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篇1

關(guān)鍵詞：高分子材料；功能；研究現(xiàn)狀；發(fā)展前景

前言

在我們的日常生活中，材料隨處可見(jiàn)，材料的發(fā)展水平直接影響我們的生活質(zhì)量。高分子材料在我們?nèi)粘Ｉ畹膽?yīng)用中擁有很多的優(yōu)勢(shì)，與現(xiàn)代化生產(chǎn)非常吻合，同時(shí)它也產(chǎn)生了很高的經(jīng)濟(jì)效益等，因此它在工業(yè)上發(fā)展的十分迅速。在過(guò)去，20世紀(jì)60年展起來(lái)的功能高分子材料是屬于那時(shí)的一個(gè)新興領(lǐng)域，這個(gè)新興領(lǐng)域同時(shí)滲透到能源和電子以及生物三大領(lǐng)等。而如今，21世紀(jì)的科技不斷創(chuàng)新，也有了新型有機(jī)功能高分子材料，它們?cè)谌藗兊纳a(chǎn)和生活中扮演著一個(gè)越來(lái)越重要的角色。

1 功能高分子材料的定義

功能高分子材料是指同時(shí)兼顧有兩種性能的復(fù)合高分子材料，性能一：傳統(tǒng)高分子材料的所體現(xiàn)出來(lái)的性能，性能二：某些特殊功能的基團(tuán)所體現(xiàn)出來(lái)的性能。一般說(shuō)來(lái)，具有傳遞信息、轉(zhuǎn)化能量和貯存物質(zhì)作用的高分子及其復(fù)合材料為功能高分子材料，或者還可以理解為具有能量轉(zhuǎn)換的特性、催化特性、化學(xué)反應(yīng)活性、磁性、光敏特性、藥理性、導(dǎo)電特性、生物相容性、選擇分離性等功能的高分子及其復(fù)合材料，同時(shí)還具有原有力學(xué)性能的基礎(chǔ)。

2 功能高分子材料的工程實(shí)際應(yīng)用

目前，在工程上應(yīng)用較廣泛而且具有重要應(yīng)用價(jià)值的一些功能高分子材料主要分為以下幾種：光功能高分子、液晶高分子、電功能高分子、吸附分離功能高分子、反應(yīng)型功能高分子、醫(yī)用功能高分子、環(huán)境降解功能高分子、高分子功能膜材料等。下文中具體從這幾方面闡述：

（1）光功能高分子材料。指在光的作用下能夠產(chǎn)生物理變化，如光導(dǎo)電、光致變色或者化學(xué)變化，如光交聯(lián)、光分解的高分子材料，或者在物理或化學(xué)作用下表現(xiàn)出光特性的高分子材料。光功能高分子材料主要應(yīng)用在電子工業(yè)和太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)利用等方面。

（2）液晶高分子材料。液晶高分子是一種新型的功能高分子材料，它是分子水平的微觀復(fù)合，由纖維與樹(shù)脂基體在宏觀上的復(fù)合衍生而來(lái)，也可以理解為在柔性高分子基體中以接近分子水平的分散程度分散增強(qiáng)劑（剛性高分子鏈或微纖維）的復(fù)合材料。強(qiáng)度高、模量大是液晶高分子材料的主要特點(diǎn)，它在復(fù)合材料、纖維和液晶顯示技術(shù)等方面的應(yīng)用非常廣泛。

（3）電功能高分子材料。電功能高分子材料主要表現(xiàn)為在特定條件下表現(xiàn)出各種電學(xué)性質(zhì)，如熱電、壓電、鐵電、光電、介電和導(dǎo)電等性質(zhì)。根據(jù)其功能劃分，主要包括導(dǎo)電高分子材料、電絕緣性高分子材料、高分子介電材料、高分子駐極體、高分子光導(dǎo)材料、高分子電活性材料等。同時(shí)根據(jù)其組成情況可以分成結(jié)構(gòu)型電功能材料和復(fù)合電功能材料兩類。電功能高分子材料在電子器件、敏感器件、靜電復(fù)印和特殊用途電池生產(chǎn)方面有廣泛應(yīng)用。

（4）吸附分離高分子材料。吸附分離功能高分子按吸附機(jī)理分為化學(xué)吸附劑、物理吸附劑、親和吸附劑，按樹(shù)脂形態(tài)分為無(wú)定形、球形、纖維狀，按孔結(jié)構(gòu)分為微孔、中孔、大孔、特大孔、均孔等，吸附分離功能高分子主要包括離子交換樹(shù)脂和吸附樹(shù)脂。

（5）反應(yīng)型功能高分子材料。反應(yīng)功能高分子是有化學(xué)活性、能夠參與或促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行的一種高分子材料。它是將小分子反應(yīng)活性物質(zhì)通過(guò)共價(jià)鍵、離子鍵、配位鍵或物理吸附作用結(jié)合于高分子骨架，主要用于化學(xué)合成和化學(xué)反應(yīng)。

（6）醫(yī)用功能高分子材料。在生物體產(chǎn)生生理系統(tǒng)疾病時(shí)，一些特殊的功能高分子材料有對(duì)疾病的診斷、治療、修復(fù)或替換生物體組織或器官，增進(jìn)或恢復(fù)其功能的作用，此類特殊的功能高分子材料稱為醫(yī)用功能高分子材料。一般來(lái)說(shuō)，醫(yī)用功能高分子材料多用于對(duì)生物體進(jìn)行疾病的診斷和疾病的治療以及修復(fù)或替換生物體組織或器官和合成或再生損傷組織或器官，具有延長(zhǎng)病人生命、提高病人生存質(zhì)量等作用，在醫(yī)療方面被廣泛應(yīng)用。

（7）環(huán)境降解高分子材料。高分子材料在發(fā)生降解反應(yīng)的條件有許多，如機(jī)械力的作用下發(fā)生的降解稱為機(jī)械降解，此外在化學(xué)試劑的作用下可發(fā)生化學(xué)降解，在氧的作用下可發(fā)生氧化降解，在熱的作用下可發(fā)生熱降解，在光的作用下可發(fā)生光降解，在生物的作用下可發(fā)生生物降解等。具有此類功能的高分子稱為環(huán)境降解高分子材料。

（8）高分子功能膜材料。高分子功能膜是一種具有選擇性透過(guò)能力的膜型材料，同時(shí)也是具有特殊功能的高分子材料，一般稱為分離膜或功能膜。使用功能膜分離物質(zhì)具有以下突出的優(yōu)點(diǎn)：具有較好的選擇性透過(guò)性，透過(guò)產(chǎn)物和原產(chǎn)物位于膜的兩側(cè)，便于產(chǎn)物的收集；分離時(shí)不發(fā)生相變，同時(shí)也不耗費(fèi)相變能。從功能的角度，高分子分離膜具有識(shí)別物質(zhì)和分離物質(zhì)的功能，此外，它還有轉(zhuǎn)化物質(zhì)和轉(zhuǎn)化能量的其它功能。利用其在不同條件下顯出的特殊性質(zhì)，已經(jīng)在許多領(lǐng)域獲得應(yīng)用。

3 功能高分子材料的發(fā)展前景

人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)離不開(kāi)材料，材料的發(fā)展關(guān)系到社會(huì)發(fā)展和國(guó)民經(jīng)濟(jì)以及國(guó)家的安全，同時(shí)也是體現(xiàn)國(guó)家綜合實(shí)力的重要標(biāo)志。高新技術(shù)和現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展的基石離不開(kāi)高分子材料，國(guó)民經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)以及國(guó)家安全不可或缺的重要保證同樣也離不開(kāi)高分子材料。而功能高分子材料由于其優(yōu)越性，使得其在材料行業(yè)中發(fā)展迅速。

未來(lái)材料科學(xué)與工程技術(shù)領(lǐng)域研究的重要發(fā)展方向離不開(kāi)功能高分子材料，材料、信息和能源理所當(dāng)然的被評(píng)為新科技革命時(shí)代的三大根基，信息和能源發(fā)展離不開(kāi)材料領(lǐng)域中功能高分子材料作為它們物質(zhì)基礎(chǔ)所起到的重要作用，新型功能高分子材料的研究與發(fā)展主要取決于現(xiàn)代學(xué)科交叉程度高這一特點(diǎn)。在傳統(tǒng)的三大合成材料以外，陸陸續(xù)續(xù)又出現(xiàn)了具有光、電、磁等特殊功能的高分子材料以及功能高分子膜，同時(shí)也出現(xiàn)了生物高分子材料，隱身高分子材料等許多具有特殊功能的高分子材料，與此同時(shí)功能高分子材料的發(fā)展速度依然保持著加快的狀態(tài)，顯然它們對(duì)新技術(shù)革命影響非常之大。這些新型的功能高分子材料在我們的尖端科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中扮演著越來(lái)越重要的角色，21世紀(jì)人類社會(huì)生活必將與功能高分子材料密切相關(guān)。

4 結(jié)束語(yǔ)

功能高分子材料是一門研究高分子材料變化規(guī)律以及實(shí)際應(yīng)用技術(shù)的一門學(xué)科，在高分子材料科學(xué)領(lǐng)域中的發(fā)展速度是最快的，同時(shí)也是與其它科學(xué)領(lǐng)域交叉最為密切的一個(gè)研究領(lǐng)域。它是以高分子物理、高分子化學(xué)等相關(guān)學(xué)科為基礎(chǔ)，同時(shí)與物理學(xué)和生物學(xué)以及醫(yī)學(xué)密切聯(lián)系的一門學(xué)科。因此學(xué)習(xí)這門學(xué)科能讓我們很好的將高分子學(xué)科的知識(shí)綜合運(yùn)用起來(lái)，進(jìn)而使我們對(duì)高分子學(xué)科有更深刻的認(rèn)識(shí)，讓我們受益匪淺。

參考文獻(xiàn)

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篇2

關(guān)鍵詞 高分子材料 智能高分子材料 響應(yīng)速率 進(jìn)展

智能高分子凝膠

高分子凝膠是指三維高分子網(wǎng)絡(luò)與溶劑組成的體系，網(wǎng)絡(luò)交聯(lián)結(jié)構(gòu)使其不溶解而保持一定的形狀，因?yàn)槟z結(jié)構(gòu)中含有親溶劑性基團(tuán)，使之可被溶劑溶脹而達(dá)到平衡體積。這類高分子凝膠可隨環(huán)境條件的變化而產(chǎn)生可逆的、非連續(xù)性的體積變化。高分子凝膠的溶脹收縮循環(huán)使之可應(yīng)用于化學(xué)閥、吸附分離、傳感器和記憶材料等領(lǐng)域；循環(huán)提供的動(dòng)力可用來(lái)設(shè)計(jì)“化學(xué)發(fā)動(dòng)機(jī)”；網(wǎng)孔的可控性適用于智能藥物釋放體系。高分子凝膠的刺激響應(yīng)性包括物理刺激（如熱、光、電場(chǎng)磁場(chǎng)、力場(chǎng)、電子線和射線）響應(yīng)性和化學(xué)刺激（如值、化學(xué)物質(zhì)和生物物質(zhì)）響應(yīng)性。隨著智能高分子材料的深入研究，發(fā)展具有多重響應(yīng)功能的“雜交型”智能高分子材料已成為這一領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。例如，劉鋒等合成的羧基含量不同的 值敏感及溫度敏感水凝膠聚（異丙基丙烯酰胺丙烯酸）及含有聚二甲基硅氧烷的聚（異丙基丙烯酰胺 丙烯酸），可使吸附在水凝膠中的木瓜酶隨著生物體內(nèi)環(huán)境的變化而自行完成藥物的控制釋放。紫外線輻射法合成的甲基丙酰胺，二甲氨基乙酯水

