導(dǎo)語：如何才能寫好一篇高分子材料的降解，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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關(guān)鍵詞：高分子材料 可降解 生物

1、前言

現(xiàn)代材料包括金屬材料、無機(jī)非金屬材料和有機(jī)高分子材料三大類。20世紀(jì)后，合成高分子材料的研究迅速增加，給人們生活帶來了巨大的便利。隨著高分子材料在各個(gè)領(lǐng)域的大量應(yīng)用， 廢棄的高分子材料對環(huán)境的污染已成為世界性的問題。治理白色污染和尋找新的友好型非石油基聚合物是當(dāng)前全球關(guān)注的問題。 生物降解材料正是治標(biāo)又治本的有效途徑，也是我國可持續(xù)發(fā)展的需要。

2、生物降解機(jī)理

高分子材料的降解分為光降解與光學(xué)化降解、機(jī)械化學(xué)降解、熱降解與熱學(xué)化降解、臭氧引發(fā)降解、離子降解、輻射分解降解以及生物降解等。生物降解是指高分子材料通過溶劑化作用、 簡單的水解或酶反應(yīng)，以及其他有的機(jī)體轉(zhuǎn)化為相對簡單的中間產(chǎn)物或小分子的過程。

高分子材料的生物降解過程可分為 以下4 個(gè)階段：水合作用、強(qiáng)度損失、物質(zhì)整體化喪失和質(zhì)量損失。依靠范德華力和氫鍵維系的二次、三次結(jié)構(gòu)的破裂而引發(fā)的高分子水合作用以及可能因化學(xué)或酶催化水解而破裂的高分子主鏈?zhǔn)垢叻肿硬牧系膹?qiáng)度降低。對交聯(lián)高分子材料強(qiáng)度的降低，可能由于高分子主鏈、外懸基團(tuán)、交聯(lián)劑的開裂等造成。高分子鏈的進(jìn)一步斷裂會導(dǎo)致分子量降低和質(zhì)量損失。最后分子量足夠低的小段分子鏈被酶進(jìn)一步代謝為二氧化碳、水等物質(zhì)?？傊?生物的降解并非是單一機(jī)理，而是一個(gè)復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)的協(xié)同作用， 還是一個(gè)相互促進(jìn)的物理化學(xué)過程。目前為止，除了生物降解外，高分子材料在機(jī)體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、 生物侵蝕及生物劣化等。

3、生物可降解高分子材料的應(yīng)用

生物可降解高分子材料的應(yīng)用范圍很廣，可用于農(nóng)業(yè)、園林、水產(chǎn)以及裝潢、包裝、衛(wèi)生、 化妝品等領(lǐng)域，由于成本等因素，目前研究多集中在生物醫(yī)療工程領(lǐng)域。

3.1農(nóng)業(yè)、園林、土木等用材

農(nóng)業(yè)、園林、土木等用材包括苗圃用膜材、樹根包裝袋、防草用地膜、多功能卷材、坡面防護(hù)綠化卷材等。各種膜材和功能片材的使用時(shí)間不同，有的要求 1 個(gè)季節(jié)，有的最少要求 1- 3 年，例如：在樹苗培植的幾年時(shí)間里，用于植樹方面的材料最終慢慢降解回歸土壤. 目前，一些先進(jìn)的農(nóng)業(yè)國家不斷投資建造以家畜糞或農(nóng)業(yè)廢棄物為原料的堆肥生產(chǎn)裝置，農(nóng)用等可降解塑料也可通過這些裝置回歸自然.

3.2裝潢、衛(wèi)生、生活、雜品

裝潢、衛(wèi)生、生活、雜品、醫(yī)療用材包括地毯墊布、包裝袋、壁紙、帽子、內(nèi)衣、餐巾紙、桌布、茶葉袋等等。以上大多數(shù)都是一次性用品，用后掩埋或燃燒均無毒氣產(chǎn)生，還可以與其他有機(jī)廢棄物一起變?yōu)槎逊剩?回歸自然。值得一提的是，一些具有生物體適應(yīng)性的生物可降解高分子材料，可以廣泛地應(yīng)用于與生物體相接觸的地方，今后還將研究出更廣泛的用途.例如：一種稱為 “自由樹脂” 的材料，能在60℃熱水里化成一團(tuán)軟泥，可以加工成各種形狀的裝飾品、玩具、文具等。冷卻后，有足夠的強(qiáng)度并長期不變形，再加熱后又可以形成新的造型。

3.3包裝工程中的應(yīng)用

在包裝行業(yè)中，高分子材料的應(yīng)用越來越多，但是大量廢棄的包裝材料給環(huán)境造成了巨大污染。僅靠減少使用量是不能根本地解決問題的，采用降解性高分子才是可行的辦法。目前，各種包裝材料中聚乳酸具有最大、最有潛力的應(yīng)用市場。聚乳酸的阻氣阻水性、可印刷性及透明性良好， 并且其基本原料乳酸是人體固有的物質(zhì)之一，對人體無毒無害，在食品包裝市場上有很大的前景。

很多大公司都看好這種新型的環(huán)保材料?？煽诳蓸饭驹邴}湖城的冬奧會上用了50萬只聚乳酸塑料制成的一次性杯子，這些杯子只需40天就可在露天的環(huán)境下消失得無影無蹤。

3.4生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域

生物可降解材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域上的應(yīng)用原理是在機(jī)體生理?xiàng)l件下，通過水解或酶解，從大分子的物質(zhì)降解為對機(jī)體無損害的小分子物質(zhì)或者是小分子物質(zhì)在生物體內(nèi)自行降解，最后通過機(jī)體的新陳代謝完全吸收和排泄出去，對機(jī)體不產(chǎn)生任何毒副作用。生物降解材料已被廣泛用于人造皮膚、縫合線、體內(nèi)藥物緩釋劑和骨固定材料等外科手術(shù)中。聚丙烯、尼龍及聚酯纖維等合成纖維制成的醫(yī)用縫合線不能被機(jī)體吸收，會產(chǎn)生排異的現(xiàn)象，而且在傷口愈合后還要進(jìn)行再次手術(shù)才能去除。采用聚L-丙交酯（PLLA）、聚乙交酯及其共聚物等制成的外科縫合線，可在傷口愈合后自動降解并被生物體所吸收，無需拆線，現(xiàn)已商業(yè)化。用生物可降解的高分子材料制成的人造皮膚可應(yīng)用于治療燒傷換皮等場合。另外，在治療過程中還可將抗生素類藥物及骨生長調(diào)節(jié)蛋白、骨生長因子等植入材料中，可以防止感染并促進(jìn)骨愈合，控制藥物在體內(nèi)的釋放速率，使藥物在體內(nèi)能夠保持有效的濃度，減小或消除副作用，尤其是在植入或附于病區(qū)時(shí)，則更能顯示其優(yōu)越性。微膠囊技術(shù)在控制藥物定時(shí)釋放、增加藥物的穩(wěn)定性、降低藥物毒副作用和有效利用率等方面具有積極意義。

4、生物可降解高分子前景展望

目前，生物降解聚合物的開發(fā)與應(yīng)用還存在一些問題，國內(nèi)外普遍承認(rèn)，降解塑料比同類現(xiàn)行塑料的產(chǎn)品價(jià)格要高許多。聚合物的降解性必然會損害產(chǎn)品的持久性，也會在一定程度上降低它的力學(xué)性能，從而限制生物降解聚合物的應(yīng)用范圍。盡管如此，隨著環(huán)保法規(guī)的完善和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，生物降解聚合物市場繼續(xù)增長，尤其是在包裝材料、塑料薄膜、醫(yī)用材料等領(lǐng)域的應(yīng)用。然而就目前研究的成果而言，欲使其普遍使用仍需經(jīng)過較長的時(shí)間。開發(fā)低成本、 具有降解時(shí)控性和高效性的生物塑料是這一領(lǐng)域以后研究的主要方向。

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關(guān)鍵詞：高分子材料可降解生物

我國目前的高分子材料生產(chǎn)和使用已躍居世界前列，每年產(chǎn)生幾百萬噸廢舊物。如此多的高聚物迫切需要進(jìn)行生物可降解，以盡量減少對人類及環(huán)境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如細(xì)菌、霉菌及藻類作用下，可完全降解為低分子的材料。這類材料儲存方便，只要保持干燥，不需避光，應(yīng)用范圍廣，可用于地膜、包裝袋、醫(yī)藥等領(lǐng)域。生物可降解的機(jī)理大致有以下3種方式：生物的細(xì)胞增長使物質(zhì)發(fā)生機(jī)械性破壞；微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。按照上述機(jī)理，現(xiàn)將目前研究的幾種主要的可生物可降解的高分子材料介紹如下。

1、生物可降解高分子材料概念及降解機(jī)理

生物可降解高分子材料是指在一定的時(shí)間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。

生物可降解的機(jī)理大致有以下3種方式：生物的細(xì)胞增長使物質(zhì)發(fā)生機(jī)械性破壞；微生物對聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。一般認(rèn)為，高分子材料的生物可降解是經(jīng)過兩個(gè)過程進(jìn)行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi)，經(jīng)過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動的能量，最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。

因此，生物可降解并非單一機(jī)理，而是一個(gè)復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)協(xié)同作用，相互促進(jìn)的物理化學(xué)過程。到目前為止，有關(guān)生物可降解的機(jī)理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在機(jī)體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外，還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。

2、生物可降解高分子材料的類型

按來源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類，有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。

2.1微生物生產(chǎn)型

通過微生物合成的高分子物質(zhì)。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。如英國ICI公司生產(chǎn)的“Biopol”產(chǎn)品。

2.2合成高分子型

脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點(diǎn)低，強(qiáng)度及耐熱性差，無法應(yīng)用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點(diǎn)較高，強(qiáng)度好，是應(yīng)用價(jià)值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。

2.3天然高分子型

自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子，這些高分子可被微生物完全降解，但因纖維素等存在物理性能上的不足，由其單獨(dú)制成的薄膜的耐水性、強(qiáng)度均達(dá)不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質(zhì)制得的脫乙?；嗵堑裙不熘频谩?/p>

2.4摻合型

在沒有生物可降解的高分子材料中，摻混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得產(chǎn)品具有相當(dāng)程度的生物可降解性，這就制成了摻合型生物可降解高分子材料，但這種材料不能完全生物可降解。

3、生物可降解高分子材料的開發(fā)

3.1生物可降解高分子材料開發(fā)的傳統(tǒng)方法

傳統(tǒng)開發(fā)生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法等。

3.1.1天然高分子的改造法

通過化學(xué)修飾和共混等方法，對自然界中存在大量的多糖類高分子，如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進(jìn)行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足，但一般不易成型加工，而且產(chǎn)量小，限制了它們的應(yīng)用。

