任何物理化学变化。满足这一点才是适用于包装材料的第一步，其次必须拥有良好的阻隔性能。同时食品包装生物可降解高分子材料在解决食品包装废弃物上面做出了明显贡献，在包装上更倾向于使用具有可降解性的塑料。其主要包括天然可降解高分子材料和微生物合成可降解高分子材料两大部分。

天然生物可降解材料主要是指在日常生活中存在的多糖类高分子，它们易加工，其中包括淀粉、纤维素、木质素、蛋白质、壳聚糖等。如淀粉是由葡萄糖合成的高分子化合物，可用来制作麦芽糖等，具有良好的生物可降解性；木质素既是一种天然高分子材料，又是一种芳香族聚合物，其结构复杂而且具有可再生能力。纤维素是植物细胞壁的主要成分，含有大量的羟基，很容易形成氢键，生物相容性好，其材料强度高，具有稳定性和安全性且无毒无害；壳聚糖无毒，既是一种天然脂肪吸附剂，也是一种多糖类高分子。在性能上，它是一种可再生的环保保鲜剂，可以用作食品包装材料中保鲜盒进而达到防腐作用，所以可广泛应用于食品保鲜。但是，天然高分子材料产品的热性能和力学性能较差，往往很难成型加工，通常需要对天然的高分子材料进行物理改性和化学改性才能进行使用，如淀粉的强亲水性和低机械性，为了弥补缺陷，可以采用共混改性来改善其性能。

微生物合成可降解材料主要包括微生物聚糖和微生物聚酯，如聚乳酸、聚丁二酸丁二醇、聚碳酸亚丙酯、聚己内酯（PPC），他们拥有着良好的降解性能，其中包括PHA、PHB是目前使用较广泛的绿色食品包装材料。聚乳酸可分为左旋和右旋，因其在阻隔和阻湿方面表现了显著的优势。聚乳酸在食品包装行业应用越来越广泛，而且在环保上更具潜力。它的可降解性不仅在包装行业中有所应用，在医疗可降解心血管支架中为广大患者带来了更大福音。在满足包装行业所需的性能的同时，也可以通过化学改性，去提高它的总体性能，使其应用更广泛。这种可降解高分子材料的研发，可以带来巨大的经济收益和新的突破点。

结语

生物可降解高分子材料的优势巨大，不仅推动了医学的不断进步，间接推动了科技的进步，虽然生物可降解高分子材料的研发中遇到了很多困难，但每一名从事科研任务的研究者们都在努力去研发新的材料，他们都在为研发出低污染、高性能、可大量制备且低成本的生物可降解高分子材料这一目标而不懈奋斗。

参考文献

［1］杨镜石．生物可降解高分子材料的研究进展［J］．石化技术，2019（1）：314＋324．

［2］倪永标，宋锦柱，向斌，等．食品包装用可生物降解高分子材料的应用进展［J］．中国包装，2018（10）：54－57．