目前，具有化學(xué)閥功能的高分子膜應(yīng)用范圍還比較窄，尚依賴于新材料領(lǐng)域的不斷發(fā)展。

形狀記憶高分子材料

形狀記憶高分子材料是利用結(jié)晶或半結(jié)晶高分子材料經(jīng)過(guò)輻射交聯(lián)或化學(xué)交聯(lián)后具有記憶效應(yīng)的原理而制造的一類新型智能高分子材料。形狀記憶過(guò)程可簡(jiǎn)單表述為：初始形狀的制品―二次形變―形變固定―形變回復(fù)。其性能的優(yōu)劣，可用形狀回復(fù)率、形變量等指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)。在醫(yī)療領(lǐng)域， 形態(tài)記憶樹(shù)脂可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的石膏繃扎， 具有生物降解性的形狀記憶高分子材料可用作醫(yī)用組合縫合器材、 止血鉗等。在航空領(lǐng)域， 形狀記憶高分子材料被用作機(jī)翼的振動(dòng)控制材料。利用高分子材料的形狀記憶智能可制備出熱收縮管和熱收縮膜等。近幾年來(lái)， 我國(guó)已先后開(kāi)發(fā)出石油化工、通信光纜等領(lǐng)域的熱收縮制品及天然氣、市政工程供水及其他管道接頭焊口和彎頭的密封與防腐的輻射交聯(lián)聚乙烯熱收縮片。聚全氟乙丙烯樹(shù)脂熱收縮管是一種新型的熱收縮材料，具有較強(qiáng)的機(jī)械強(qiáng)度，能長(zhǎng)期在―260攝氏度至205攝氏度下使用，并保持原有聚全氟乙丙烯樹(shù)脂優(yōu)異的電氣性、耐化學(xué)腐蝕性 。以對(duì)苯二甲酸二甲酯、間苯二甲酸、乙二醇為原料，采用間歇聚合法可合成熱收縮膜用共聚酯切片，采用雙向拉伸工藝制得的新型包裝膜―― ― 熱收縮性雙軸拉伸共聚酯膜，可用作精密電子元件及電纜包覆材料。目前，形狀記憶聚氨酯、聚降冰片烯、聚苯乙烯的研究開(kāi)發(fā)有著誘人的發(fā)展前景。

智能織物

將聚乙二醇與各種纖維 （如棉、聚酯或聚酰胺聚氨酯）共混物結(jié)合，使其具有熱適應(yīng)性與可逆收縮性。所謂熱適應(yīng)性是賦予材料熱記憶特性，溫度升高時(shí)纖維吸熱，溫度降低時(shí)纖維放熱，此熱記憶特性源于結(jié)合在纖維上的相鄰多元醇螺旋結(jié)構(gòu)間的氫鍵相互作用。 溫度升高時(shí)，氫鍵解離，系統(tǒng)趨于無(wú)序狀態(tài)，線團(tuán)弛豫過(guò)程吸熱。當(dāng)環(huán)境溫度降低時(shí)，氫鍵使系統(tǒng)變?yōu)橛行驙顟B(tài)，線團(tuán)被壓縮而放熱。這種熱適應(yīng)織物可用于服裝和保溫系統(tǒng)，包括體溫調(diào)節(jié)和燒傷治療的生物醫(yī)學(xué)制品及農(nóng)作物防凍系統(tǒng)等領(lǐng)域[4] 。

當(dāng)前，分子納米技術(shù)與計(jì)算機(jī)、檢測(cè)器、微米或納米化機(jī)器的結(jié)合，又使織物的智能化水平得到了進(jìn)一步提高。自動(dòng)清潔織物和自動(dòng)修補(bǔ)的織物等更加引起人們的關(guān)注 。

智能高分子膜

高分子薄膜在智能方面研究較多的是選擇性滲透、選擇性吸附和分離等。高分子膜的智能化是通過(guò)膜的組成、結(jié)構(gòu)和形態(tài)的變化來(lái)實(shí)現(xiàn)的。現(xiàn)在研究的智能高分子膜主要是起到“化學(xué)閥”的作用。對(duì)智能高分子膜的研究主要集中在敏感性凝膠膜、敏感性接枝膜及液晶膜方面。用高分子凝膠制成的膜能實(shí)現(xiàn)可逆變形，也能承受一定關(guān)的靜壓力。目前報(bào)道的主要有聚甲基丙烯酸聚乙二醇、聚乙烯醇聚丙烯酸共混物等。高分子接枝膜可通過(guò)表面接枝和膜孔內(nèi)接枝的方法來(lái)制得，其作用機(jī)理基本相同。膜的孔徑變化是建立在溶質(zhì)分子與接枝于膜中的高分子鏈的相互作用基礎(chǔ)之上。目前，具有化學(xué)閥功能的高分子膜應(yīng)用范圍還比較窄，尚依賴于新材料領(lǐng)域的不斷發(fā)展。

智能高分子復(fù)合材料

智能高分子材料在工業(yè)、建筑、航空、醫(yī)藥領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。復(fù)合材料大都用作傳感器元件。新的智能復(fù)合材料具有自愈合、自應(yīng)變等功能。在航空領(lǐng)域，美國(guó)一研究所正在研制用復(fù)合材料制成的貼在機(jī)冀上的“智能皮”，以取代起飛、轉(zhuǎn)向、降落所必需的尾翼和各種襟翼。這些“智能皮”可以根據(jù)飛行員和飛機(jī)電腦的指令改變外形，起到與飛機(jī)尾翼和襟翼相同的作用。在建筑領(lǐng)域，利用復(fù)合材料的自診斷、自調(diào)節(jié)、自修復(fù)功能，可用于快速檢測(cè)環(huán)境溫度、濕度，取代溫控線路和保護(hù)線路。用具有電致變色效應(yīng)和光記憶效應(yīng)的氧化物薄膜制備自動(dòng)調(diào)光窗口材料，既可減輕空調(diào)負(fù)荷又可節(jié)約能源，在智能建筑物窗玻璃領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。

其它功能的高分子材料

高分子薄膜

高分子薄膜在智能方面研究較多的是選擇性滲透、選擇性吸附和分離等。如殼聚糖、絲素蛋白合金膜在不同的pH值緩沖溶液中或不同濃度的Al3 +溶液中交替溶脹、 收縮的行為具有良好的重復(fù)可逆性符合作為人工肌肉的條件；而控制異丙醇 - 水體系中添加的 Al3 +濃度 ，可以控制配合物膜的溶脹 ，進(jìn)而控制膜的自由體積 ，以達(dá)到作為化學(xué)閥門控制膜的滲透蒸發(fā)通量的目的。

液晶聚合物

液晶高分子通過(guò)熔融或溶解呈液晶狀態(tài)，它有經(jīng)成型加工而實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的分子排列結(jié)構(gòu)的主鏈型將液晶規(guī)則地配置在側(cè)鏈或末端，通過(guò)電場(chǎng)或磁場(chǎng)作用而控制分子排列的側(cè)鏈型，通過(guò)引入含有抑制成分的液晶化合物而具有不對(duì)稱識(shí)別性能和強(qiáng)感應(yīng)性的化學(xué)活性液晶等。

目前，我國(guó)智能高分子材料的研究與開(kāi)發(fā)存在著不足，與世界先進(jìn)水平相比尚有相當(dāng)大的差距，影響了我國(guó)信息、航天、航空、能源、建筑材料、航海、船舶、軍事等諸多部門的發(fā)展，有時(shí)甚至成為制約某些部門發(fā)展的關(guān)鍵因素。國(guó)外智能高分子材料正處于研究開(kāi)發(fā)階段，各發(fā)達(dá)國(guó)家都對(duì)其相當(dāng)重視。因此，21世紀(jì)智能高分子材料會(huì)被更加廣泛的應(yīng)用，從而引導(dǎo)材料學(xué)的發(fā)展方向。

參考文獻(xiàn)

[1] 貢長(zhǎng)生，張克立. 新型功能材料[M] . 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2001

篇3

【關(guān)鍵詞】高分子材料；成型加工技術(shù)；創(chuàng)新

現(xiàn)代社會(huì)中，科學(xué)技術(shù)成為了推動(dòng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)社會(huì)進(jìn)步的重要力量，也正是由于科技是第一生產(chǎn)力的這一理念，各個(gè)國(guó)家的科技都達(dá)到了前所未有的發(fā)展速度。高分子技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，隨著人類對(duì)高分子技術(shù)的深入了解，在應(yīng)用過(guò)程中遇到的很多問(wèn)題有待探討，本文中就高分子材料成型加工技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新進(jìn)行了深入的討論，也希望能夠?yàn)槲覈?guó)的高分子技術(shù)貢獻(xiàn)一份力量。

一、簡(jiǎn)述高分子材料成型加工術(shù)的發(fā)展歷程

在對(duì)一項(xiàng)科學(xué)技術(shù)進(jìn)行深入探討之前，很有必要對(duì)其的產(chǎn)生、發(fā)展到應(yīng)用的過(guò)程有所了解。由于新型高分子材料的發(fā)現(xiàn)較早，但是由于觀念上的落后以及設(shè)備上的落后，導(dǎo)致高分子材料從發(fā)現(xiàn)到大規(guī)模的應(yīng)用于工業(yè)流程中所耗費(fèi)的時(shí)間較為漫長(zhǎng)。近年來(lái)，隨著關(guān)于高分子技術(shù)的一系列難題攻破，到更多、更加優(yōu)良的高分子材料被發(fā)現(xiàn)，高分子技術(shù)開(kāi)始進(jìn)入飛速發(fā)展的時(shí)代。20世紀(jì)90年代塑料的平均增長(zhǎng)率有了很大的提升，隨之而來(lái)的塑料產(chǎn)量也有很大幅度的提升。不管是在塑料的產(chǎn)量上有了大幅度的提升，在塑料的種類上，材質(zhì)上，應(yīng)用范圍上都有了很大的優(yōu)化與發(fā)展。舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，之前制造一批汽車可能需要三百噸鋼鐵，而現(xiàn)在可能只需要三百噸的塑料就能達(dá)到相同的效果，甚至更好的效果。在鋼材日益減少的現(xiàn)在，這些高分子材料的發(fā)明給了人類在發(fā)展道路上無(wú)限種可能。在汽車行業(yè)中，由傳統(tǒng)純鋼鐵制造的汽車可能已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代人類的需要了，而對(duì)于高分子材料制造而成的汽車，不僅在強(qiáng)度上不輸于鋼鐵，在造價(jià)，環(huán)保方面更是勝于鋼鐵一籌。而在其他方面也會(huì)有很多改變，規(guī)模上要更小一些，周期要相對(duì)更短一些，能量的消耗要更低一些，回收率要更高一些，對(duì)空氣的污染程度和對(duì)資源的消耗要更小一些。