3.1.2化學(xué)合成法

模擬天然高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從簡單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學(xué)結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段?；瘜W(xué)合成法反應(yīng)條件苛刻，副產(chǎn)品多，工藝復(fù)雜，成本較高。

3.1.3微生物發(fā)酵法

許多生物能以某些有機(jī)物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難，且仍有一些副產(chǎn)品。

;3.2生物可降解高分子材料開發(fā)的新方法——酶促合成

用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學(xué)的發(fā)展，酶在有機(jī)介質(zhì)中表現(xiàn)出了與其在水溶液中不同的性質(zhì)，并擁有了催化一些特殊反應(yīng)的能力，從而顯示出了許多水相中所沒有的特點(diǎn)。

3.3酶促合成法與化學(xué)合成法結(jié)合使用

酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學(xué)聚合則能有效的提高聚合物的分子量，因此，為了提高聚合效率，許多研究者已開始用酶促法與化學(xué)法聯(lián)合使用來合成生物可降解高分子材料新晨

4、生物可降解高分子材料的應(yīng)用

目前生物可降解高分子材料主要有兩方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解決環(huán)境污染問題，以保證人類生存環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。通常，對高聚物材料的處理主要有填埋、焚燒和再回收利用等3種方法，但這幾種方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物醫(yī)用材料。目前，我國一年約生產(chǎn)3000多億片片劑與控釋膠囊劑，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是傳統(tǒng)的糖衣片，而國際上發(fā)達(dá)國家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我國的片劑制造水平與國際先進(jìn)水平有很大的差距。國外片劑和薄膜衣片多采用羥丙基甲纖維素，羥丙纖維素、丙烯酸樹脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、鄰苯二甲酸醋酸纖維素、羥甲基纖維素鈉、微晶纖維素、羥甲基淀粉鈉等。

參考文獻(xiàn)：

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【關(guān)鍵詞】智能高分子材料；智能給藥系統(tǒng)；應(yīng)用；發(fā)展前景

中圖分類號：TB381文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1006-0278(2012)02-106-01

智能高分子材料是一種新型的現(xiàn)代高分子材料，又名智能聚合物、環(huán)境敏感性化和物等，它隨著外界環(huán)境等影響因素的變化而發(fā)生自身性能的改變，比如在溫度、壓力、磁場等不同因素影響下，其外在形狀、電場、面積大小等隨之做出相應(yīng)改變，來適應(yīng)不同環(huán)境的變化，，是一種新型的現(xiàn)代化的智能應(yīng)用材料。隨著科技的發(fā)展，智能高分子材料的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，不但在建筑工程、化工、高科技領(lǐng)域得到充分發(fā)展體現(xiàn)，近年來，智能高分子材料被越來越多地應(yīng)用到醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，特別體現(xiàn)智能給藥系統(tǒng)的應(yīng)用上，預(yù)示著良好的發(fā)展前景。智能高分子材料具體可分為合成智能高分子材料、半合成智能高分子材料、天然智能高分子材料，下面，我們具體對三種不同類型的高分子材料在智能給藥系統(tǒng)中的應(yīng)用進(jìn)行分析探究。

一、合成智能高分子材料

合成高分子材料之一是智能高分子凝膠，它是由三維交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的聚合物和低分子介質(zhì)組成的多元體系結(jié)構(gòu)的一直合成智能高分子，隨著外界環(huán)境因素的變化而變化，體現(xiàn)在體積大小上的收縮、持續(xù)或間斷的變化，具有良好的收縮和溶脹的性能。因此在智能給藥系統(tǒng)中，發(fā)揮其自我調(diào)節(jié)和反饋的功能，智能高分子凝膠粒具有感應(yīng)溫度、血糖、磁場等性能，并在身體狀態(tài)良好的情況下保持收縮狀態(tài)，當(dāng)其收到病情信號時(shí)，體積膨脹從而擴(kuò)散到身體病變部位，擴(kuò)散藥物以便達(dá)到良好的治療功效，對智能給藥系統(tǒng)具有良好的調(diào)節(jié)和促進(jìn)作用；此外，可生物降解的聚酯類是合成智能高分子材料的另一種重要應(yīng)用，同樣在醫(yī)學(xué)等各個(gè)領(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。同時(shí)，在智能給藥系統(tǒng)中，由于可生物降解的聚酯類具有可生物降解、化學(xué)穩(wěn)定性高、無毒無害等優(yōu)點(diǎn)，大量被用于注射給藥系統(tǒng)中，并且在腫瘤藥物治療中，可生物降解的聚酯類相對于其它游離藥物具有減緩腫瘤生長等功效，有效地解決了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域許多棘手的難題，在智能給藥系統(tǒng)中更是得到了充分體現(xiàn)和發(fā)展。

二、半合成智能高分子材料

半合成智能高分子材料作為智能高分子材料的一個(gè)重要組成部分，具有毒性小、粘度大、溶解度高等優(yōu)點(diǎn)，可以有效地控制藥物在人體的釋放速度，增加藥物吸收程度、降低了藥物毒副作用提高藥效等，對治療各種疾病起到良好的促進(jìn)作用，因而被廣泛地應(yīng)用到緩釋藥物制劑的研發(fā)和利用中，發(fā)揮了其在智能給藥系統(tǒng)中的重要作用。比如，在智能給藥系統(tǒng)中，蛋白質(zhì)或肽類藥物既可以在保持其生物活性的同時(shí)，又提高了載藥量，是一種適合在腸道定向給藥的特殊蛋白質(zhì)藥物遞送系統(tǒng)，最大限度的降低了藥物降解，起到了提高藥效等作用。此外，對于心臟病等疾病，利用半合成智能高分子材料設(shè)計(jì)一種時(shí)控型的藥物釋放系統(tǒng)，按照藥理學(xué)和患者病情定量給藥，從而發(fā)揮其藥效和并起到良好的預(yù)防作用。

三、天然智能高分子材料

相對于合成和半合成高分子材料，天然智能高分子材料特別具有良好的生物溶解性、天然無毒性等優(yōu)點(diǎn)，是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域特別是智能給藥系統(tǒng)中應(yīng)用廣泛和發(fā)展前景寬廣的一種智能高分子材料。具體表現(xiàn)為殼聚糖、海藻酸鹽、明膠三種類別。殼聚糖具有良好的生物降解性和溶解性、生物活性、粘附性等多種優(yōu)點(diǎn)，被廣泛地應(yīng)用到結(jié)腸定位系統(tǒng)、緩控釋、蛋白多肽等給藥系統(tǒng)中，并且殼聚糖可進(jìn)行交聯(lián)。酯化等多種化學(xué)改性，從而研究制成具有不同特性的殼聚糖衍生物，并通過各種研發(fā)，研制了各種殼聚糖凝膠給藥系統(tǒng)，提升了其在智能給藥系統(tǒng)中的地位，大大擴(kuò)展了其在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用范圍，具有良好的發(fā)展前景；其次，海藻酸鹽在智能給藥系統(tǒng)中的運(yùn)用主要體現(xiàn)在與蛋白藥物領(lǐng)域的結(jié)合，通過各種化學(xué)反應(yīng)的作用，提高蛋白物的活性，制成各種蛋白質(zhì)藥物給要系統(tǒng)，提高了蛋白質(zhì)藥物的生物利用度，更加有利于患者治療；再次，利用明膠和葡聚糖半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)研制成的脂質(zhì)微球，是一種雙重刺激響應(yīng)的半互穿網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)對于治療多種復(fù)雜疾病具有良好的功效，在控制明膠相變溫度變化的前提下，研制的半互穿網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)水凝膠,具有特殊的控制脂質(zhì)微球降解的功效，此外，脂質(zhì)微球從凝膠中釋放的基礎(chǔ)是A-糜蛋白酶和葡聚糖酶同時(shí)存在的情況下，因此這種可生物降解的水凝膠構(gòu)成的半互穿網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域很有發(fā)展?jié)摿? 不但阻止了單一酶存在導(dǎo)致的藥物快速降解負(fù)面影響， 而且當(dāng)在兩種酶同時(shí)存在時(shí), 藥物才能從脂質(zhì)微球中釋放出來, 從而起到了藥物緩控釋釋放的效果，從而實(shí)現(xiàn)智能給藥系統(tǒng)對于疾病的綜合治理，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)了良好的發(fā)展前景。

四、結(jié)語

伴隨著現(xiàn)代社會高科技的迅猛發(fā)展，智能高分子材料作為一種新型的、發(fā)展前景巨大的應(yīng)用材料，已經(jīng)普及到社會發(fā)展的各個(gè)領(lǐng)域和發(fā)展事業(yè)，不僅體現(xiàn)在國外的良好的發(fā)展前景，目前，在我國，智能高分子作為一種高科技研發(fā)、具有多樣性和復(fù)雜性的智能材料在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域更是得到了長足和充分體現(xiàn)，對于在治療各種疾病，制備多種給藥系統(tǒng)的應(yīng)用上發(fā)揮了重要作用。隨著智能高分子材料研究的不斷深入，并且通過各個(gè)領(lǐng)域的合作交流，智能高分子材料越發(fā)朝著信息化、智能化、自動化的方向發(fā)展，更加智能化的透析病理生理，制備兼具多種功能的智能釋放藥物系統(tǒng)，在我國醫(yī)學(xué)領(lǐng)域必將得到充分、長足的發(fā)展運(yùn)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]張勝蘭,楊慶等.智能材料的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].中國紡織大學(xué)學(xué)報(bào),2000(03).

[2]陶寶祺.智能材料結(jié)構(gòu)[M].北京:國際工業(yè)出版社,2009(07).

