文档介绍：生物可降解材料
2018/8/20
无机生物材料
Contents
生物降解材料概况
1
生物降解材料的种类与性能
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生物降解材料的降解机理
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生物降解材料的应用范围
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面临的问题和解决办法
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生物降解材料发展趋势
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无机生物材料
生物降解材料概况
生物降解材料是20世纪80年代后随着环境、能源等矛盾的凸显而发展起来的新型材料,作为一种可自然降解的材料,在环保方面起到了独特的作用,其研究和开发已得到迅速发展,作为解决“白色污染”最为有效的途径,已引起环境专家、材料学家及更多领域人士的关注。
据美国ASTM(材料和实验协会)定义:生物降解材料是在细菌、真菌、藻类等自然界存在的微生物作用下能发生化学、生物或物理作用而降解或酶解的高分子材料。
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生物降解材料的种类与性能
主要包括聚β-羟基丁酸酯(PHB)、聚羟基戊酸酯等,它们同属于聚羟基烷酸酯(PHA)。其中,聚羟基丁酸是低毒材料,目前已被用于药物控释、缝合线和人工皮肤等。
大多是在分子结构中引入酯基的脂肪族聚酯,其制备方法主要包括缩合聚合和开环聚合。
由生物体内提取或自然环境中直接得到的一类大分子,具有良好的生物相容性和可降解性,但机械性能较差。
天然高分子可降解材料
微生物合成的可降解材料
人工合成可降解材料
按照结构与组成,可分为天然蛋白质、多糖及其衍生物,此外还包括一些生物合成聚酯。典型的蛋白类、多糖类物质及其衍生物有胶原、胶、环糊精、淀粉、葡聚糖、壳壳糖、透明质酸、纤维素、海藻酸衍生物、硫酸软骨素和肝素等。
但高分子量的聚酯,只能通过开环聚合方法合成,因为缩聚反应受反应程度和反应过程中产生的水的影响,很难获得高分子量的产物。目前已开发的主要产品有聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚乙醇酸(PGA)、聚乙醇酸交酯、聚丙醇酸交酯、聚琥珀酸丁二酯(PBS)等。
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生物降解材料的可降解机理
由于生物细胞增长而使聚合物组分水解、电离或质子化而发生机械性破坏,分裂成低聚物碎片
生物物理作用
微生物侵蚀导致材料分裂
或氧化崩裂
酶直接作用
微生物对聚合物作用而产生新物质(CH4,CO2和 H2O)
生物化学作用
生物降解材料的生物降解,是指生物降解材料在生物作用下发生降解、同化的过程。发挥生物降解作用的微生物主要包括真菌、霉菌或藻类,降解机理主要可分为3类:
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无机生物材料
生物降解材料的应用范围
生物降解材料的应用范围
环保领域
水资源环境领域
食品容器和包装行业
农林业方面
医学领域
外科手术缝合线
药物缓释剂
骨固定材料
人造皮肤
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生物降解材料发展趋势
聚羟基脂肪酸酯
淀粉
聚乳酸
聚己内酯
聚丁二酸丁二醇酯
五大热门可降解材料
近年来比较活跃
最理想的生物可降解材料是利用可再生资源,即利用生物合成的方法得到的生物材料。这种生物材料可以被生物所重新利用,能够降解,产物最好是二氧化碳和水,从而使这种材料的生产和使用纳入自然界的循环。
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无机生物材料
生物降解材料发展趋势
淀粉及其衍生物因为生物降解性好,价格低廉而被改性作为填充塑料的重点,并且其接枝物在很多方面具有广泛的应用前景。利用植物中的淀粉、纤维素和木质素等,以及利用动物中的壳聚糖、氨基葡聚糖、动物胶,以及海洋生物的藻类等,可制造有价值的生物可降解聚合物。高含量淀粉基聚合物则可以做为完全生物降解型聚合物。因而,将淀粉改性后,与聚己内酯等生物合成的降解聚合物共混,以此来提高材料的降解性和力学性能,已经成为当前生物降解材料研究的热点之一。
淀粉
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淀粉应用
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环保玉米淀粉牙签
淀粉的用途十分广泛,可制作粘胶,塑料,食品等多种产品。如名菜猪肉炖粉条是用红薯淀粉做的,龙口粉丝是用绿豆淀粉做的。淀粉牙签一般是用玉米和绿豆的淀粉制成。
淀粉牙签经济环保,能避免大量森林资源被砍伐,它是国际绿色工业浪潮的必然产物,具有很强的市场潜力和竞争力。
生物降解材料发展趋势
由生物合成的聚乳酸可作为天然生物材料,它是由生物发酵产生的乳酸经人工化学合成而得到的聚合物,但仍保持着良好的生物相容性和生物可降解性,具有与聚酯相似的防渗透性,同时具有与聚苯乙烯相似的光泽度、透光性和加工性。
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无机生物材料
聚乳酸
包装材料
塑料型材、薄膜
化工用无纺布
药物载体
组织工程
支架材料
减少给药次数和给药量
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