二、創(chuàng)新型高分子材料成型加工技術(shù)

1.聚合物動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備

聚合物反應(yīng)加工技術(shù)是以現(xiàn)雙螺桿擠出機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展起來(lái)的。目前國(guó)外已經(jīng)對(duì)這一個(gè)項(xiàng)目進(jìn)行了深入的研究，并且已經(jīng)研制出了連續(xù)反應(yīng)和混煉的桿螺桿擠出機(jī)，這一項(xiàng)研究的產(chǎn)生，有效地解決了雙螺桿擠出問(wèn)題，還有這其他類似的反應(yīng)器所不具有的優(yōu)點(diǎn)。

在這些設(shè)備的發(fā)展過(guò)程中，技術(shù)是至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，在技術(shù)上必須要有所突破。指交換法聚碳酸醞（PC）連續(xù)化生產(chǎn)和尼龍生產(chǎn)中的比較關(guān)鍵的技術(shù)是縮聚反應(yīng)器的反應(yīng)擠出設(shè)備，而在現(xiàn)在世界上所使用的反應(yīng)加工設(shè)備上來(lái)看，大多數(shù)都是利用傳統(tǒng)的混合、混煉技術(shù)，有些國(guó)外的企業(yè)也只是對(duì)傳統(tǒng)的反應(yīng)器進(jìn)行了小范圍的優(yōu)化。但是根本上都存在傳熱、傳質(zhì)過(guò)程、混煉過(guò)程、化學(xué)反應(yīng)過(guò)程難以控制、反應(yīng)產(chǎn)物分子量及其分布不可控等問(wèn)題。另外設(shè)備投資費(fèi)用大、能耗高、噪音大、密封困難等也都是傳統(tǒng)反應(yīng)加工設(shè)備的缺陷。聚合物動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工技術(shù)及設(shè)備與傳統(tǒng)技術(shù)無(wú)論是在反應(yīng)加工原理還是設(shè)備的結(jié)構(gòu)上都完全不同，該技術(shù)是將電磁場(chǎng)引起的機(jī)械振動(dòng)場(chǎng)引入聚合物反應(yīng)擠出全過(guò)程，達(dá)到控制化學(xué)反應(yīng)過(guò)程、反應(yīng)生成物的凝聚態(tài)結(jié)構(gòu)和反應(yīng)制品的物理化學(xué)性能的目的。這一項(xiàng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了聚合物單體或預(yù)聚物混合混煉過(guò)程中的理論的突破，有了新的理論作為指導(dǎo)，新型的加工反應(yīng)器才能夠制作出來(lái)。新的技術(shù)從理論上解決了聚合物單體或預(yù)聚物混合混煉過(guò)程及停留時(shí)間分布不可控制的難點(diǎn)，同時(shí)從技術(shù)上解決了設(shè)備結(jié)構(gòu)集成化問(wèn)題。新設(shè)備具有體積重量小、能耗低、噪音低、制品性能可控、適應(yīng)性好、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，這此優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)技術(shù)與設(shè)備無(wú)法比擬或是根本沒(méi)有的。

2.新材料制備動(dòng)態(tài)反應(yīng)加工設(shè)備技術(shù)的革新

這一項(xiàng)技術(shù)的革新主要是指信息存儲(chǔ)光盤直接合成反應(yīng)成型技術(shù)的發(fā)明，這項(xiàng)技術(shù)具有當(dāng)代新技術(shù)所需要的大多數(shù)優(yōu)點(diǎn)，由于采取了全然不同的理論指導(dǎo)和流程，這項(xiàng)技術(shù)具有周期短，操作建議，對(duì)環(huán)境污染小，節(jié)約資源的優(yōu)點(diǎn)。正是由于這些優(yōu)點(diǎn)的存在，這項(xiàng)技術(shù)打破了原有傳統(tǒng)技術(shù)的局限性，避免了很多問(wèn)題的出現(xiàn)。而且隨著光盤存儲(chǔ)技術(shù)的發(fā)展，這項(xiàng)技術(shù)還有無(wú)限的提升空間。它的主要工作機(jī)理是把光盤級(jí)的PC樹(shù)脂化，將中間存儲(chǔ)和盤基成型融合在一個(gè)流程當(dāng)中，再借鑒動(dòng)態(tài)連續(xù)反應(yīng)成型技術(shù)對(duì)交換連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)進(jìn)行研究和發(fā)展。

3、復(fù)合材料物理場(chǎng)強(qiáng)化制備技術(shù)

此技術(shù)在強(qiáng)振動(dòng)剪切力場(chǎng)作用下對(duì)無(wú)機(jī)粒子表而特性及其功能設(shè)計(jì)，整個(gè)流程都是在設(shè)計(jì)好的連續(xù)的加工環(huán)境中進(jìn)行，省去了其他化學(xué)催化劑或者改性劑的參與，有效地實(shí)現(xiàn)了資源的節(jié)約。利用聚合物使無(wú)機(jī)粒子進(jìn)行原位表面性、原位包覆、強(qiáng)制分散，實(shí)現(xiàn)連續(xù)化制備聚合物/無(wú)機(jī)物復(fù)合材料熱塑性彈性體動(dòng)態(tài)全硫化制各技術(shù)：此技術(shù)將振動(dòng)力場(chǎng)引入混煉擠出全過(guò)程，控制硫化反直進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)混煉過(guò)程中橡膠相動(dòng)態(tài)全硫化。解決共混加工過(guò)程共混物相態(tài)反轉(zhuǎn)問(wèn)題。

三、展望高分子材料成型加工技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向

近年來(lái)，在世界上的高分子材料成型技術(shù)的發(fā)展熱潮的影響下，我國(guó)的各省各地也加快了高分子材料成型技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)部門也加大了政策上的支持。這一做法是完全符合我國(guó)改革開(kāi)放以來(lái)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展路線，因此這一技術(shù)已經(jīng)具備了發(fā)展的一切有利因素。

我國(guó)的各個(gè)城市陸續(xù)展開(kāi)這項(xiàng)技術(shù)的推廣，已經(jīng)有超過(guò)一半的地區(qū)在推廣和使用這一技術(shù)，這一技術(shù)所創(chuàng)造的經(jīng)濟(jì)利益也是不容忽視的，很多地區(qū)已經(jīng)將這一技術(shù)變成一個(gè)產(chǎn)業(yè)，工業(yè)制成品大量出口到歐洲和亞洲的很多國(guó)家和地區(qū)，在國(guó)際貿(mào)易方面有非常顯的成效，不但提高了出口的多樣性，而且拉動(dòng)了社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的增長(zhǎng)。在未來(lái)的時(shí)間里，這項(xiàng)技術(shù)還具有非常大的發(fā)展空間，新型高分子材料成型技術(shù)還可以應(yīng)用在更多的領(lǐng)域，相信會(huì)有一天高分子材料會(huì)成為我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚臇|西。希望以后有更多的人才投入到這項(xiàng)技術(shù)中去，這樣我國(guó)的高分子成型材料加工技術(shù)才能夠趕超發(fā)達(dá)國(guó)家，為我國(guó)的外貿(mào)的發(fā)展。

四、結(jié)語(yǔ)

綜合上文所陳述的，我國(guó)要想在高分子材料的道路上走的更遠(yuǎn)，必須牢記科技史第一生產(chǎn)力的這一原則。并且只有隨著高分子材料的不斷深入應(yīng)用，我國(guó)才能夠更好地建設(shè)資源節(jié)約型環(huán)境友好型社會(huì)，才能讓世界看到中國(guó)的發(fā)展不是以犧牲環(huán)境，大量消耗資源為代價(jià)的。推動(dòng)高分子加工合成技術(shù)勢(shì)在必行。

參考文獻(xiàn)

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關(guān)鍵詞 高分子材料與工程 工程實(shí)踐 專業(yè)實(shí)習(xí) 生產(chǎn)實(shí)習(xí)

中圖分類號(hào)：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16400/ki.kjdkz.2016.09.025

Exploration and Practice on the Practice Mode of Polymer

Material and Engineering Specialty

LI Zhijun， YU Rentong， ZHAO Yinmei

（College of Materials and Chemical Engineering， Hai'nan University， Haikou， Hai'nan 570228）

Abstract Production practice is an important practice in Higher Education of engineering. Through the in-depth reform of the professional practice mode， the engineering practice ability of polymer materials and engineering specialty of Hainan University has been effectively strengthened， and the comprehensive quality has been improved.

Key words Polymer materials and Engineering； engineering practice； professional practice； production practice

近些年來(lái)，我國(guó)的工科高等教育獲得了長(zhǎng)足的進(jìn)步。據(jù)教育部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，工程科技類人才的培養(yǎng)規(guī)模已達(dá)到總體教育規(guī)模的1/3～1/2。然而，我國(guó)工科院校培養(yǎng)的工程師的整體水平與美國(guó)、德國(guó)和日本等發(fā)達(dá)國(guó)家甚至一些發(fā)展中國(guó)家都有很大差距。為了加快提高我國(guó)工科高等教育的質(zhì)量，《國(guó)家中長(zhǎng)期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要（2010-2020年）》明確指出要建立學(xué)校教育和實(shí)踐鍛煉相結(jié)合的人才培養(yǎng)體系。專業(yè)實(shí)習(xí)是高校課程體系中專業(yè)教學(xué)的必要環(huán)節(jié)，對(duì)于提高學(xué)生的工程實(shí)踐與創(chuàng)新能力具有特殊的重要意義。海南大學(xué)高分子材料與工程專業(yè)始創(chuàng)于1958年，是海南省的特色優(yōu)勢(shì)專業(yè)。海南大學(xué)高分子材料與工程系對(duì)其高分子材料與工程專業(yè)本科生的專業(yè)實(shí)踐教學(xué)模式不斷進(jìn)行探索與實(shí)踐，為達(dá)到良好的實(shí)踐育人的效果及培養(yǎng)高質(zhì)量的高分子材料與工程專業(yè)的畢業(yè)生奠定了扎實(shí)的基礎(chǔ)。