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關(guān)鍵詞：RGD高分子材料；周圍神經(jīng)；修復(fù)；生物學(xué)評價(jià)

中圖分類號：R745 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-2197(2008)04-015-04

新型生物材料近年來迅猛發(fā)展，材料的組成、形態(tài)、植入部位及用途日趨復(fù)雜，隨著組織工程研究的日益深入，人工合成的高分子材料及各種具有神經(jīng)營養(yǎng)作用的生長因子復(fù)合材料進(jìn)行神經(jīng)缺損的修復(fù)越來越受到重視[1-4]，隨之對材料的評價(jià)相應(yīng)也提出了更高的要求。對生物材料進(jìn)行有效性和安全性評價(jià)是生物材料進(jìn)入臨床前的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[5]。本實(shí)驗(yàn)從體內(nèi)和體外實(shí)驗(yàn)對自行設(shè)計(jì)的仿生材料RGD高分子材料進(jìn)行了生物學(xué)評價(jià)。

1 材料與方法

1.1 復(fù)合材料的制備

以神經(jīng)基底膜結(jié)構(gòu)與組成的分析研究為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)并制備了RGD高分子復(fù)合材料〔RGD多肽接枝聚(羥基乙酸-L-賴氨酸-乳酸)/PDLLA/β-TCP〕，尺寸為 12mm×6mm×0.3 mm的薄膜，動物實(shí)驗(yàn)前將膜縫制成直徑為1.5mm長12mm的導(dǎo)管。

1.2 體內(nèi)評價(jià)實(shí)驗(yàn)

選擇體重約250g 的SPF級Wistar (由武漢疾病控制中心實(shí)驗(yàn)動物所提供)，分離單側(cè)坐骨神經(jīng)，切斷，造成10 mm缺損，將RGD導(dǎo)管對動物模型離段神經(jīng)進(jìn)行橋接。分別于3個(gè)月、6個(gè)月取材，進(jìn)行組織學(xué)觀察。三頭肌濕重比，電生理測定，電鏡及光鏡下的觀察。

1.3 體外評價(jià)實(shí)驗(yàn)

(1)材料的體外降解實(shí)驗(yàn)：將材料置于模擬體液中，測定其介質(zhì)PH值的變化和測定材料質(zhì)量損耗率。(2)細(xì)胞活力的測定：將分離純化的外周神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞即雪旺細(xì)胞置于材料培養(yǎng)基中進(jìn)行體外培養(yǎng)，然后采用四甲基偶氮唑鹽(MTT)法進(jìn)行細(xì)胞活力的測定?？梢苑从郴罴?xì)胞數(shù)量和細(xì)胞代謝活性，從而間接反映生物材料的細(xì)胞毒性。(3)形態(tài)學(xué)觀察：在相差倒置顯微鏡下觀察細(xì)胞在生物材料表面或在其浸提液中的生長狀況，進(jìn)行細(xì)胞粘附、增殖和分化，細(xì)胞數(shù)目，細(xì)胞突起長度等多種指標(biāo)。將RSC96細(xì)胞制成密度為106大小的細(xì)胞懸液，接種到24孔板中的復(fù)合膜上，每孔1ml，置于培養(yǎng)箱中，隔天換液，培養(yǎng)5天后取出，用戊二醛固定后，掃描電鏡觀察材料上細(xì)胞的生長情況。

2 結(jié)果

2.1 體內(nèi)評價(jià)結(jié)果

2.1.1 電生理檢測

術(shù)后所有大鼠術(shù)側(cè)即右側(cè)小腿三頭肌萎縮，6個(gè)月較3個(gè)月有所恢復(fù) (見表1)。血管的再生和重建，反映了生物材料與宿主組織間良好的相容性。檢測右側(cè)坐骨神經(jīng)傳導(dǎo)速度(見表2)，結(jié)果顯示，再生神經(jīng)已經(jīng)生長通過缺損段，運(yùn)動神經(jīng)傳導(dǎo)速度(motor nerve conduction velocity，MNVC)反應(yīng)了神經(jīng)干的傳導(dǎo)功能，再生軸突髓鞘化和成熟程度的指標(biāo)。6個(gè)月時(shí)RGD高分子材料神經(jīng)傳導(dǎo)速度達(dá)64.24±0.79m/s，與自體神經(jīng)移植接近(P>0.05)。

2.1.2 亞甲藍(lán)多色液染色

3個(gè)月后，再生神經(jīng)亞甲藍(lán)染色圖片顯示神經(jīng)纖維密度大，有髓神經(jīng)多，髓鞘大，多呈圓形圖。移植6個(gè)月神經(jīng)纖維直徑較3個(gè)月顯著增大，髓鞘厚度也有所增加，神經(jīng)纖維密度大，但較自體神經(jīng)組密度稍小，軸突直徑和厚度與自體神經(jīng)移植相當(dāng)。

2.1.3 HE染色

HE染色片光鏡下觀察，3個(gè)月后RGD高分子材料組再生神經(jīng)外膜完整，再生神經(jīng)截面呈橢圓形，可清晰分辨出神經(jīng)外膜，神經(jīng)束膜和材料區(qū)，神經(jīng)纖維數(shù)目多，大小均勻，成熟良好，在材料區(qū)可見RGD復(fù)合材料已成碎片狀，內(nèi)有細(xì)胞長入，材料外層有纖維組織包裹。6個(gè)月后，材料降解較3個(gè)月時(shí)多，碎片有所減少，材料區(qū)內(nèi)有細(xì)胞長入，外層有纖維組織包裹。

2.1.4 透射電鏡觀察結(jié)果

移植3個(gè)月后，雪旺細(xì)胞較多，雪旺細(xì)胞功能活躍，細(xì)胞器豐富，胞質(zhì)內(nèi)含有豐富的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)，神經(jīng)絲和微管，游離白體發(fā)達(dá)，細(xì)胞外層基板連續(xù)，結(jié)構(gòu)完好，軸突內(nèi)線粒體多，結(jié)構(gòu)完好，軸突內(nèi)神經(jīng)絲略松散；髓鞘板層結(jié)構(gòu)致密。6個(gè)月后，再生神經(jīng)纖維數(shù)目較多，與自體神經(jīng)移植數(shù)目相當(dāng)。與3個(gè)月相比，再生神經(jīng)纖維的軸突面積明顯增大。

2.1.5 免疫組化染色分析

S-100免疫組化染色片顯示移植3個(gè)月后，S-100陰性片子由于無S-100蛋白表達(dá)，背底呈淡藍(lán)色，無陽性反應(yīng)，6個(gè)月后陽性部位較少。

2.1.6 材料的掃描電鏡觀察

體內(nèi)植入3個(gè)月后，復(fù)合膜中RGD高分子材料部分降解，形成孔隙，6個(gè)月后，孔隙進(jìn)一步變大并連通(圖1、2)

圖1 3個(gè)月 電鏡掃描

圖2 6個(gè)月 電鏡掃描

2.2 體外評價(jià)結(jié)果

2.2.1 膜質(zhì)量損耗率的變化及介質(zhì)PH值的變化

RGD高分子材料降解速度較快，在第4周時(shí)膜損耗率超過30%，第12周時(shí)超過50%，第24周時(shí)膜損耗率已達(dá)到70%。pH值下降較快，24周內(nèi)的降解pH值基本呈下降趨勢，第2周左右達(dá)6.8，呈微酸性(圖3)。

圖3 RGD復(fù)合材料體外降解3個(gè)月分子量的變化

2.2.2 細(xì)胞活力的測定

雪旺細(xì)胞在RGD高分子材料上能夠較好地增殖，與空白對照組相差不大，尤其是在培養(yǎng)7天以后，其增殖能力良好。

2.2.3 形態(tài)學(xué)觀察

在相差倒置顯微鏡下觀察RSC96細(xì)胞在RGD高分子材料上的生長圖片，細(xì)胞生長狀況良好，密度較大，RGD為多孔材料，孔隙直徑在3.8um~7.6um之間，部分細(xì)胞向膜的孔隙中生長，細(xì)胞突起于膜片表面及孔隙中交織；細(xì)胞平鋪于材料表面生長，由于RGD高分子材料降解速率快，膜表面孔徑較大，直徑在1.5~30um之間，部分細(xì)胞向膜孔隙中生長( 圖4，5)。

圖4 掃描電鏡觀察RSC96細(xì)胞 RGD×2000

圖5 在材料上的生長情況 RGD×3000

3 討論

神經(jīng)修復(fù)材料的基本要素：理想的神經(jīng)修復(fù)用支架材料應(yīng)具備以下幾個(gè)特點(diǎn)：①良好的生物相容性，無毒性反應(yīng)；②可降解性，避免二次手術(shù)取出；材料降解速率與組織再生完成的時(shí)間匹配；③通透性，材料應(yīng)具有微孔或網(wǎng)眼結(jié)構(gòu)以保證一定的通透性，使氧氣、小分子營養(yǎng)物質(zhì)等可進(jìn)入到再生神經(jīng)短段微環(huán)境中；④合適的可塑性和力學(xué)性能；能在一定時(shí)限內(nèi)保持其外形和結(jié)構(gòu)的完整性[6]。目前，用于神經(jīng)修復(fù)的支架材料主要是一些可降解的天然基質(zhì)材料和人工合成材料。生物活性分子RGD 肽(精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸) 作為天然ECM 重要組成，是目前應(yīng)用最廣、最有效的促黏附肽[7]。

RGD高分子材料的制備及原理：運(yùn)用仿生學(xué)原理模擬細(xì)胞外基質(zhì)蛋白與其周圍細(xì)胞的相互作用，用物理或化學(xué)的方法在材料上接上粘附性蛋白或多肽以賦予材料生物信號，促進(jìn)細(xì)胞粘附到材料上。本實(shí)驗(yàn)將L-賴氨酸與α-羥基酸(羥基乙酸，乳酸)共聚制備聚(乳酸-羥基乙酸-L-賴氨酸)，然后通過L-賴氨酸的側(cè)氨基引入短肽RGD高分子材料，得到RGD高分子材料多肽接枝聚(乳酸-羥基乙酸-L-賴氨酸)，再將RGD高分子材料多肽接枝聚與PLA復(fù)合，所得的RGD高分子材料高分子復(fù)合材料兼具天然基質(zhì)材料和人工合成材料兩者的優(yōu)點(diǎn)。乳酸和羥基乙酸的共聚物(PLGA)，屬于α- 羥基酸衍生的脂肪族聚脂，降解性能和力學(xué)性能較好；具有很好的生物相融性，在生物體內(nèi)的最終降解產(chǎn)物為水和CO2無毒的生物小分子而被人體直接吸收[8]，被美國FDA 認(rèn)證為可應(yīng)用于人體的可降解材料、藥物釋放控制體系和其它人體植入的裝置[7，9]。天然基質(zhì)材料精氨酸-甘氨酸-天冬氨酸 ((Arg-Gly- Asp，RGD)，因其含有特定的氨基酸序列而具有細(xì)胞識別信號，有利于細(xì)胞粘附；另一方面，PLA的降解產(chǎn)物顯酸性，易導(dǎo)致局部炎癥反應(yīng)，而β-磷酸三鈣(β-TCP)在體內(nèi)水解呈弱堿性，與人體骨骼組織的無機(jī)成份相似，具有良好的生物相容性，易被生物降解吸收，無毒副作用，加入β-TCP可緩解PLA降解造成的局部酸性環(huán)境。

有研究顯示神經(jīng)導(dǎo)管移植排斥反應(yīng)的最明顯表現(xiàn)就是在神經(jīng)移植物的局部有大量的單核細(xì)胞浸潤膜內(nèi)外，神經(jīng)外膜消失，神經(jīng)內(nèi)血管減少，雪旺細(xì)胞大量喪失并被單核細(xì)胞替代[10]。本實(shí)驗(yàn)顯示PRGD高分子材料導(dǎo)管能有效誘導(dǎo)缺損段神經(jīng)與遠(yuǎn)端貫通，所有的神經(jīng)導(dǎo)管局部未見上述反應(yīng)，說明該材料具有良好的組織相容性。導(dǎo)管內(nèi)再生神經(jīng)生長良好，與自體神經(jīng)相當(dāng)證實(shí)其良好的修復(fù)效果。材料降解速率快，第12周時(shí)超過50%，24周時(shí)超過70%，無需二次手術(shù)取出，同時(shí)使用方法簡單，對于顯微外科技術(shù)要求較低，易于被臨床接受。體外培養(yǎng)結(jié)果表明這種套管能使雪旺細(xì)胞黏附于其上生長，我們將進(jìn)一步通過在套管內(nèi)添加活性細(xì)胞如雪旺細(xì)胞和活性神經(jīng)營養(yǎng)因子來改善神經(jīng)修復(fù)效果，以尋求一種更好的組織工程化的人工神經(jīng)，使周圍神經(jīng)再生的效果最大、最優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

[1] Hudson TW，Evans GR，Schmidt CE . Engineering strategies for Peripheral nerve repair[J].Clin P last Surg 1999，26(4)：617-628.