1 高分子材料與工程專業(yè)實(shí)習(xí)的必要性

高分子材料與工程學(xué)科的特點(diǎn)是理論與實(shí)踐密切結(jié)合。1935年，Wallace H. Carothers通過(guò)己二胺和己二酸進(jìn)行縮聚反應(yīng)成功合成出聚酰胺66（PA66），有力地證明了高分子的存在，使人們信服于Staudinger的大分子理論，從而使得高分子科學(xué)真正建立起來(lái)。此后高分子材料迅速滲透入人們的衣食住行并在國(guó)民經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展和國(guó)家安全中承擔(dān)著重要而不可或缺的作用；早在1994年，全球三大合成高分子材料的產(chǎn)量便達(dá)到1.4？04萬(wàn)噸，從體積上超過(guò)了鋼鐵。近年來(lái)，對(duì)高性能化、功能化、精細(xì)化、復(fù)合化、智能化材料的需求更給高分子學(xué)科提出了需要在實(shí)踐上的創(chuàng)新與突破。實(shí)踐的需要及實(shí)踐中的發(fā)現(xiàn)推動(dòng)了高分子科學(xué)的不斷發(fā)展，而不斷完善的高分子學(xué)科理論體系又對(duì)高分子行業(yè)的生產(chǎn)實(shí)踐起到指導(dǎo)作用?？梢?jiàn)，高分子學(xué)科的誕生、發(fā)展都深深扎根于實(shí)踐的土壤，而專業(yè)實(shí)習(xí)的實(shí)踐特性則為高等院校的高分子學(xué)科專業(yè)的發(fā)展提供了必要的支撐作用。

高等工科教育的目標(biāo)是培養(yǎng)擁有扎實(shí)的基礎(chǔ)知識(shí)與專業(yè)技能，同時(shí)具備較強(qiáng)工程實(shí)踐能力的高級(jí)人才。專業(yè)實(shí)習(xí)促使學(xué)生將所學(xué)的專業(yè)知識(shí)與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，強(qiáng)化動(dòng)手能力，更重要的是可以培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的工程實(shí)踐能力與創(chuàng)新能力。20世紀(jì)20年代，英國(guó)H.E. Palmer、A.S. Homby等人提出了情景教學(xué)法，專業(yè)實(shí)習(xí)屬于情景教學(xué)的一種。傳統(tǒng)的課堂教學(xué)以教師的講述為主，有些內(nèi)容難以達(dá)到生動(dòng)形象的描述，難以通過(guò)直觀、豐富多彩的形象材料激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過(guò)專業(yè)實(shí)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，啟發(fā)學(xué)生更深刻地理解所學(xué)的理論，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)知識(shí)與應(yīng)用的融會(huì)貫通。如我校2011級(jí)高分子材料與工程專業(yè)的學(xué)生們?cè)诤Ｄ夏乘芰现萍a(chǎn)廠家進(jìn)行專業(yè)實(shí)習(xí)時(shí)，針對(duì)其注塑車間生產(chǎn)的少量產(chǎn)品存在缺陷的實(shí)際問(wèn)題，及時(shí)與企業(yè)的技術(shù)人員及車間負(fù)責(zé)人進(jìn)行了交流與探討，學(xué)生們根據(jù)所學(xué)專業(yè)知識(shí)并結(jié)合企業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際情況對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了分析并提出若干條合理化解決問(wèn)題的建議。在實(shí)習(xí)實(shí)踐過(guò)程中，學(xué)生們的學(xué)習(xí)熱情得到了激發(fā)，所學(xué)理論得以在實(shí)踐中踐行，學(xué)生們解決實(shí)際問(wèn)題的能力得到了提升，同時(shí)也得到企業(yè)的技術(shù)負(fù)責(zé)人及車間負(fù)責(zé)人的認(rèn)可與欣賞。

2 專業(yè)實(shí)習(xí)工作的有效推進(jìn)

由于專業(yè)實(shí)習(xí)在學(xué)生綜合培養(yǎng)中具有特殊的重要性，如何有效提升專業(yè)實(shí)習(xí)的成效就成為進(jìn)一步推進(jìn)我校高分子材料與工程專業(yè)發(fā)展而需要解決的首要問(wèn)題。海南大學(xué)高分子材料與工程系的高分子材料與工程專業(yè)于2013年獲批成為教育部“卓越工程師教育培養(yǎng)計(jì)劃”試點(diǎn)專業(yè)，擁有熱帶島嶼資源先進(jìn)材料教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、海南省高校高分子工藝實(shí)驗(yàn)室教學(xué)示范中心平臺(tái)和海南天然橡膠產(chǎn)業(yè)集團(tuán)股份有限公司牽頭建設(shè)的海南省先進(jìn)天然橡膠復(fù)合材料工程研究中心。在探索專業(yè)實(shí)習(xí)人才培養(yǎng)模式的過(guò)程中，我校高分子材料與工程系充分利用豐富的校內(nèi)外實(shí)習(xí)基地資源，實(shí)習(xí)基地的軟件和硬件建設(shè)齊頭并進(jìn)，初步建立了具有本專業(yè)特色的本科生實(shí)習(xí)模式，實(shí)習(xí)模式示意圖如圖1所示：

2.1 校內(nèi)實(shí)習(xí)基地與校外實(shí)習(xí)基地建設(shè)齊頭并進(jìn)

對(duì)高校學(xué)生實(shí)習(xí)不具義務(wù)的現(xiàn)實(shí)使得一些單位不愿主動(dòng)承擔(dān)專業(yè)實(shí)習(xí)工作，這也是當(dāng)前全國(guó)工科專業(yè)學(xué)生實(shí)習(xí)面臨的普通難題。海南大學(xué)高分子材料與工程系通過(guò)多年的積累，已與海南省內(nèi)近二十多家企業(yè)建立了良好的專業(yè)實(shí)習(xí)合作關(guān)系。盡管如此，由于學(xué)生在企業(yè)的單次實(shí)習(xí)時(shí)間仍然有限，所以作為企業(yè)實(shí)習(xí)的補(bǔ)充，充分利用校內(nèi)實(shí)習(xí)基地既有的檢測(cè)儀器及成型加工設(shè)備對(duì)學(xué)生進(jìn)行一定學(xué)時(shí)的前期工程實(shí)訓(xùn)顯得尤為重要。在校內(nèi)實(shí)習(xí)基地，學(xué)生們能有充分的時(shí)間動(dòng)手操作工業(yè)生產(chǎn)中常用到的設(shè)備，如擠出機(jī)、注塑機(jī)、開(kāi)煉機(jī)、密煉機(jī)、平板硫化機(jī)等，也能熟練掌握紅外光譜儀、熱分析儀、偏光顯微鏡、電子拉力試驗(yàn)機(jī)等儀器的操作規(guī)程及對(duì)企業(yè)生產(chǎn)的諸多產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行測(cè)試、表征及分析，能在遇到問(wèn)題的時(shí)候方便地查閱資料并針對(duì)問(wèn)題及時(shí)與指導(dǎo)教師進(jìn)行交流。校內(nèi)基地的實(shí)訓(xùn)為后續(xù)的校外基地實(shí)習(xí)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，這也使得學(xué)生們能迅速適應(yīng)校外基地的實(shí)習(xí)任務(wù)并得以進(jìn)行更高層次的生產(chǎn)實(shí)際操作能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

天生的市場(chǎng)敏感性使得企業(yè)對(duì)產(chǎn)品具有更完備的把握性，如果說(shuō)校內(nèi)基地的實(shí)訓(xùn)是沙盤演練，校外基地的實(shí)習(xí)則是實(shí)戰(zhàn)演習(xí)。對(duì)于校外實(shí)習(xí)基地的選擇我們遵循以下原則：（1）專業(yè)性強(qiáng)、生產(chǎn)規(guī)范并具備一定的生產(chǎn)規(guī)模；（2）有指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)習(xí)的技術(shù)實(shí)力及經(jīng)歷；（3）具有產(chǎn)學(xué)研合作的興趣及能力；（4）企業(yè)內(nèi)部及外部環(huán)境安全。高分子材料與工程系還借助多種渠道如專業(yè)教師與企業(yè)的技術(shù)合作、校友關(guān)系、橡膠及塑料行業(yè)相關(guān)協(xié)會(huì)等成功實(shí)現(xiàn)了與多家企業(yè)的專業(yè)實(shí)習(xí)對(duì)接并建立了穩(wěn)定的簽約實(shí)習(xí)基地。激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)、技術(shù)的更新?lián)Q代以及對(duì)專業(yè)知識(shí)人員的渴求使得一些具有前瞻性的企業(yè)對(duì)學(xué)生的專業(yè)實(shí)習(xí)表現(xiàn)出強(qiáng)有力的支持，甚至海南省的一些中、小型塑料行業(yè)的企業(yè)也主動(dòng)提出按技術(shù)工人待遇解決學(xué)生的食宿問(wèn)題，公司的管理者也更愿意在學(xué)生的實(shí)習(xí)活動(dòng)中發(fā)掘人才并培養(yǎng)人才。

2.2 夯實(shí)內(nèi)功，深化軟件建設(shè)

海南大學(xué)高分子材料與工程系與時(shí)俱進(jìn)，在專業(yè)實(shí)習(xí)的軟件建設(shè)上不僅對(duì)學(xué)生布置了貼切實(shí)習(xí)單位實(shí)際的新任務(wù)，而且對(duì)專業(yè)指導(dǎo)教師提出了更高的要求。作為專業(yè)實(shí)習(xí)實(shí)踐層面上的補(bǔ)充，高分子材料與工程系引進(jìn)了與實(shí)習(xí)內(nèi)容相關(guān)的仿真軟件，如從哈爾濱工業(yè)大學(xué)引進(jìn)了塑料成型工藝軟件和復(fù)合材料成型工藝軟件，在指導(dǎo)教師的講解下，學(xué)生們通過(guò)對(duì)仿真軟件中成型加工原理、工藝及設(shè)備操作等的認(rèn)知，再加上相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的視頻資料學(xué)習(xí)，學(xué)生能迅速能縮小理論與實(shí)際間的差距。

實(shí)習(xí)的整體效果很大程度上取決于準(zhǔn)備工作的充分程度。專業(yè)指導(dǎo)教師由具有豐富的指導(dǎo)實(shí)習(xí)經(jīng)驗(yàn)的老教師和有熱情及責(zé)任感的青年教師組成，共同編寫各實(shí)習(xí)點(diǎn)的實(shí)習(xí)學(xué)習(xí)手冊(cè)，通過(guò)老教師的傳幫帶，青年教師明確了在學(xué)生實(shí)習(xí)過(guò)程中自己的責(zé)任和義務(wù)，掌握了實(shí)習(xí)企業(yè)的管理及生產(chǎn)特點(diǎn)，以及必須注意的一些關(guān)鍵環(huán)節(jié)問(wèn)題。專業(yè)實(shí)習(xí)指導(dǎo)教師不但要熟悉《突發(fā)公共衛(wèi)生事件應(yīng)急條例》和《學(xué)生傷害事故處理辦法》，還要制定師生都要嚴(yán)格執(zhí)行的《師生實(shí)習(xí)期間管理辦法》。另外，赴專業(yè)實(shí)習(xí)點(diǎn)前，學(xué)生務(wù)必在《專業(yè)實(shí)習(xí)安全知情書(shū)》上簽字。

2.3 綜合全面地進(jìn)行雙向考核及評(píng)價(jià)

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)學(xué)生提出了更為全面的素質(zhì)要求，如學(xué)習(xí)能力、動(dòng)手能力、創(chuàng)新能力、人際交往能力、適應(yīng)社會(huì)能力等等。海南大學(xué)高分子材料與工程系對(duì)學(xué)生的實(shí)習(xí)考核除了實(shí)習(xí)報(bào)告和開(kāi)放式考試的固定形式外，還輔以其它形式多樣的綜合考察途徑，如是否勤學(xué)好問(wèn)，是否積極參與企業(yè)的科技創(chuàng)新研究及活動(dòng)，是否能融入企業(yè)文化、樂(lè)意參與企業(yè)的文體活動(dòng)等等。生動(dòng)活潑的實(shí)習(xí)氛圍是激發(fā)學(xué)生實(shí)習(xí)熱情的“強(qiáng)心劑”，如舉辦有師生及企業(yè)相關(guān)人員共同參與的“假如我是一名車間主任”的模擬競(jìng)選演講活動(dòng)。學(xué)生們圍繞“一個(gè)合格的車間主任所應(yīng)具備的綜合素質(zhì)”進(jìn)行闡述，不僅能站在我是企業(yè)人的角度給予實(shí)習(xí)單位在生產(chǎn)管理、技術(shù)踐行及人員調(diào)配等方面提出合理化的建議中增強(qiáng)就業(yè)自信心，還能通過(guò)企業(yè)相關(guān)負(fù)責(zé)人的點(diǎn)評(píng)認(rèn)識(shí)到自己需努力的方向。通過(guò)多形式的考核，專業(yè)指導(dǎo)教師與學(xué)生都能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從而有的放矢地進(jìn)行改進(jìn)與完善，進(jìn)而達(dá)到提高學(xué)生綜合素質(zhì)的目的；同時(shí)，企業(yè)也能更深層次地考核需要引進(jìn)的對(duì)位專業(yè)人才。另一方面，學(xué)生對(duì)課程的反饋與評(píng)價(jià)也有利于任課教師將課程改革推向深入。校教務(wù)處網(wǎng)上問(wèn)卷調(diào)查表明同學(xué)們對(duì)該課程的滿意率達(dá)到96.35%，線下問(wèn)卷調(diào)查的典型反饋與評(píng)價(jià)如表1所示：

3 總結(jié)和展望

實(shí)踐證明，我們對(duì)本專業(yè)的實(shí)習(xí)教學(xué)模式進(jìn)行的探索能卓有成效地提高學(xué)生的工程實(shí)踐能力及就業(yè)能力（2015年度該專業(yè)本科生一次性就業(yè)率達(dá)到93.24%），多年來(lái)反饋的信息表明，我校高分子材料與工程專業(yè)的畢業(yè)生普遍（下轉(zhuǎn)第51頁(yè)）（上接第49頁(yè)）為用人單位看好，未來(lái)我們將積極借鑒國(guó)內(nèi)外其它高校在實(shí)踐教學(xué)方面的辦學(xué)經(jīng)驗(yàn)，不斷完善和發(fā)展既符合我校實(shí)際又能適應(yīng)國(guó)家經(jīng)濟(jì)、科技、社會(huì)發(fā)展對(duì)高素質(zhì)人才的需求的高分子材料與工程專業(yè)實(shí)習(xí)模式。

海南省中西部高校提升綜合實(shí)力工作資金項(xiàng)目（02M4 097001004002）；海南省自然科學(xué)基金（514204）；海南大學(xué)教育教學(xué)研究項(xiàng)目（hdjy1224）

參考文獻(xiàn)

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篇5

近20年來(lái),磁性高分子微球的研究非?；钴S,已從最簡(jiǎn)單的高分子包裹磁性材料發(fā)展到多種類型的組成方式。本文根據(jù)磁性高分子微球的結(jié)構(gòu)類型將其分成三類(見(jiàn)圖1),但是,組成磁性微球的基本材料仍然是磁性物質(zhì)和高分子材料。磁性物質(zhì)包括Fe3O4、r-Fe2O3、Pt、Ni、Co等,其中Fe3O4使用最多;高分子材料包括合成高分子材料和天然高分子材料。合成高分子材料常用的有苯乙烯共聚物、聚酯類、聚酰胺類高分子;天然高分子材料常用的有明膠、白蛋白、纖維素和各種聚糖。此外,近年來(lái)有人為了電磁方面的應(yīng)用,研究了一些導(dǎo)電性的磁性高分子微球[4,5],聚吡咯、聚苯胺等導(dǎo)電聚合物也可用來(lái)制備磁性微球。磁性高分子微球的性質(zhì)不僅與組成材料的性質(zhì)有關(guān),還與制備方法有關(guān)。因此,制備方法的研究十分重要。通常不同類型的磁性高分子微球其制備方法也有所不同。

2磁性高分子微球的制備方法

2?1a型磁性高分子微球的制備方法a型磁性高分子微球是一種簡(jiǎn)單的核殼微球,其制備方法有兩種分類法:一種是根據(jù)磁性物質(zhì)與磁性微球的形成次序分,有一步法和二步法;另一種是常規(guī)分法,有包埋法和單體聚合法。這兩種分法的交叉部分在于包埋磁性物質(zhì)可采用一步法或二步法,而單體聚合包裹則大多采用二步法。

2?1?1一步法

一步法又稱共沉淀法,是指在生成磁性物質(zhì)(Fe3O4或Fe2O3)的同時(shí)產(chǎn)生磁性高分子微球的制備方法,即先將高分子物質(zhì)溶解,然后依次加入Fe2+和H2O2或FeCl2和FeCl3溶液,攪拌的同時(shí)滴加堿性溶液提高pH值,這樣磁性物質(zhì)一產(chǎn)生就被包裹形成核殼磁性高分子微球。邱廣亮[6]等采用這種方法制備了納米級(jí)磁性明膠微粒,并用于纖維素酶的固定化。一步法的優(yōu)點(diǎn)是制備方法簡(jiǎn)單,避免了制取磁流體或均勻分散磁粒子的相關(guān)處理,制得的磁性微球粒徑較小、表面積大。缺點(diǎn)是磁性微球大小不均勻、磁響應(yīng)性較弱。

2?1?2二步法

二步法通常是先制備Fe3O4微粒子(或直接購(gòu)買Fe3O4粉末),然后將其與聚合物或高分子單體溶液混合作用制得磁性高分子微球。目前制備磁性高分子微球普遍采用二步法。Emir[7]等先制取Fe3O4,接著將Fe3O4粉末和殼聚糖倒入分散劑中反應(yīng),同時(shí)加入交聯(lián)劑戊二醛,通過(guò)控制反應(yīng)條件得到無(wú)孔的粒徑在100~250μm之間的殼聚糖微球。由于一步法制得的Fe2O3-PANI復(fù)合微球室溫電導(dǎo)率和磁化率都較低,且結(jié)構(gòu)和性質(zhì)難以控制,Deng’s[4]實(shí)驗(yàn)小組經(jīng)改進(jìn),采用二步法合成了電磁性Fe3O4交聯(lián)聚苯胺復(fù)合粒子,粒徑在30~40nm之間,研究表明,控制Fe含量和摻雜程度可提高飽和磁化率與導(dǎo)電性。

2?1?3包埋法和單體聚合法

這兩種方法宮月平[8]等闡述得很全面,在此不再贅述具體的方法,只介紹最新的研究成果。在包埋過(guò)程中,采用交聯(lián)劑交聯(lián)高分子層可增加磁性微球的穩(wěn)定性,但通常化學(xué)交聯(lián)的磁性微球大小不均勻且有聚集,粒徑分布較寬且球形不規(guī)則。為了解決這些問(wèn)題,Chatterjee[9]等采用熱固化包埋法合成了人血清蛋白磁性微球,粒徑分布、球形都有所改善,微球更分散。Harris[10]等采用親水性三段式共聚物(PEO-COOH-PEO)包覆Fe3O4納米粒子得到磁性微球分散體系,研究了PEO長(zhǎng)度對(duì)微球分散穩(wěn)定性的影響。Chang[11]等將磁粒子羥基化后與甲基丙烯酸丙酯基三甲氧基硅烷連接,再與異丙基丙烯酰胺接枝共聚得到核-殼磁性高分子微球。DengY[12]等用反相微乳液聚合合成了聚丙烯酰胺磁性微球。Kondo[13]采用兩步無(wú)乳化劑乳液聚合制得熱敏性P(St-NIPAM-MAA)磁性微球。Zhang[14]用分散聚合的方法制備聚(苯乙烯-烯丙醇)磁性微球,將其與CuPc(CoCl)4反應(yīng)后得到一種具有良好光電導(dǎo)性的磁性微球。

2.2b型磁性高分子微球的制備方法

b型磁性高分子微球分為兩類見(jiàn)圖1(b1,b2),主要有兩種制備方法。

2?2?1界面沉積法

界面沉積法可用來(lái)制備b1和b2類型的磁性高分子微球。它通常是先分別制取聚合物膠體粒子和無(wú)機(jī)物粒子,通過(guò)加入電解質(zhì)、調(diào)節(jié)pH值或其他方式使聚合物膠體粒子和磁性粒子表面帶上相反性質(zhì)的電荷,由于靜電作用,兩者混合后磁性粒子被吸附在聚合物膠體粒子表面形成包覆層,得到b2型磁性微球。如果以此乳膠粒子為種子進(jìn)行乳液聚合,可制得夾心式結(jié)構(gòu)(b1型)的磁性高分子微球。SauzeddeF[15,16]實(shí)驗(yàn)組用這種方法制備了三種夾心式的親水性磁性高分子微球。由于界面沉積法制備的磁性高分子微球粒徑主要由最初的高分子微粒的大小決定,故其粒徑易于控制,大小均勻,磁一致性強(qiáng)。

2?2?2非電性沉積法

非電性沉積法也稱化學(xué)沉積法或EPS法,用于制備b2型的磁性高分子微球。具體做法是先制得表面帶功能團(tuán)的微球,在微球表面引入貴金屬離子(Pd2+),接著將金屬離子還原成0價(jià)得到活化的聚合物微球,最后化學(xué)還原過(guò)渡金屬離子使其沉淀在聚合物微球表面。這種沉積不是由靜電作用引起的,是一種非電性沉積。WangYanmei等[17]以Pd激活P(St-AA)微球,將Ni和Co沉積在其表面得到核殼型的P(St-AA)Ni和P(St-AA)Co磁性微球,他認(rèn)為化學(xué)沉積是表面功能團(tuán)引發(fā)的。這種方法制得的磁性高分子微球,粒子大小由高分子微粒的大小和過(guò)渡金屬離子的濃度決定,粒徑均勻,但微球表面不太光滑。