[2] Dieu T，Johnstone BR，New green DF . Genes and nerves[J]. Reconstruct Microsurg 2005，21(3)：179-186.

[3] Aloe L.Rita Levi-Montalcin，the discovery of nerve growth factor and modern neurobiology[J]. Trends Cell Biol，2004，14(7)：395-399.

[4] Rutkow sk i GE，M iller CA，Jeftinija S，et al. Synergistic Effects of Micropatterned Biodegradable Conduits and Schwann Cells On Sciatic Nerve Regeneration[J]. J Neural Eng，2004，1 (3)：151-157.

[5] 張真，盧曉風(fēng).生物材料有效性和安全性評價(jià)的現(xiàn)狀與趨勢[J]. 生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)，2002，19 (1)：117-121.

[6] Kulkarni RK，Pani KC，Neuman C，et al. Polylactic acid for surgical implants[J]. Archs Surg，1996，93：839-843.

[7] Hersel U，Dahmen C，Kessl Er H. RGD modified polymers ：biomaterials for stimulated cell adhesion and beyond[J]. Biomaterials，2003，24 (10) ：4385-4415.

[8] Gopferich A. Mechanisms of polymer degradation and erosion[J].Biomaterials，1996，17(1)：103-114.

[9] Yoon J J，Song S H，Lee D S，et al. Immobilization of Cell Adhesive RGD Pep tide onto the Surface of Highly Porous Biodegradable Polymer Scaffolds Fabricated by a Gas Foaming/ salt Leaching Method[J]. Biomaterials，2004，25：5613-5620.

[10] Sundback CA，Shyu JY，Wang Y，et al. Biocompatibility analysis of poly(glycerol sebacate) as a nerve guide material[J].Biomaterials，2005，26(27)：54-64.

Biocompatibility Estimation of RGD Macromolecule Biomaterials for Restoring Peripheral Nerve

Wang Yonghong，Yi Yixia，Yan Qiongjiao，LI Shipu

篇5

本書分為2部分，第1部分 著眼于聚合物材料在農(nóng)業(yè)和農(nóng)業(yè)化學(xué)品中的使用，第二部分聚焦聚合物材料在食品中的角色，共包含6章：1.高分子材料的制備和性能，介紹合成活性高分子材料和復(fù)合材料的背景知識及其物理和力學(xué)性能；2.高分子材料在種植和植被保護(hù)中的應(yīng)用，分別描述了高分子材料用于作物生長、植物保護(hù)、農(nóng)業(yè)建筑材料、水處理和水管理方面的作用；3.高分子材料用于控制釋放農(nóng)業(yè)化學(xué)品，主要描述了在農(nóng)業(yè)中使用的高分子材料作為在農(nóng)業(yè)化學(xué)中緩釋劑，能長時(shí)間避免活性劑被雨水和灌溉沖走；4.高分子材料在食品加工工業(yè)中的應(yīng)用，主要介紹活性高分子在解決常規(guī)的食品加工生產(chǎn)中問題的基本原則，如制糖工業(yè)、果汁飲料和飲用水；5.高分子食品添加劑，主要介紹了以色素、抗氧化劑、甜味劑為代表的一系列高分子食品添加劑在食品中的使用情況；6.高分子材料在食品包裝和保護(hù)中的應(yīng)用，主要介紹了高分子材料在傳統(tǒng)食品包裝、金屬食品罐頭、可生物降解包裝等方面的應(yīng)用。

作者撰寫本書的目的是：（1）介紹最新報(bào)道的使用活高分子材料的方法，它在農(nóng)業(yè)中解決了與傳統(tǒng)農(nóng)藥相關(guān)的經(jīng)濟(jì)和公共衛(wèi)生問題；（2）旨在獲得綠色化學(xué)的新技術(shù)，它可以滿足工業(yè)和農(nóng)業(yè)食品生產(chǎn)的環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

本書可供高分子材料領(lǐng)域的研究生和研究人員閱讀參考，對于食品安全、農(nóng)業(yè)和植被保護(hù)感興趣的讀者也是有用的參考書。

篇6

摘要：本文從降解技術(shù)著手，論述了固相剪切粉碎技術(shù)、超臨界水降解技術(shù)、微生物降解技術(shù)和能場降解技術(shù)的特點(diǎn)及在高分子材料降解中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：高分子廢棄物；固相剪切粉碎；超臨界水降解；微生物降解；能場降解

合成高分子材料問世以后，憑借著其強(qiáng)度高、價(jià)格低、耐腐蝕等眾多優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通等人們的日常生活中。但與此同時(shí)，很多高分子廢棄物又因具有非自然降解性，給環(huán)境帶來了很大影響，特別是塑料飯盒、塑料袋等一次性產(chǎn)品的大量使用，已造成了嚴(yán)重的“白色污染”，所以研究出有效的降解技術(shù)成為當(dāng)務(wù)之急。目前國內(nèi)外研究比較多的有固相剪切粉碎技術(shù)、超臨界水降解技術(shù)、微生物降解技術(shù)及能場降解技術(shù)等。

1.固相剪切粉碎技術(shù)［1-3］

作為一種連續(xù)化聚合物粉碎加工技術(shù)，固相剪切粉碎技術(shù)是一個(gè)固相狀態(tài)下的動力學(xué)過程，利用壓力場和剪切力場的共同作用使聚合物材料在其熔點(diǎn)或玻璃化溫度以下發(fā)生彈性變形粉碎。粉碎過程中產(chǎn)生的力化學(xué)效應(yīng)可使不相容聚合物混合物增容、高分子樹脂自增塑，可促使組分粘度相差3個(gè)數(shù)量級的聚合物混合物有效的混合。固態(tài)剪切粉碎設(shè)備，結(jié)構(gòu)主要包括排列于擠出機(jī)主軸上的一系列捏合及剪切單元，并配置有加熱與冷卻部件；四川大學(xué)高分子研究所設(shè)計(jì)的磨盤型化學(xué)反應(yīng)器是這樣一種新型的加工設(shè)備，該設(shè)備可用于聚合物微粉的制備和高分子力化學(xué)反應(yīng)，還可用于共碾磨不同聚合物如PA6/PP,制備復(fù)合微粉，以及制備聚合物/金屬、聚合物/非金屬納米復(fù)合材料。

現(xiàn)在，固相剪切粉碎技術(shù)常用于廢PE、PP、PS、PVC及廢橡膠等的再生。

2.超臨界水降解技術(shù)［4］

超臨界流體是指溫度和壓力分別高于其固有的臨界溫度和臨界壓力時(shí)所處的特殊流體狀態(tài)。超臨界水的密度隨溫度和壓力的變化而改變，且氫鍵數(shù)量明顯下降，介電常數(shù)值類似于非極性有機(jī)物的，因而能溶解非極性有機(jī)物；其密度迅速下降時(shí)黏度與空氣接近，從而使超臨界水中溶質(zhì)分子的擴(kuò)散變得極為容易。

目前研究比較多的是超臨界水在降解聚乙烯、聚丙烯、丁橡膠等材料中的應(yīng)用。以聚丙烯為例，發(fā)現(xiàn)此降解過程中聚丙烯進(jìn)行的是自由基反應(yīng)，由OH完成鏈引發(fā)，降解產(chǎn)物是以甲烷為主的可燃性氣體和以芳香烴為主的油狀產(chǎn)物；此反應(yīng)的影響因素有溫度、壓力、時(shí)間及水/PP的比值，在溫度和壓力超過水的臨界值，水與PP比例適當(dāng)?shù)那闆r下，反應(yīng)溫度越高、反應(yīng)時(shí)間越長降解越容易進(jìn)行。

3 微生物降解技術(shù)［5］

微生物降解技術(shù)是指從自然界篩選出的菌屬或通過基因組合誘變技術(shù)得到的菌屬來去除某種或某類有害物質(zhì)的方法，具有處理費(fèi)用低、對環(huán)境影響小、應(yīng)用范圍廣、處理效率高、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)。自問世以來，其技術(shù)已獲得了極大發(fā)展。

環(huán)烷酸是煉油廠污水和油砂處理污水中的有毒成分之一，會對很多種水生生物產(chǎn)生較大毒害，研究表明油砂尾礦石中的微生物群落可對環(huán)烷酸產(chǎn)生很好的降解效果，有的甚至能被徹底降解為CO2。氯酚作為一種殺蟲劑成分，由于本身的特殊結(jié)構(gòu)而具有很強(qiáng)的毒性和抗生物降解能力，科學(xué)家經(jīng)過多年研究，現(xiàn)已分離出以假單胞菌為主的可有效降解氯酚類化合物的多種微生物菌株，其降解過程就是脫氯過程。聚丙烯酰胺可作為驅(qū)油用聚合物，但大量使用導(dǎo)致含聚污水越來越多，研究發(fā)現(xiàn)，腐生菌、假單胞菌、芽孢桿菌等微生物均可有效降解聚丙烯酰胺，且降解可以在井下的極端環(huán)境下進(jìn)行，因此可采用微生物降解法來解決聚丙烯酰胺引起的環(huán)境污染問題。

4.能場降解技術(shù)

能場是指傳遞能量的一種特殊物質(zhì)，在運(yùn)動中不斷釋放出“能粒子”和連續(xù)不斷的“場波”從而能夠分解和氧化有機(jī)物［6］。目前超聲場、光場以及電場等能場降解污染物技術(shù)已得到了廣泛研究。

4.1 超聲場

超聲場降解有機(jī)物是利用高能超聲波在水溶液形成的空化泡發(fā)生超聲空化效應(yīng)時(shí)，氣泡周圍的極小空間內(nèi)產(chǎn)生的溫度和壓強(qiáng)達(dá)到5000K和5×107Pa以上，并伴隨強(qiáng)烈的沖擊波和時(shí)速高達(dá)400Km的微射流，這些極端條件可以直接或間接的降解水中污染物［7］。其影響因素有超聲功率強(qiáng)度、超聲波頻率、反應(yīng)體系的溫度和pH值、作用時(shí)間等。超聲波降解能將水中有毒污染物轉(zhuǎn)化為CO2、H20、無機(jī)離子或毒性減小的有機(jī)物。

4.2 光場

光催化氧化技術(shù)是以太陽能為潛在的輻射源，激發(fā)半導(dǎo)體催化劑（如TiO2、ZnO等），產(chǎn)生空穴和電子對，具有很強(qiáng)的氧化還原作用。當(dāng)用于降解水中有機(jī)物時(shí)，光生空穴將產(chǎn)生羥基自由基（OH）等強(qiáng)氧化性自由基，成功的分解水中包括難降解有機(jī)物在內(nèi)的大多數(shù)污染物［8］。納米TiO2光催化劑，因其化學(xué)穩(wěn)定性高、耐腐蝕，且具有較高的表面吸附位，催化活性好，加之對人體無毒無害，成本低，是目前公認(rèn)的光催化反應(yīng)最佳的催化劑［9］。目前研究已證明銳鈦礦型納米TiO2在紫外光的激發(fā)下可有效促進(jìn)PE塑料薄膜和甲基叔丁基醚（一種新型汽油添加劑）等難降解有機(jī)污染物的降解。

4.3 電場

等離子體是不同于固、液、氣的第四種物質(zhì)存在狀態(tài)，它是指含有足夠數(shù)量的自由帶電粒子，因此其行為明顯地受到電磁力的影響，但屬于總體上呈電中性的非凝聚系統(tǒng)［10］。高壓脈沖放電等離子體技術(shù)就是利用高壓脈沖電源在水中或空氣中放電從而得到低溫等離子體，此過程伴隨著物理效應(yīng)和化學(xué)效應(yīng)。很多研究者利用高壓脈沖放電技術(shù)對水中的有機(jī)污染物做了降解研究，發(fā)現(xiàn)效果很好，目前發(fā)現(xiàn)的可降解的有機(jī)物有苯酚、苯乙酮、TNT、各種染料、氯代酚、甲基橙以及焦化廢水、味精廢水的預(yù)處理等。

5 結(jié)束語

不同降解技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)，將多種技術(shù)協(xié)同應(yīng)用可以揚(yáng)長避短、提高降解效率，應(yīng)是今后的研究重點(diǎn)；此外，還應(yīng)該加強(qiáng)對高分子材料的回收利用，并努力合成環(huán)境友好高分子材料，三舉齊下，才能有效解決“白色污染”和資源短缺等環(huán)境問題。（作者單位：鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

［1］王希卓，連永祥，毛峰.固相剪切粉碎技術(shù)研究進(jìn)展［J］.中國粉體技術(shù)，2008,14（4）：59.

［2］盧燦輝，王琪.聚合物固體粉碎過程中力化學(xué)效應(yīng)的應(yīng)用［J］.高分子材料科學(xué)與工程，2001,17（5）：11-12.

［3］崔勇，連永祥.固相剪切粉碎法在廢橡膠生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］.遼寧化工，2004,33（5）：284-286.

［4］葛紅光，甄寶勤，郭小華，等.超臨界水在降解廢棄物及資源化中的應(yīng)用［J］.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)，2005,26（5）：4-6.

［5］何愛翠.微生物降解法處理工業(yè)含油廢水的研究［D］.長沙：中南大學(xué)，2007:6.

［6］陳靜穎.雙能場/生物法降解廢水中苯酚的研究［D］.安徽：安徽工程大學(xué)，2010:30.

［7］馮若.超聲手冊［M］.南京：南京大學(xué)出版社，1999:78-91.

［8］馮麗娜.TiO2/AC光催化技術(shù)在印染廢水深度處理中的應(yīng)用研究［D］.蘇州：蘇州科技學(xué)院，2009:2.

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關(guān)鍵詞:高分子材料 化學(xué) 分子

中圖分類號:U465.4文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A

高分子材料:macromolecular material,以高分子化合物為基礎(chǔ)的材料。高分子材料是由相對分子質(zhì)量較高的化合物構(gòu)成的材料,包括橡膠、塑料、纖維、涂料、膠粘劑和高分子基復(fù)合材料,高分子是生命存在的形式。所有的生命體都可以看作是高分子的集合。

一、按特性分析高分子材料

高分子材料按特性分為橡膠、纖維、塑料、高分子膠粘劑、高分子涂料和高分子基復(fù)合材料等。

①橡膠是一類線型柔性高分子聚合物。其分子鏈間次價(jià)力小,分子鏈柔性好,在外力作用下可產(chǎn)生較大形變,除去外力后能迅速恢復(fù)原狀。有天然橡膠和合成橡膠兩種。

②高分子纖維分為天然纖維和化學(xué)纖維。前者指蠶絲、棉、麻、毛等。后者是以天然高分子或合成高分子為原料,經(jīng)過紡絲和后處理制得。纖維的次價(jià)力大、形變能力小、模量高,一般為結(jié)晶聚合物。

③塑料是以合成樹脂或化學(xué)改性的天然高分子為主要成分,再加入填料、增塑劑和其他添加劑制得。其分子間次價(jià)力、模量和形變量等介于橡膠和纖維之間。通常按合成樹脂的特性分為熱固性塑料和熱塑性塑料;按用途又分為通用塑料和工程塑料。

④高分子膠粘劑是以合成天然高分子化合物為主體制成的膠粘材料。分為天然和合成膠粘劑兩種。應(yīng)用較多的是合成膠粘劑。

⑤高分子涂料是以聚合物為主要成膜物質(zhì),添加溶劑和各種添加劑制得。根據(jù)成膜物質(zhì)不同,分為油脂涂料、天然樹脂涂料和合成樹脂涂料。⑥高分子基復(fù)合材料是以高分子化合物為基體,添加各種增強(qiáng)材料制得的一種復(fù)合材料。它綜合了原有材料的性能特點(diǎn),并可根據(jù)需要進(jìn)行材料設(shè)計(jì)。

二、現(xiàn)代新型高分子材料

高分子材料包括塑料,盡管高分子材料因普遍具有許多金屬和無機(jī)材料所無法取代的優(yōu)點(diǎn)而獲得迅速的發(fā)展,但目前業(yè)已大規(guī)模生產(chǎn)的還是只能尋常條件下使用的高分子物質(zhì),即所謂的通用高分子,它們存在著機(jī)械強(qiáng)度和剛性差、耐熱性低等缺點(diǎn)。而現(xiàn)代工程技術(shù)的發(fā)展,則向高分子材料提出了更高的要求,因而推動了高分子材料向高性能化、功能化和生物化方向發(fā)展,這樣就出現(xiàn)了許多產(chǎn)量低、價(jià)格高、性能優(yōu)異的新型高分子材料。

1.高分子分離膜

高分子分離膜是用高分子材料制成的具有選擇性透過功能的半透性薄膜。采用這樣的半透性薄膜,以壓力差、溫度梯度、濃度梯度或電位差為動力,使氣體混合物、液體混合物或有機(jī)物、無機(jī)物的溶液等分離技術(shù)相比,具有省能、高效和潔凈等特點(diǎn),因而被認(rèn)為是支撐新技術(shù)革命的重大技術(shù)。膜分離過程主要有反滲透、超濾、微濾、電滲析、壓滲析、氣體分離、滲透汽化和液膜分離等。用來制備分離、滲透汽化和液膜分離等。用來制備分離膜的高分子材料有許多種類。現(xiàn)在用的較多的是聚楓、聚烯烴、纖維素脂類和有機(jī)硅等。膜的形式也有多種,一般用的是平膜和空中纖維。推廣應(yīng)用高分子分離膜能獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。例如,利用離子交換膜電解食鹽可減少污染、節(jié)約能源:利用反滲透進(jìn)行海水淡化和脫鹽、要比其它方法消耗的能量都小;利用氣體分離膜從空氣中富集氧可大大提高氧氣回收率等。

2.高分子磁性材料

高分子磁性材料,是人類在不斷開拓磁與高分子聚合物的新應(yīng)用領(lǐng)域的同時(shí),而賦予磁與高分子的傳統(tǒng)應(yīng)用以新的涵義和內(nèi)容的材料之一。早期磁性材料源于天然磁石,以后才利用磁鐵礦(鐵氧體)燒結(jié)或鑄造成磁性體,現(xiàn)在工業(yè)常用的磁性材料有三種,即鐵氧體磁鐵、稀土類磁鐵和鋁鎳鈷合金磁鐵等。它們的缺點(diǎn)是既硬且脆,加工性差。為了克服這些缺陷,將磁粉混煉于塑料或橡膠中制成的高分子磁性材料便應(yīng)運(yùn)而生了。這樣制成的復(fù)合型高分子磁性材料,因具有比重輕、容易加工成尺寸精度高和復(fù)雜形狀的制品,還能與其它元件一體成型等特點(diǎn)。

3.光功能高分子材料

光功能高分子材料,是指能夠?qū)膺M(jìn)行透射、吸收、儲存、轉(zhuǎn)換的一類高分子材料。目前,這一類材料已有很多,主要包括光導(dǎo)材料、光記錄材料、光加工材料、光學(xué)用塑料、光轉(zhuǎn)換系統(tǒng)材料等。光功能高分子材料在整個(gè)社會材料對光的透射,可以制成品種繁多的線性光學(xué)材料,又可以開發(fā)出非線性光學(xué)元件,如儲存元件興盤的基本材料就是高性能的有機(jī)玻璃和聚碳酸脂。此外,利用高分子材料的光化學(xué)反應(yīng),可以開發(fā)出在電子工業(yè)和印刷工業(yè)上得到廣泛使用的感光樹脂、光固化涂料及粘合劑;利用高分子材料的能量轉(zhuǎn)換特性,可制成光導(dǎo)電材料和光致變色材料;利用某些高分子材料的折光率隨機(jī)械應(yīng)力而變化的特性,可開發(fā)出光彈材料,用于研究力結(jié)構(gòu)材料內(nèi)部的應(yīng)力分布等。

4.高分子復(fù)合材料

高分子材料和另外不同組成、不同形狀、不同性質(zhì)的物質(zhì)復(fù)合粘結(jié)而成的多相材料。高分子復(fù)合材料最大優(yōu)點(diǎn)是博各種材料之長,如高強(qiáng)度、質(zhì)輕、耐溫、耐腐蝕、絕熱、絕緣等性質(zhì),根據(jù)應(yīng)用目的,選取高分子材料和其他具有特殊性質(zhì)的材料,制成滿足需要的復(fù)合材料。高分子復(fù)合材料分為兩大類:高分子結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和高分子功能復(fù)合材料。以前者為主。高分子結(jié)構(gòu)復(fù)合材料包括兩個(gè)組分:①增強(qiáng)劑。為具有高強(qiáng)度、高模量、耐溫的纖維及織物,如玻璃纖維、氮化硅晶須、硼纖維及以上纖維的織物。②基體材料。主要是起粘合作用的膠粘劑,如不飽合聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、聚酰亞胺等熱固性樹脂及苯乙烯、聚丙烯等熱塑性樹脂,這種復(fù)合材料的比強(qiáng)度和比模量比金屬還高,是國防、尖端技術(shù)方面不可缺少的材料。