2?3C型磁性高分子微球制備方法

C型磁性高分子微球由溶脹法(也稱化學(xué)轉(zhuǎn)化法)制取,該法是Ugelstad在1979年創(chuàng)立的。此法通過(guò)溶脹大孔的、表面及孔內(nèi)含多種官能團(tuán)(-NO2,-OH,-CHO)的聚合物粒子,讓一定濃度的磁性金屬離子滲透到大孔中去,然后利用堿性試劑或改變溫度使金屬離子轉(zhuǎn)化為磁性氧化物,再利用交聯(lián)劑或其它方法封閉孔道。在封孔之前,可通過(guò)反復(fù)滲透和中和來(lái)調(diào)整磁含量達(dá)到所需水平。采用此法制備的磁性聚合物微球單分散性好,磁含量可控,磁均一性強(qiáng)。溶脹法是目前制備磁性聚合物微球的最好方法,已商業(yè)化,但操作程序繁瑣。張梅等[18]用此法制備出磁性較強(qiáng)、磁分布均勻的強(qiáng)酸樹(shù)脂、磁性磺化微球等?？道^超[19]也用二步溶脹法制取了單分散、大粒徑的磁性聚苯乙烯微球。除了以上介紹的制備方法,有些研究還嘗試了新的方法制備磁性高分子微球。Burke[20]在氨和聚合物分散劑存在下熱分解Fe(CO)5得到聚合物/金屬殼核納米微球。Avivi[21]等用超聲化學(xué)法制備了磁性牛血清蛋白微球,粒徑分布窄,但微球表面不光滑,有Fe2O3粒子聚集。此外,為了滿足生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用對(duì)磁性高分子微球性質(zhì)的要求,常常需要對(duì)其表面進(jìn)行修飾。這樣不僅保持了磁性高分子微球生物降解性,而且提高了強(qiáng)度,改善了球形,可用作靶向藥物的載體。

3磁性高分子微球的生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用

由于磁性高分子微球的特殊性質(zhì),使其在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛。磁性微球的高分子外殼的表面多樣性使它可以通過(guò)各種化學(xué)反應(yīng)與生物活性物質(zhì)中的配基偶聯(lián),從而識(shí)別相應(yīng)的抗原或抗體、核酸等,最后在外加磁場(chǎng)中進(jìn)行分離。正是由于磁性高分子微球的順磁性,使它在磁場(chǎng)中定向移動(dòng),達(dá)到分離或靶向的目的。

3.1固定化酶

游離酶在生物化學(xué)和生物醫(yī)學(xué)方面的應(yīng)用往往不盡人意,而將酶固定在磁性載體上則有諸多的優(yōu)勢(shì)。這是因?yàn)槊腹潭ㄔ诖判愿叻肿游⑶蛏虾?其熱穩(wěn)定性、存放穩(wěn)定性和操作穩(wěn)定性都得到提高;固定化酶再生性好,使用效率高;可用于連續(xù)生產(chǎn),降低生產(chǎn)成本;可在外加磁場(chǎng)作用下快速分離,適于大規(guī)模連續(xù)化操作。Akgo[22]用羰基二咪唑(CDI)活化的磁性聚乙烯醇微球來(lái)固定轉(zhuǎn)化酶。Arica[23]等將環(huán)六亞甲基二胺(HMDA)連接在聚異丙烯酸甲酯(PMMA)磁性微球表面,用CDI或CNBr激活后用于共價(jià)結(jié)合葡糖淀粉酶。Rittich[24]采用三氯三嗪法將脫氧核糖核酸酶固定在磁性纖維素微球和磁性聚(HEMA-EDM A)微球上,用來(lái)降解染色體和質(zhì)體DNA。BílkováZ等[2]用磁性P(HEMA-EDMA)微球的酰肼衍生物固定半乳糖氧化酶,被定向固定的酶表現(xiàn)出很高的存儲(chǔ)活性和對(duì)環(huán)境的低敏感性。磁性載體的性質(zhì)對(duì)固定化酶的應(yīng)用十分重要,它必須滿足一定的條件:①無(wú)毒;②可生物相容;③能夠提供足夠大的表面積,使酶反應(yīng)順利進(jìn)行,降低酶反應(yīng)基質(zhì)和產(chǎn)物的分散限制;④具有一定的機(jī)械強(qiáng)度。

3.2細(xì)胞分離

有效的細(xì)胞分離是臨床免疫應(yīng)用最基本最重要的一步。在磁性高分子微球表面接上具有生物活性的吸附劑或配基,然后與目標(biāo)細(xì)胞結(jié)合,加上外磁場(chǎng)將細(xì)胞分離、分類,即磁性細(xì)胞分離,是一種有效的細(xì)胞分離方法。此法具有操作簡(jiǎn)單快速、分離純度高、保留細(xì)胞活性、成本低等優(yōu)點(diǎn)。Chatterjee[25]在白蛋白磁性微球(ALBMMS)和聚苯乙烯磁性微球(PSMMS)表面接上凝血素,用來(lái)分離紅血細(xì)胞。Kacemi[26]等為了研究胎盤內(nèi)皮細(xì)胞在血管形成及血流量維持中的作用,用免疫球蛋白磁性微球從胎盤中分離出內(nèi)皮進(jìn)行分析。

3.3磁性靶向給藥

磁性靶向給藥是以磁性高分子微球?yàn)檩d體,將藥物包封在其中,吸附在高分子層或偶聯(lián)在表面,口服或注入體內(nèi),利用外加磁場(chǎng)引導(dǎo)載藥微球到病患處集中并緩慢釋放,定向作用于靶組織。定向給藥可使靶區(qū)藥物濃度高于正常組織,減少藥劑量和藥物毒副作用,提高藥效。GhassabianS[27]等將地塞米松和Fe3O4包埋于白蛋白微球中,用于治療淋巴細(xì)胞腫瘤。HafeliUO等[3]用磁性聚乳酸放射性微球靶向治療腫瘤細(xì)胞,進(jìn)行了體外和體內(nèi)放射效果研究。由于藥物載體會(huì)與藥物一起進(jìn)入人體內(nèi),而藥物載體必須不能對(duì)人體造成傷害。故用于靶向藥物的磁性高分子微球必須滿足一定要求:(1)具有生物降解性;(2)粒徑<1?4μm,以免阻塞血管,利于微球在靶區(qū)均勻分布;(3)具有一定的緩釋性;(4)具有最大的生物相容性和最小的抗原性;(5)載藥微球及其降解產(chǎn)物無(wú)毒或毒性極低。

3.4核酸(DNA)分離、提純

樣品制備的質(zhì)量,尤其是DNA分離的效果,是衡量DNA技術(shù)的基本標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)典的DNA/RNA分離方法有柱分離法和一些包括沉積、離心步驟的方法,這些方法的缺點(diǎn)是耗時(shí)多,難以自動(dòng)化,不能用于分析小體積樣品,分離不完全。使用磁性高分子微球進(jìn)行核酸分離可避免這些局限。Oster[28]使用含F(xiàn)e3O460%、非特定蛋白質(zhì)結(jié)合率低的M-PVA磁珠,從血液中分離DNA,產(chǎn)率很高。用于核酸雜化測(cè)定或含特定序列核酸的提純,可自動(dòng)操作和重復(fù)使用,產(chǎn)物純度高。除了可應(yīng)用于以上生物醫(yī)藥領(lǐng)域,磁性高分子微球還可用于生物分子識(shí)別,細(xì)胞跟蹤速度標(biāo)定,微量有機(jī)物測(cè)定等。

4展望

近年來(lái),對(duì)磁性高分子微球的研究已多見(jiàn)報(bào)道,但要使磁性高分子微球在應(yīng)用領(lǐng)域得到推廣,還需做很多深入細(xì)致的研究工作。

(1)用導(dǎo)電性聚合物包裹磁性物質(zhì)得到電磁性微球克服了導(dǎo)電聚合物機(jī)械強(qiáng)度和加工性能差的缺點(diǎn),同時(shí)兼具電導(dǎo)性和磁性,可望在電池、電磁屏蔽材料、傳感器等方面有巨大的應(yīng)用潛力。因此,電磁性高分子微球的研究是今后工作的重點(diǎn)之一。特別是要解決如何使聚合物微球即具有良好的磁響應(yīng)性又具有較好的電導(dǎo)率。有人用TiO2包裹PSt/Fe3O4磁性微球制得多層的電磁響應(yīng)性的復(fù)合微粒,其雙電常數(shù)和電導(dǎo)率處于PSt/Fe3O4微球和TiO2之間,接近TiO2[5]。所以,還可考慮采用其他導(dǎo)電物質(zhì)來(lái)制備電磁性聚合物微球。

(2)國(guó)外已有商品化磁性微球試劑盒(Dynab-eads)出售,但價(jià)格昂貴,對(duì)推廣應(yīng)用不利。因此,降低磁性高分子微球的制備成本也是今后的一個(gè)工作重點(diǎn)。

篇6

【關(guān)鍵詞】生物基聚酯，高分子材料，聚酯材料

0 前言

高分子材料是當(dāng)今世界使用廣泛的一種非金屬材料，其包含很多種類，聚酯是其中很重要的一類。由多元酸和多元醇作為單體，經(jīng)過(guò)分子間的酯化反應(yīng)而得到的、主鏈中含有酯基的高分子材料稱為聚酯。由不同單體合成的不同主鏈結(jié)構(gòu)的聚酯往往存在力學(xué)性能、化學(xué)性能的不同，由此使得聚酯材料在在工程塑料、聚酯纖維、聚酯薄膜等很多不同的方面獲得了廣泛的應(yīng)用。

聚酯材料多樣的用途決定了生活中對(duì)其產(chǎn)量的需求十分巨大，多數(shù)重要聚酯材料的單體主要來(lái)源為石油化工，例如滌綸聚酯（PET）、聚對(duì)苯二甲酸丙二醇酯（PTT）、聚碳酸酯（PC）等。在石油資源日益枯竭的今天，對(duì)石油資源的大量消耗顯然不符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展的基本國(guó)策，于是合理利用生物質(zhì)資源，通過(guò)生物化學(xué)手段獲得聚酯單體及其潛在替代品已經(jīng)成為熱門的研究方向。

1 常見(jiàn)生物基聚酯的分類

利用生物質(zhì)資源如農(nóng)作物秸稈、殘木、以及其他天然有機(jī)廢棄物通過(guò)生物化學(xué)手段獲得的可用作聚酯合成的單體稱為生物基單體，目前較為常見(jiàn)的有生物基乙二醇（EG）、乳酸、2，5呋喃二甲酸（FDCA）

1.1 脂肪族生物基聚酯

脂肪族生物基聚酯的典型代表有聚乳酸（PLA）、聚羥基脂肪酸酯（PHA）及聚丁二酸丁二醇酯（PBS）。

1.1.1 聚乳酸（PLA）

PLA是當(dāng)前使用量與生產(chǎn)量極大的一種生物基聚酯，常見(jiàn)的環(huán)保購(gòu)物袋、醫(yī)用高分子、食品包裝袋等產(chǎn)品中都有聚乳酸的身影。乳酸在哺乳動(dòng)物體內(nèi)代謝過(guò)程中即可產(chǎn)生，PLA對(duì)人體無(wú)毒無(wú)害，且在自然界十分容易降解形成CO2和水。目前關(guān)于PLA的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)比較成熟，特定催化劑的應(yīng)用使得工業(yè)上通過(guò)直接酯化的方法即可合成高分子量的PLA。未來(lái)大力發(fā)展PLA產(chǎn)業(yè)不僅有利于合理利用我國(guó)豐富的生物質(zhì)資源，更會(huì)極大的改善環(huán)境，走可持續(xù)發(fā)展之路。

1.1.2 聚羥基脂肪酸酯（PHA）

PHA是聚羥基脂肪酸酯的統(tǒng)稱，其具有良好的生物相容性，對(duì)環(huán)境十分友好，且與PLA相似，可用于包裝、醫(yī)用高分子等多種用途[1，2]。PHA可使用的單體多種多樣，目前已知的有200多種，使用不同的單體反應(yīng)可以制得許多種類的PHA，例如聚羥基丙酸酯（PHP）、聚羥基戊酸酯（PHV）、不同單體的嵌段共聚物等。

1.1.3 聚丁二酸丁二醇酯（PBS）

PBS同上文兩類聚酯一樣具有良好的生物相容性、生物降解性。從結(jié)構(gòu)上看，其制備所需的兩種單體為：丁二酸、丁二醇。目前這兩類單體均可由生物技術(shù)制得，符合我國(guó)政府關(guān)于合理利用生物質(zhì)資源的要求。值得注意的是合成PBS的過(guò)程中，在縮聚階段溫度不可過(guò)高，否則易導(dǎo)致聚酯的降解變色問(wèn)題。當(dāng)前良好的工藝合成的PBS常用在生物醫(yī)藥領(lǐng)域，因?yàn)槠渑cPE的力學(xué)性能相似，有較低的熔點(diǎn)并有較高的斷裂伸長(zhǎng)率，其可加工性能、耐水性以及熱穩(wěn)定性均表現(xiàn)良好[3，4]。

1.2 PTA生物聚酯

PTA生物聚酯即以對(duì)苯二甲酸（PTA）為二酸單體，以生物基二（多）元醇為另一種單體縮聚而成的聚酯，當(dāng)前對(duì)于PTA而言尚且無(wú)法通過(guò)生物化學(xué)手段制得可直接用于縮聚的高純PTA，其主要來(lái)源仍然是石油化工，然而一些二元醇單體例如生物基EG，生物基PDO等均可利用生物化學(xué)手段獲得。

利用生物基EG與PTA合成的生物基PET已經(jīng)較為成熟，生物基EG在成分中有微量的其他醇類雜質(zhì)，其合成產(chǎn)品的性能雖然在模量、斷裂伸長(zhǎng)率等方面略遜于石油基PET，但其吸濕率和纖維比電阻獲得了可喜的改變[5]。與之類似的生物基PTT也有較為充分的研究，PTT纖維被證明是性能十分優(yōu)良的服裝纖維。生物基多元醇的生產(chǎn)，無(wú)疑也在一定程度上緩解了石油化工生產(chǎn)多元醇的壓力。

1.3 2，5-呋喃二甲酸基聚酯

2，5-呋喃二甲酸（FDCA）是當(dāng)前研究中比較熱門的一類生物基聚酯單體，秸稈等生物質(zhì)資源均可用于合成FDCA。由于FDCA中存在著共軛雙鍵結(jié)構(gòu)，與PTA均為環(huán)狀結(jié)構(gòu)且都含有兩個(gè)羧基，F(xiàn)DCA被認(rèn)為是潛在的可以替代石油基PTA的一類單體，事實(shí)也證明實(shí)驗(yàn)室中合成的聚2，5-呋喃二甲酸乙二醇酯（PEF）、聚2，5-呋喃二甲酸丙二醇酯（PTF）等與PET、PTT等聚酯在性能上有一定的相似性并有優(yōu)于傳統(tǒng)PTA類聚酯的性能，例如PEF做成的瓶子被證明有優(yōu)于PET瓶11倍的氧阻隔能力、19倍的CO2阻隔能力、1.6倍的拉伸模量，生產(chǎn)過(guò)程中也將排放更少的CO2，使用更少的不可再生資源[6]。當(dāng)前由于FDCA的產(chǎn)業(yè)化以及PEF加工中的降解等問(wèn)題，關(guān)于PEF的研究仍然在實(shí)驗(yàn)室規(guī)模進(jìn)行中，尚未進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化。

2 生物基聚酯常用的制備方法

生物基聚酯的制備方法與普通聚酯的制備方法相似，常用的方法為直接酯化法與酯交換法，界面縮聚、溶液縮聚等也在一些情況下有所使用。

通常而言，直接酯化法由于操作簡(jiǎn)單被首先考慮，然而直接酯化法對(duì)于原料單體的純度有很高的要求，產(chǎn)物純度不足時(shí)常需要使用擴(kuò)鏈等方法來(lái)增加產(chǎn)物的分子量來(lái)提升其性能。與此同時(shí)，由于多種生物基單體在高溫下可能存在降解問(wèn)題，例如FDCA等，需要選擇合適的催化劑來(lái)降低酯化和縮聚兩步操作時(shí)的活化能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在單體降解之前的某個(gè)溫度下完成聚酯的合成。

酯交換法雖然操作上不如直接酯化的方法直接，但是其在單體難提純時(shí)有顯著的優(yōu)勢(shì)，不僅可以用作提純單體的方法，更可以在單體純度不足時(shí)獲得比直接酯化法分子量更高的聚酯。在PEF合成的早期，由于FDCA的提純方法尚不成熟，酯交換法被一些日本學(xué)者作為制備高分子量PEF的有效方法[7]。

總之，在諸多聚合方法的選擇中，需要根據(jù)單體的純度、單體的熱穩(wěn)定性、產(chǎn)物的提純與分離、產(chǎn)業(yè)化成本等因素綜合考慮，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究對(duì)比來(lái)選擇最優(yōu)的合成方法。

3 生物基聚酯存在的問(wèn)題

生物基聚酯盡管是環(huán)境友好的聚酯產(chǎn)品且前景大好，然而對(duì)其使用，仍然存在著一些方面的問(wèn)題需要解決。

首先，生物基聚酯的翁逋ü生物化學(xué)技術(shù)獲得，盡管原料成本相對(duì)低廉，但是生產(chǎn)的工藝流程以及提純分離的過(guò)程往往較為復(fù)雜，這就決定了很多生物基單體的成本會(huì)在一定程度上高于石油基單體，進(jìn)而增加了產(chǎn)品的成本。

其次，生物化學(xué)手段獲得的生物基單體本身就會(huì)存在一定程度的性能不穩(wěn)定問(wèn)題，不同的工藝、不同的提純手段甚至于不同的原料來(lái)源都會(huì)導(dǎo)致所獲得單體性能以及純度的不同。這些問(wèn)題的存在致使現(xiàn)階段不得不對(duì)同一種生物聚酯的不同批次的合成路線做出部分反應(yīng)條件的調(diào)整，使得新開(kāi)發(fā)生物基聚酯產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化受限。

最后，部分生物基單體本身的熱穩(wěn)定性不如石油基單體，聚酯產(chǎn)品的性能也有待改善。例如當(dāng)前尚未工業(yè)化的PEF，雖然有很大潛能替代PET，但其單體FDCA的熱穩(wěn)定性制約著其加工以及合成；例如聚乳酸購(gòu)物袋的易破碎問(wèn)題，致使當(dāng)前不得不通過(guò)共混一些其他高分子材料來(lái)增加其強(qiáng)度。

4 產(chǎn)品存在問(wèn)題的解決方案

生物基聚酯產(chǎn)品的合成過(guò)程中，催化劑的選擇至關(guān)重要，尤其對(duì)于用到熱穩(wěn)定性差的生物基單體時(shí)，需要通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)探索最佳催化劑以降低酯化、縮聚反應(yīng)的溫度至分解溫度以下。特定催化劑的選擇與反應(yīng)條件的摸索將成為特定聚酯生產(chǎn)工藝中的關(guān)鍵。

對(duì)于原料單體的純度問(wèn)題，酯交換法雖然在一定程度上避免了單體純度不夠而不能直接酯化的問(wèn)題，然而對(duì)于原料的提純分離方法的探究不能停止，例如前文提到的日本學(xué)者雖然利用酯交換法合成了較高分子量的PEF，但是其也在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到了產(chǎn)物降解變色的問(wèn)題[7]。單體提純問(wèn)題的解決，將會(huì)大大有利于的穩(wěn)定以及生產(chǎn)工藝的確定。

關(guān)于產(chǎn)物的性能，這無(wú)疑是消費(fèi)者最關(guān)注的一方面，聚乳酸塑料袋使用前期存在強(qiáng)度差的問(wèn)題在與其他高分子共混之后得到了有效的解決。對(duì)于某些特定需求的聚酯，為了改善其性能也可以通過(guò)與其他單體共聚的方法，起到類似于共混的效果，進(jìn)而改善聚酯材料某方面的特定性能。由此可見(jiàn)，在各類生物基聚酯產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)過(guò)程之中，性能的提高需要多方面的實(shí)驗(yàn)研究，最終才能推向產(chǎn)業(yè)化。

5 結(jié)論與展望

生物基聚酯是非常有前景的聚酯材料，生物基單體的獲得充分利用了國(guó)內(nèi)豐富的生物質(zhì)資源，提供了更好地解決廢棄天然有機(jī)物的方法，而可降解生物基聚酯的使用符合我國(guó)政府科學(xué)發(fā)展的理念，符合我國(guó)環(huán)境友好經(jīng)濟(jì)的要求。未來(lái)對(duì)于生物基聚酯的應(yīng)用與開(kāi)發(fā)也必將獲得國(guó)家的大力支持，也必將獲得國(guó)際上對(duì)于中國(guó)綠色環(huán)保可持續(xù)發(fā)展的認(rèn)同。

對(duì)于當(dāng)前已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化的生物聚酯，仍然需要進(jìn)一步研究降低其生產(chǎn)成本的辦法，從而減輕政府補(bǔ)貼該類產(chǎn)品所產(chǎn)生的壓力；對(duì)于尚未產(chǎn)業(yè)化的聚酯產(chǎn)品，我們要樹(shù)立對(duì)國(guó)內(nèi)科研團(tuán)隊(duì)的信心，看到國(guó)內(nèi)產(chǎn)品研發(fā)的優(yōu)勢(shì)。當(dāng)前我國(guó)國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的FDCA在純度與成本方面均優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品，聚乳酸等一系列具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的可降解生物基聚酯產(chǎn)品也已經(jīng)得到推廣和使用，我們有理由相信未來(lái)我國(guó)將牢牢把握住生物基聚酯發(fā)展的大好機(jī)會(huì)，不斷實(shí)現(xiàn)生物基聚酯產(chǎn)業(yè)的重大突破。

【參考文獻(xiàn)】

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[4]Li H， Chang J， Cao A， et al. In vitro evaluation of biodegradable poly（butylene succinate） as a novel biomaterial[J].Macromolecular Bioscience. 2005， 5（5）： 433-440.