三、高分子材料的合成與加工

篇8

第二作者：鄭曉廣；中平能化集團(tuán)研究院副院長

摘 要：本文主要介紹了高分子材料中塑料、橡膠、纖維的老化機(jī)理，并分別簡述了這三種材料的部分防老化措施。

關(guān)鍵詞：高分子材料；老化機(jī)理；防治

在高分子材料的使用過程中,由于受到熱、氧、水、光、微生物、化學(xué)介質(zhì)等環(huán)境因素的綜合作用,高分子材料的化學(xué)組成和結(jié)構(gòu)會發(fā)生一系列變化,物理性能也會相應(yīng)變壞,如發(fā)硬、發(fā)粘、變脆、變色、失去強(qiáng)度等,這些變化和現(xiàn)象稱為老化,高分子材料老化的本質(zhì)是其物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)結(jié)構(gòu)的改變。下面主要介紹了高分子材料中塑料、橡膠、纖維的老化機(jī)理，及防老化措施。

1、高分子商品老化的機(jī)理

1.1聚烯烴類塑料商品的老化

此類塑料包括聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯等塑料商品。這類老化又有熱氧老化和光氧老化之分。

熱氧老化的反應(yīng)機(jī)理和低分子的碳?xì)浠衔锏臒嵫趵匣姆磻?yīng)機(jī)理基本相同。其反應(yīng)具有自動催化氧化的反應(yīng)特點(diǎn)，因此是屬于游離基鏈?zhǔn)椒磻?yīng)機(jī)理，即包括鏈的引發(fā)、鏈的增長、鏈的終止三個(gè)過程。

聚乙烯等高分子商品，在自然條件下，進(jìn)行儲存和在使用的過程中，都會受到大氣中各種因素的綜合作用而發(fā)生老化，這一老化過程中，光氧老化是其主要的一種老化形式。對于聚乙烯等塑料商品，由于在它們的分子結(jié)構(gòu)中，存在著容易吸收光的各種雜質(zhì)，從而就引起了商品的光氧化反應(yīng)。聚烯烴類塑料商品的光氧老化反應(yīng)，是由四個(gè)反應(yīng)過程來完成的。即由于含碳基的大分子鏈吸收了紫外光而引起的反應(yīng);在繼續(xù)進(jìn)行光分解反應(yīng)的過程中，產(chǎn)生了一個(gè)酮分子和一個(gè)烯烴分子;當(dāng)酮分子吸收了紫外光被激發(fā)以后，能將其能量轉(zhuǎn)移給氧分子，把氧分子激發(fā)成單線態(tài)的氧分子;單線態(tài)的氧分子能同烯烴分子發(fā)生作用，生成含有氫的過氧化物，氫過氧化物再分解為游離基而引發(fā)了聚乙烯，就出現(xiàn)性能和外觀的老化變質(zhì)現(xiàn)象。

1.2橡膠商品的老化

目前已從實(shí)踐過程中得到證實(shí)，許多橡膠商品的性能變壞，一般是由于老化的原因所引起的。各種天然橡膠商品的老化機(jī)理，主要是指它們在熱和光等因素的綜合作用之下，所進(jìn)行的氧化反應(yīng)的過程。這一反應(yīng)過程的機(jī)理同聚烯烴類塑料商品的氧化反應(yīng)基本相似。在反應(yīng)過程的產(chǎn)物中，有諸多含氧基團(tuán)的各種化合物。這些含氧基，在天然橡膠進(jìn)行氧化反應(yīng)的過程中，能使其大分子的分子鏈產(chǎn)生裂解反應(yīng)，同時(shí)還能使分子鏈產(chǎn)生交聯(lián)反應(yīng)。

天然橡膠在有臭氧存在和有光照的條件下，其不飽和雙鍵的丁鍵被極化，也就是講臭氧分子能同雙鍵發(fā)生作用，生成分子臭氧化合物，一般是以裂解反應(yīng)為主，所以它的老化外觀特征是使商品出現(xiàn)發(fā)粘和變軟，或商品出現(xiàn)臭氧龜裂等外觀老化現(xiàn)象。

合成橡膠商品，如丁苯、氯丁、丁睛等，一般的老化過程，主要是以交聯(lián)反應(yīng)為主，所以它的老化外觀特征是使商品出現(xiàn)變硬和發(fā)脆等現(xiàn)象。

1.3合成纖維商品的老化

根據(jù)它們所使用的原材料和加工成型的方法的不同來看，主要分為人造纖維和合成纖維兩大類。其主要品種有聚酞胺、聚醋、聚丙烯睛等合成纖維商品錦綸商品的老化機(jī)理，主要是酞胺鍵的斷裂，生成毅基和胺基游離基。胺基游離基在繼續(xù)反應(yīng)的過程中，能生成胺基、末端狡基，放出二氧化碳。這樣以來由于梭基的逐漸減少，也就是錦綸商品逐漸老化的過程。它的外觀老化特征是使錦綸商品變黃。如果環(huán)境的相對濕度高，能加速錦綸商品的光氧老化速度，即降解反應(yīng)速度;由于錦綸商品的降解反應(yīng)是熱敏性的，所以如果提高環(huán)境溫度，能加快其光氧化反應(yīng)速度，即加快了它的老化速度。

2、下面分別講述塑料、橡膠、纖維的防老化措施

2.1塑料的防老化應(yīng)從一下幾方面著手

①在樹脂合成階段，就應(yīng)盡量避免不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)雜質(zhì)的混入。

②改進(jìn)成型工藝，因?yàn)槌尚蜁r(shí)總要與空氣接觸，受熱而塑化以便成型，但溫度太高也會促使老化，因此必須盡量控制使溫度低一些，或加入增塑劑使加工溫度降低。

③為增強(qiáng)制品的抗老化能力應(yīng)在配方中加入防老劑，可在合成時(shí)或成型配方中加入?，F(xiàn)在我們的市售樹脂往往都是加過防老劑的。如有特殊需要應(yīng)加入所需的防老劑，往往不是一種，而是數(shù)種防老劑互相配合協(xié)同作用方能取得滿意效果口防老劑的品種和用量目前主要憑經(jīng)驗(yàn)，但防老劑必須有下列特性:與聚合物相溶性好;揮發(fā)性和萃取性要小;盡量不帶顏色;無毒無臭;具有化學(xué)和熱穩(wěn)定性。

④使制品與環(huán)境隔絕，如涂防護(hù)漆，鍍金屬層等，

⑤針對使用條件選用不同性能的塑料。如聚氯乙烯雖價(jià)廉，但它抵抗熱氧化和光氧化的性能較差，因而只能用于室內(nèi)導(dǎo)線的絕緣，否則會出現(xiàn)意想不到的事故。

2.2為了提高橡膠材料耐老化能力，人們多從改善橡膠材料分子結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性著眼.目前，常用的橡膠材料防老化方法大致分為三大類:①橡膠分子結(jié)構(gòu)的改性;②高分子材料的并用;③防老劑的引入。

①橡膠子結(jié)構(gòu)的改性：所謂橡膠分子結(jié)構(gòu)的改性，就是通過改變橡膠的化學(xué)結(jié)構(gòu)來提高橡膠的穩(wěn)定性.例如，絕大多數(shù)橡膠之所以比塑料更易老化，是因?yàn)橄鹉z分子中的雙鍵遇氧(或臭氧)后易于氧化而斷裂。因此，在保持橡膠彈性的前提下，降低分子鏈中的雙鍵含量，程度上可改善橡膠的穩(wěn)定性。

②高分子材料的并用：提高橡膠穩(wěn)定性，除了采用上述從結(jié)構(gòu)上降低碳鏈的不飽和度、引入剛性基團(tuán)等方法之處，還可以采用高分子材料并用的方法去實(shí)現(xiàn).它主要是根據(jù)制品工作性能及加工工藝的要求，在符合極性、相奮性等原則的條件下，將不同性質(zhì)的高分子材料通過共混、共聚和共硫等方法，獲得一種穩(wěn)定性較好的新穎的高分子材料。

③防老劑的引入：防老劑是一類能夠防護(hù)、抑制光、熱、氧、臭氧、重金屬離子等外因?qū)τ谙鹉z材料產(chǎn)生破壞的物質(zhì).在橡膠材料中添加防老劑，可以改善材料的加工性能、延長材料的貯存和使用壽命，方法簡便而效果又顯著，是當(dāng)前橡膠材料防老化的主要途徑之一。

2.3化纖類防老化

化纖類產(chǎn)品在生產(chǎn)過程中防老化也主要是添加各種防老劑(又稱穩(wěn)定劑)，依據(jù)防老劑在橡膠中的作用機(jī)理和功能，可分為:抗氧劑、抗臭氧劑、光穩(wěn)定劑、抗疲勞劑等類別.防老劑的選擇和使用應(yīng)當(dāng)根據(jù)纖維的性質(zhì)及其老化機(jī)理、材料或制品的使用條件，加工條件等加以綜合考慮。因此，防老劑除應(yīng)具有良好的防護(hù)效果外，還要求具備下列一些性能:與纖維有良好的相容性(或相混性);熱穩(wěn)定性好;不污染制品;無毒或低毒;化學(xué)穩(wěn)定性好;價(jià)格低廉。

還有一點(diǎn)就是化纖類商品在所處環(huán)境中的防老化，要嚴(yán)格禁止露天堆放;商品在庫內(nèi)的堆碼一般是采用行列式、圍垛式堆碼成丁字形或井字形，以利通風(fēng)散潮，;適宜溫度最高不超過35°C，適宜的相對濕度為60%一80%，最高不超過85%:每月要定期檢查一次，在檢查中要重點(diǎn)注意包裝所用的竹片，是否有蟲蛀痕跡，如果一經(jīng)發(fā)現(xiàn)要立即把竹片抽出，然后打包進(jìn)行嚴(yán)格檢查和采取有效的防治措施。

3、結(jié)語

真確的認(rèn)識高分子材料的老化機(jī)理，并據(jù)此分別采用與之相適應(yīng)的防老化措施，極大的改善高分子材料的適用范圍、延長其使用年限、改善其材料性能的同時(shí)，節(jié)約了新材料材料，減少了對資源的浪費(fèi)且使原有材料更好的發(fā)揮了應(yīng)有的作用。（作者單位：鄭州大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院）

參考文獻(xiàn)：

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關(guān)鍵詞：形狀記憶高分子； 記憶機(jī)理； 材料特性； 醫(yī)療；紡織

文章編號：1005－6629(2009)02－0053－04中圖分類號：O63 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：E

材料、能源、信息分別是現(xiàn)代文明的三大支柱，而材料是人類社會文明發(fā)展歷史上里程碑式的階段性標(biāo)志。所謂的形狀記憶材料聽上去似乎有點(diǎn)玄乎，給人一種具有生物智能特性的錯(cuò)覺。那么，它究竟是不是真的如此神奇呢？它的神奇之處在哪？

自1981年，有人發(fā)現(xiàn)高分子材料聚乙烯具有獨(dú)特形狀記憶功能，至1984年，形狀記憶高分子材料(Shape memory polymers，簡稱SMP)的概念在日本提出?？梢哉f，SMP是當(dāng)代材料化學(xué)發(fā)展的產(chǎn)物。時(shí)至今日，其功能已經(jīng)得到了人們的廣泛關(guān)注。

1形狀記憶高分子的“記憶”機(jī)理

形狀記憶是指具有初始形狀的制品，經(jīng)形變固定之后，通過加熱等外部條件刺激手段的處理，又可使其恢復(fù)初始形狀的現(xiàn)象。研究最早也最為廣泛的是熱致形狀記憶高分子(簡稱TSMP)。以此為例來闡述。

1.1 橡膠彈性理論對SMP形狀記憶特性的解釋[1]

圖1 線形高分子材料的溫度與形變的關(guān)系圖

如圖，Tg為玻璃化溫度(材料達(dá)到玻璃態(tài)與橡膠態(tài)時(shí)的臨界溫度)，Tt是粘流溫度。橡膠在室溫下處于高彈態(tài)，而塑料是玻璃態(tài)。這是由兩者分子結(jié)構(gòu)和相對分子質(zhì)量等因素的不同造成的。如果材料的玻璃化溫度高于室溫，則材料在室溫下處于玻璃態(tài)。如果材料的玻璃化溫度低于室溫，在室溫下它就處于高彈態(tài)。

橡膠在室溫下就處于高彈態(tài)，一根橡膠管在適當(dāng)?shù)耐饬ψ饔孟驴缮扉L數(shù)倍而當(dāng)外力解除之后便可回復(fù)到原長。但是，如果把一個(gè)橡膠管放在液氮里，它便會失去彈性，拿出來以后進(jìn)行敲打，它也會像玻璃一樣極易被打碎。把它放到室溫下，使其溫度慢慢升到室溫，它仍會恢復(fù)為具有彈性的橡膠管。這便是所發(fā)現(xiàn)的橡膠的形狀記憶功能：橡膠的交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)起到記憶其原來形狀的作用，而其玻璃態(tài)具有固定其形變的作用。

一般塑料的加工要先升溫到粘流態(tài)，吹塑后冷卻為一定形狀的制品，也是一樣的道理。

1.2 SMP的形狀記憶機(jī)理

從分子結(jié)構(gòu)及其相互作用的機(jī)理方面加以解釋，形狀記憶高分子可看作是兩相結(jié)構(gòu), 即由記憶起始形狀的固定相和隨溫度變化能可逆的固化和軟化的可逆相組成。

固定相的作用在于成形制品原始形狀的記憶與回復(fù), 而可逆相的作用則是形變的發(fā)生與固定。固定相可為聚合物的交聯(lián)結(jié)構(gòu)、部分結(jié)晶結(jié)構(gòu)、超高分子鏈的纏繞等結(jié)構(gòu)?？赡嫦嗫梢允钱a(chǎn)生結(jié)晶與結(jié)晶熔融可逆變化的部分結(jié)晶相,或發(fā)生玻璃態(tài)與橡膠態(tài)可逆轉(zhuǎn)變的相結(jié)構(gòu)。在高分子形狀記憶材料中,由于聚合物分子鏈間的交聯(lián)作用,即材料中固定相的作用束縛了大分子的運(yùn)動,表現(xiàn)出材料形狀記憶的特性。并且,由于可逆相在轉(zhuǎn)變溫度Tg會發(fā)生軟化-硬化可逆變化,材料才可能在Tg以上變?yōu)檐浕癄顟B(tài), 當(dāng)施加外力時(shí)分子鏈段取向改變, 使材料變形。當(dāng)材料被冷卻至Tg以下,材料硬化、分子鏈段的微布朗運(yùn)動被凍結(jié)、改變?nèi)∠虻姆肿渔湺伪还潭?使得材料定型。當(dāng)成形的材料再次被加熱時(shí),可逆相結(jié)晶熔融,材料發(fā)生軟化,分子鏈段取向逐漸消除,材料又恢復(fù)到了原始形狀。

圖2 圖為形狀記憶高分子在60℃下, 45秒內(nèi)回復(fù)原狀[2]

由高分子材料形狀記憶原理可知，可逆相對形變特性影響較大，而固定相對于其形狀恢復(fù)特性影響較大。從這個(gè)理論出發(fā),就可以解釋為什么凡是既具有固定相又具有可逆相結(jié)構(gòu)的聚合高分子材料, 都可顯示出一定的形狀記憶特性。

2形狀記憶高分子的“記憶”分類

形狀記憶材料除了形狀記憶高分子之外，還包括形狀記憶合金(SMA)和形狀記憶陶瓷(SMC)。相比較而言，前兩者的應(yīng)用更為廣泛。

表1熱致形狀記憶高分子的類型

而與SMA相比，形狀記憶高分子不僅形變量大、賦形容易、形狀響應(yīng)溫度便于調(diào)整，而且具有保溫、絕緣性能好、不銹蝕、易著色、可印刷、質(zhì)輕價(jià)廉等特點(diǎn)。以前的研究著重于對熱致形狀記憶高分子的研究，筆者按具體的組成物質(zhì)將其分類，見表1。

隨著研究發(fā)展的深入，除了熱致形狀記憶高分子，人們還發(fā)現(xiàn)了其他類型的形狀記憶高分子。根據(jù)回復(fù)機(jī)理來定義的形狀記憶高分子材料類型。具體見表2。

表2 形狀記憶高分子的分類[4]

3 形狀記憶高分子的具體應(yīng)用解析

盡管只有短短27年的發(fā)展史，SMP的應(yīng)用已涉及社會的很多領(lǐng)域。

3.1SMP在醫(yī)療裝備中的應(yīng)用[5]

首先，可以利用形狀記憶聚合物的記憶特性，制作外科醫(yī)療器械或介入診療(介入診斷及治療)器材。比如, 美國利弗莫爾國家實(shí)驗(yàn)室將聚合物聚氨酯、聚降冰片烯或聚異戊二烯等注射成為螺旋形,加熱后拉直再冷卻定型,即制得血栓治療儀中的關(guān)鍵部件――微驅(qū)動器。裝配到治療系統(tǒng)上后，利用光電控制系統(tǒng)加熱，使其恢復(fù)到螺旋形可拉出血栓。這種方法快捷、徹底，沒有毒副作用，是治療血栓的有效途徑之一。

其次,利用低溫形狀記憶特性的聚合物聚氨酯、聚異戊二烯、聚降冰片烯等可以制備用作矯形外科器械或用作創(chuàng)傷部位的固定材料，比如代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石膏繃帶。利用聚氨酯塑料的生物降解性能，通過內(nèi)窺鏡可將由形狀記憶聚合物制成的器件, 如斷骨的外套管、血管的內(nèi)擴(kuò)管、血液的過濾網(wǎng)等精確地定位植入人體。此類材料在體溫的作用下能回復(fù)形狀,達(dá)到治療目的。這種治療方法, 不僅可以減小放置器件時(shí)所需的外切口, 而且由于器件本身在人體中可以逐步地通過降解而消失,不需要為取出器件而進(jìn)行第二次手術(shù)，大大降低了危險(xiǎn)性。

美國麻省理工學(xué)院報(bào)道了用形狀記憶材料來固定骨折部位的方法。將二次成型后的聚乳酸制件放入帶有裂紋的骨髓腔內(nèi)。利用消毒后的鹽水對其進(jìn)行加熱，使骨髓腔內(nèi)的形狀記憶材料恢復(fù)到最初的形狀，變得較厚，從而和骨髓腔的內(nèi)表面緊密接觸而不會滑移，固定作用良好。

另外，形狀記憶高分子材料還在手術(shù)縫合，止血、藥物釋放體系、人工組織及器官以及抗原響應(yīng)等許多新興的高技術(shù)領(lǐng)域得到應(yīng)用。

3.2SMP在紡織工業(yè)中的應(yīng)用

形狀記憶聚氨酯在紡織品中的應(yīng)用形式既可以進(jìn)行紡絲以賦予紗線記憶功能，也可以作為織物涂層劑，或作為整理劑對織物進(jìn)行功能性整理。利用它的透氣性可受溫度控制的特性，在室溫下就可以改善織物的穿著舒適度。具有良好的防水透氣、抗褶皺、耐磨性能。

3.2.1在防水透氣織物中的應(yīng)用[2]

形狀記憶聚氨酯的透氣性可受溫度控制，在響應(yīng)溫度范圍附近其透氣性有明顯的改變：將響應(yīng)溫度設(shè)定在室溫,則涂層織物能在低溫(低于響應(yīng)溫度) 時(shí)因低透氣性起到保暖作用;在高溫(高于響應(yīng)溫度) 時(shí), 因高透氣性起到散熱作用。聚氨酯的分子間隔隨體溫的升高或降低而擴(kuò)張或收縮,正如人體皮膚根據(jù)體溫張開或閉合毛孔一樣,起到調(diào)溫保暖的作用。薄膜的孔徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于水滴平均直徑,因此還可起到防水效果,使織物在各種溫度條件下都能保持良好的穿著舒適性。日本三菱重工公司已有相關(guān)聚氨酯涂層織物“Azekura”的報(bào)道。

3.2.2在防皺整理中的應(yīng)用[6]

利用聚合物的形狀記憶恢復(fù)功能,以此類織物紗線或經(jīng)形狀記憶整理的織物制成的服裝,具有不同于傳統(tǒng)意義上的防皺功能。當(dāng)此類服裝具有足夠強(qiáng)的形狀記憶功能時(shí),服裝在常溫下形成的折皺可以通過升溫來消除折痕,回復(fù)至原來的形狀。我們甚至可以設(shè)計(jì)高分子并將響應(yīng)溫度調(diào)在室溫或人體溫度范圍內(nèi),從而可即刻消除形成的折皺。

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3.3在數(shù)碼通訊產(chǎn)品中的應(yīng)用

圖3 概念手機(jī)

如圖，這款手機(jī)的材料是具有形狀記憶功能的聚乳酸復(fù)合物（PLA）。聚乳酸(PLA)可稱為是一種生物塑料，無毒、無刺激，具有良好的生物相容性，可生物分解吸收，強(qiáng)度高，不污染環(huán)境，可塑性好，易于加工成型。應(yīng)用聚乳酸材料制成的手機(jī)等設(shè)備不怕摔、擠、壓，但是畢竟屬于塑料制品，抗腐蝕性會受到一定局限，進(jìn)一步研究后有待推出市場。

3.4 其他應(yīng)用

3.4.1 “光驅(qū)動分子閥”

作為光能轉(zhuǎn)變?yōu)榱δ艿霓D(zhuǎn)換器，光致感應(yīng)形狀記憶高分子凝膠不能產(chǎn)生很大的感應(yīng)力。但是如果在多孔質(zhì)的聚乙烯醇薄膜上接枝光致變色分子的凝膠，經(jīng)此處理過的聚乙烯醇薄膜固定后，根據(jù)水的透過速度測定光照效果后我們可以發(fā)現(xiàn)：光照前，由于凝膠的小孔堵塞，水的透過速度很?。还庹諘r(shí)，由于凝膠膨脹，水的透過速度增大6O倍；光照停止后，水的透過速度又減小。這就表明利用SMP材料的光照效應(yīng)可制造可控啟閉閥。

3.4.2 “光緩釋劑”

高分子凝膠放入含有藥物的水溶液內(nèi)，藥物則浸入凝膠中，然后取出凝膠。依據(jù)藥物從凝膠向水溶液的釋放速度受光照的影響情況來研究光照效果。結(jié)果表明，光的存在與否對藥物的釋放有顯著的影響。利用此效應(yīng)，藥物以合適的速率和劑量放到人體病灶位置，可達(dá)到更好的醫(yī)療效果。

4應(yīng)用展望

隨著SMP技術(shù)的愈加成熟，人們開始研制通過加溫處理使汽車外殼、機(jī)殼和建筑物某些部件自動除去凹痕的制品；同時(shí)還萌生了用形狀記憶聚合物制造機(jī)器人四肢的想法, 設(shè)想用跳躍來代替機(jī)器人現(xiàn)在那種步履蹣跚的行走方式。環(huán)保方面,將熱致感應(yīng)形狀記憶高分子材料應(yīng)用于環(huán)保,利用其形狀記憶特性回收電子產(chǎn)品的新思路也很有意義。設(shè)計(jì)用SMP材料替代電子產(chǎn)品的緊固件如螺釘、螺紋套管、夾子回收時(shí)通過加熱的方法自行脫落。解決電子廢棄物因體積較小、構(gòu)造復(fù)雜而產(chǎn)生的處理困難的問題，同時(shí)實(shí)現(xiàn)回收利用, 節(jié)約成本, 減少電子廢棄物的環(huán)境污染。

參考文獻(xiàn):

[1]楊青，鄭百林等.形狀記憶高分子材料記憶行為機(jī)理的理論分析[J].材料工程，2006年增刊1：492-494.

[2]胡金蓮,楊卓鴻.形狀記憶高分子材料的研究及應(yīng)用[J].印染，2004，No. 3，44-47.

[3]朱光明.形狀記憶聚合物及其在生物醫(yī)學(xué)工程中的應(yīng)用[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，2005，22(5):1082-1084.

[4]徐祖耀等.形狀記憶高分子材料[M].上海.上海交通大學(xué)出版社，2002年：314-340.

[5]李志宏等.形狀記憶高分子材料及其在醫(yī)療裝備中的應(yīng)用[J].醫(yī)療衛(wèi)生裝備,2007年9月第28卷第9期，26-28.

[6]韓永良等.熱致感應(yīng)型形狀記憶高分子材料與纖維[J].合成纖維工業(yè)，2005，28.(1).

篇10

【摘要】 目的:探討高分子生物可降解緩釋中藥栓，即聚乳酸-羥基乙酸聚合物（PLGA）與中藥混合栓劑的生物相溶性。方法:通過肌肉埋植實(shí)驗(yàn)，觀察高分子緩釋中藥栓在局部肌肉組織的變化，初步評價(jià)高分子生物可降解緩釋中藥栓的生物相溶性。結(jié)果:藥栓植入肌肉組織內(nèi)可引起局部肌肉組織輕微的無菌性炎癥，栓劑周圍有纖維組織包裹，厚度

【關(guān)鍵詞】 高分子聚合物（PLGA）;中藥栓;可生物降解;生物相溶性（略）

使用可生物降解高分子材料制備的載藥裝置并具有控制藥物緩釋的功能［1］ ，可作為針對特定組織等控釋給藥方式，既能注射給藥，又可植入給藥。治療慢性疾病，既避免了單劑量給藥需多次重復(fù)的不便，減少了藥物的不良反應(yīng)，又避免了植入開刀的痛苦。故我們對高分子生物可降解緩釋中藥栓植入研究，觀察其生物相溶性。

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動物 健康雄性wistar大鼠60只，體重 350～500g，由吉林大學(xué)白求恩醫(yī)學(xué)部實(shí)驗(yàn)動物中心提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料 PLGA聚合物與中藥混合栓劑試件是由中國科學(xué)院長春應(yīng)用化學(xué)研究所高分子物理與化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室合成。采用靜電抽絲法制備:首先將1g聚合物PLGA和1g中藥溶解于10ml氯仿中24h。然后，在靜電作用下進(jìn)行噴射拉伸獲得納米級纖維，真空干燥24h。將納米纖維制成6mm×1mm×0.5mm棒狀試件，精確稱重分裝后環(huán)氧乙烷熏蒸消毒。

1.3 肌肉埋植試驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)動物大鼠，乙醚麻醉，無菌條件下將試件用20ml注射器植入大鼠左右大腿肌肉中各1枚。將上述大鼠隨機(jī)分為6組，于2、4、8、12、16、20周時(shí)間點(diǎn)處死大鼠，取出試件材料及周圍肌肉組織。常規(guī)HE染色組織切片，行顯微鏡觀察。

試件材料在組織相溶性及生物降解情況通過以下指標(biāo)觀察:（1）植入部位組織反應(yīng)程度，將組織標(biāo)本在放入濃度10%的福爾馬林固定液中固定24h，石蠟包埋，HE染色組織學(xué)觀察;（2）生物降解率，用失重百分率表示。取出試件并清潔表面，真空干燥后，用電子天平稱重，按下式計(jì)算:失重百分率（%）=（w 0 -w t ）.w 0 ×100%。式中w 0 和w t 分別為式樣的原始重量和植入殘余試樣的重量。

2 結(jié)果

2.1 肌肉植入外形觀察 術(shù)后動物飲食起居正常，注射部無紅腫、感染及材料排出現(xiàn)象。

2.2 組織反應(yīng)觀察 試件植入2-4周無變化，周圍有少許纖維狀物。顯微鏡下觀察HE染色圖片可見試件周圍組織有少量中性粒細(xì)胞及淋巴細(xì)胞浸潤，周圍肌肉組織輕度水腫。植入8周藥栓已變形，粗棒狀周圍均可見一包層半透明纖維包裹，厚度

2.3 PLGA中藥栓在體內(nèi)的生物降解 試件植入2-4周試件外形無明顯變化;6-8周后試件變形、變粗，呈膏狀;12-16周呈粗顆粒狀。PLGA試件植入2、4、8、12、16周降解率分別為6.6%，23%，52.4，%，84.0%，92.0%，表明PLGA中藥栓在體內(nèi)隨埋植時(shí)間延長在不斷降解，20周試件已變成碎末狀。

3 討論

聚乳酸-羥基乙酸聚合物（PLGA）是一種重要的生物降解材料，具有無毒，生物兼容，可在體內(nèi)外降解的特點(diǎn)，PLGA廣泛用于醫(yī)用高分子領(lǐng)域。作為生物材料最大的優(yōu)點(diǎn)是具有生物降解性和降解速 度可調(diào)節(jié)性，故PLGA已用于制備各種載藥裝置［2］ 。載體材料應(yīng)該具有良好的生物相溶性，生物相溶性指生命組織對非活性材料產(chǎn)生合乎要求反應(yīng)的一種性能。故我們用PLGA作為骨架材料與中藥栓（大黃蟄蟲方劑）混合制成微球注射劑。大黃蟄蟲具有活血、化瘀、消炎作用。本文通過將高分子可降解緩釋中藥栓植入大鼠腿部肌肉中，觀察試件在局部肌肉組織內(nèi)炎癥反應(yīng)及藥物釋放過程，了解其生物相溶性及降解情況。實(shí)驗(yàn)結(jié)果已顯示:高分子生物降解緩釋中藥植入肌肉內(nèi)，在植入后各時(shí)間點(diǎn)，肌肉組織無明顯炎癥反應(yīng)，隨著時(shí)間的延長，試件材料占據(jù)空間逐漸縮小，證實(shí)了植入中藥栓可降解性及PLGA材料具有良好的生物相溶性，與文獻(xiàn)報(bào)道一致［3-4］ ，無明顯異物反應(yīng)。

高分子PLGA作為載藥的骨架材料植入體內(nèi)具有降解速度和調(diào)控藥物釋放的功能，PLGA植入物的藥物釋放一般分為兩個(gè)階段:初始階段藥物從植入物基質(zhì)網(wǎng)絡(luò)間相互貫通的孔隙中擴(kuò)散出來。然后是聚合物降解階段，聚合物溶蝕降解使藥物釋放出來［4］ 。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，中藥栓植入2-4周時(shí)，試件與周圍組織界面上可見少量巨噬細(xì)胞，胞內(nèi)無藥物顆粒，8周時(shí)，巨噬細(xì)胞及淋巴細(xì)胞增多，巨噬細(xì)胞內(nèi)可見吞噬藥物顆粒，12周時(shí)，巨噬細(xì)胞內(nèi)藥物顆粒增多，16周時(shí)，藥物顆粒減少。上述結(jié)果說明，藥物在體內(nèi)逐漸釋放。PLGA在體內(nèi)逐漸降解成羥基乙酸和α-羥基丙酸，并參加三羧酸循環(huán)，生成二氧化碳和水，被機(jī)體吸收。

應(yīng)用生物可降解PLGA高分子材料作為藥物的緩釋載體與中藥混合制成栓劑，用植入方法治療慢性疾病，減少了病人的就醫(yī)次數(shù)，增加了順應(yīng)性，有廣泛的應(yīng)用前景。 參考文獻(xiàn)

［1］汪朝陽，趙耀鵬.聚乙醇酸類生物降解高分子［J］.廣州化學(xué)，2004，29（1）:50-57.

［2］Jain R.A.The manufacturing techniques of various drug loaded biodegradable poly（lactide-co-glycolide）（PLGA）devicec［J］.Biomaterials，2000，21（23）:2475-2490.

［3］劉 霞，王常勇.聚乙交酯-丙交酯泡沫材料的生血評價(jià)［J］.西北農(nóng)林科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2005，（5）:24-26.