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篇7

關(guān)鍵詞：可降解塑料 光降解 生物降解 光-生物降解塑料

引言

塑料這種材料已經(jīng)廣泛應(yīng)用到國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門以及人民日常生活等各個(gè)領(lǐng)域。但是塑料這種材料在自然環(huán)境中難以降解，隨著其用途的擴(kuò)大，帶來(lái)產(chǎn)量的增加，因此導(dǎo)致了嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題。傳統(tǒng)的處理技術(shù)（焚燒、掩埋等）存在一定的缺陷，回收利用也存在著局限性，而且這些處理方式都不能從根本上解決問(wèn)題。因此開(kāi)發(fā)可降解塑料來(lái)解決廢棄物難以處理的問(wèn)題是一個(gè)重要的課題。

一、可降解塑料的定義

可降解塑料雖然至今在世界上沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)化定義，但是美國(guó)材料試驗(yàn)協(xié)會(huì)（ASTM）在通過(guò)研究相關(guān)術(shù)語(yǔ)的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其定義：在特定的環(huán)境下，其化學(xué)機(jī)構(gòu)發(fā)生明顯變化，并用標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試方法能測(cè)定其物質(zhì)性能變化的塑料。這個(gè)定義基本上與降解和裂化的定義相一致。

二、降解塑料的分類及降解機(jī)理

1.光降解塑料

光降解塑料包括合成型也叫共聚型、添加型兩種，該種塑料在日照下會(huì)受到光氧作用并吸收光能，光能主要為紫外光能，因此而發(fā)生自由基氧化鏈反應(yīng)以及光引發(fā)斷鏈反應(yīng)，從而降解成對(duì)環(huán)境安全無(wú)害的低分子量化合物。

其中通過(guò)共聚反應(yīng)在高分子主鏈引入感光基因而得到光降解特性的為合成型降解塑料，這種塑料通過(guò)調(diào)節(jié)感光基因含量來(lái)控制其光降解活性。目前某些可用于包裝袋、容器、農(nóng)膜等范圍的乙烯―CO共聚物和乙烯―乙烯酮共聚物已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。通過(guò)將光敏助劑添加到高分子材料中而制造成的為添加型高分子光降解材料，這種類型的塑料其降解原理為光敏劑會(huì)受到紫外光的誘導(dǎo)，將它添加到塑料中可以引發(fā)并加速塑料的光氧化。光敏劑在光的作用下可離解成為具有活性的自由基，因此該類型塑料的光降解特性是由光敏劑的種類、用量和組成決定的。

降解塑料向深層發(fā)展的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)是可控光降解塑料，它在具備光降解的特性的同時(shí)，還應(yīng)該具備特定的光降解行為。它被要求能控制誘導(dǎo)期內(nèi)力學(xué)性能，并保持該性能在80%以上。因此要達(dá)到這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)就必須對(duì)光敏劑的使用有更高的要求，在光敏劑可控制光氧化曲線的同時(shí)，也要注重控制光氧化的時(shí)間。

2.生物降解塑料

在自然界中受細(xì)菌、霉菌等微生物作用而降解的塑料為微生物降解塑料，該類型塑料的種類有部分生物降解型、完全生物降解型、化學(xué)合成型、天然高分子型、摻混型、微生物合成型和轉(zhuǎn)基因生物生產(chǎn)型。

在微生物作用下能完全分解成CO2和H2O的為最理想的生物降解塑料，通過(guò)研究可發(fā)現(xiàn)，酶在塑料水解、氧化的過(guò)程中發(fā)揮著極其重要的作用，是生物降解的實(shí)質(zhì)。酶會(huì)導(dǎo)致主鏈斷裂，從而相應(yīng)的降低相對(duì)分子質(zhì)量，使其失去機(jī)械性能，以便于微生物對(duì)其更容易的攝取。

生物降解必須滿足三個(gè)條件，經(jīng)歷三個(gè)階段。

條件為：微生物（真菌、細(xì)菌、放射菌）的存在。

擁有氧氣，并要求一定的濕度，還要有無(wú)機(jī)物培養(yǎng)基的存在。

適宜的溫度范圍為20～60攝氏度，PH范圍在5～8之間。

三個(gè)階段為：

初級(jí)生物降解――在微生物作用下，塑料等化合物的分子化結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使原材料分子的完整性被破壞。

環(huán)境容許的生物降解――原材料中的毒性可以被去除，以及人們所不希望的特性的降解作用同樣可以除去。

最終生物降解――塑料通過(guò)生物降解，被同化成微生物的一部分。生物降解過(guò)程中主要的三種物理化學(xué)反應(yīng)：

物理作用――微生物細(xì)胞生長(zhǎng)在對(duì)塑料的機(jī)械破壞中起著重要作用。

化學(xué)作用――微生物在破壞中會(huì)產(chǎn)生某些化學(xué)物質(zhì)，起到化學(xué)作用。

酶直接作用――本質(zhì)為蛋白質(zhì)的酶，含有20多種氨基酸，它們能降低被吸附塑料分子和氧分子的反應(yīng)活化能，以此來(lái)加速塑料的生物分解。

3.光-生物降解塑料

顧名思義，這種塑料兼具生物和光雙重降解功能，使得其達(dá)到完全降解的目的。光降解高分子材料有兩種：淀粉型和非淀粉型，其中較為普遍的是采用高分子的天然淀粉作為生物降解助劑。這種在高分子材料中同時(shí)添加自動(dòng)氧化劑、光敏劑以及生物降解助劑等作為配置方法，來(lái)達(dá)到光-生物降解的復(fù)合效果。含有多種化學(xué)物質(zhì)而形成的非淀粉型光和生物降解體系已廣泛應(yīng)用于吹塑制成可控降解地膜，在應(yīng)用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該薄膜不僅具備保溫、保濕和力學(xué)性能，還具備可控性好、誘導(dǎo)期穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。

目前，光-生物降解塑料處理工藝的關(guān)鍵是淀粉的細(xì)化很熱結(jié)構(gòu)水的脫除，處理設(shè)備復(fù)雜，因此產(chǎn)品的質(zhì)量難以控制。由于其設(shè)備的投資需要的資金大，復(fù)雜的工藝以及缺少該方面的人才技術(shù)人員，導(dǎo)致其市場(chǎng)化、產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展步履維艱。

總結(jié)：

近年來(lái)在國(guó)內(nèi)外，可降解塑料的開(kāi)發(fā)與研究已取得了一定進(jìn)展，但是其技術(shù)有待進(jìn)一步優(yōu)化，工藝需要不斷完善，市場(chǎng)化的推廣也要加大力度，采取有效措施降低成本、拓寬用途、提高性能等。更要注意的是降解塑料在世界上沒(méi)有統(tǒng)一的定義，也缺乏確切的評(píng)價(jià)，識(shí)別標(biāo)志、產(chǎn)品檢測(cè)沒(méi)有完整的體系導(dǎo)致市場(chǎng)混亂。

從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展的角度看，當(dāng)代人們的環(huán)保意識(shí)不斷加強(qiáng)，降解塑料的市場(chǎng)化是一種必然的趨勢(shì)。當(dāng)前相對(duì)較成熟的是光降解塑料技術(shù)，生物降解技術(shù)由于其處在發(fā)展階段，因此是開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，光-生物降解技術(shù)則是主要開(kāi)發(fā)方向之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]裴曉林；應(yīng)用基因組改組技術(shù)選育L-乳酸高產(chǎn)菌株及其發(fā)酵工藝研究[D]；吉林大學(xué)；2007年.

篇8

關(guān)鍵詞 現(xiàn)代高效節(jié)水農(nóng)業(yè)；節(jié)水技術(shù)；研究進(jìn)展

中圖分類號(hào) S27 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（2013）16-0199-01

水資源是基礎(chǔ)性的自然資源和重要的戰(zhàn)略資源。我國(guó)水資源嚴(yán)重短缺，水資源供需矛盾突出。作為用水大戶，近年來(lái)農(nóng)業(yè)用水量約占經(jīng)濟(jì)社會(huì)用水總量的62%，部分地區(qū)高達(dá)90%以上，農(nóng)業(yè)用水效率不高，節(jié)水潛力很大。大力發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水，是促進(jìn)水資源可持續(xù)利用、保障糧食安全、加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的重要舉措[1]。該文闡述現(xiàn)代高效節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究進(jìn)展，并對(duì)未來(lái)節(jié)水農(nóng)業(yè)進(jìn)行展望。

1 現(xiàn)代高效節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)研究進(jìn)展

傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)已不適應(yīng)現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展，現(xiàn)代節(jié)水高效農(nóng)業(yè)技術(shù)是在傳統(tǒng)節(jié)水技術(shù)上發(fā)展的。而隨著科技的發(fā)展，生物技術(shù)、電子信息技術(shù)、高分子材料技術(shù)等技術(shù)的應(yīng)用使現(xiàn)代節(jié)水技術(shù)更純熟。

1.1 生物節(jié)水技術(shù)

生物節(jié)水技術(shù)種類繁多，包括利用生物技術(shù)培育節(jié)水抗旱作物及采用RDI調(diào)虧灌溉、ARDI分根區(qū)交替灌溉、PRD部分根干燥的以植物生理需水調(diào)控為基礎(chǔ)的非充分灌溉技術(shù)等。這些節(jié)水技術(shù)既可明顯提高作物的水分利用效率，也可抗旱、殺蟲(chóng)防病，已在美國(guó)、加拿大、以色列、澳大利亞等推廣應(yīng)用，我國(guó)部分地區(qū)也有應(yīng)用。這些技術(shù)在大量減少灌溉用水量、降低水分蒸騰時(shí)，并沒(méi)有降低作物產(chǎn)量[2]。

1.2 農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)

農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)包括農(nóng)田保水蓄水、合理節(jié)水耕作與栽培、適水種植、水肥耦合、抗旱作物品種選育、作物合理布局、培肥地力等技術(shù)，是利用耕作、覆蓋措施和化學(xué)制劑進(jìn)行調(diào)控，達(dá)到節(jié)水高產(chǎn)的目的[3]。研究表明，采用合理耕作、水肥耦合、化學(xué)制劑調(diào)控等措施可節(jié)水30%。農(nóng)藝節(jié)水技術(shù)具有保土保肥保溫、調(diào)節(jié)田間小氣候、灌水均勻、改善土壤結(jié)構(gòu)、減少病蟲(chóng)害等優(yōu)點(diǎn)，可使作物增產(chǎn)20% 以上。在干旱和半干旱地區(qū)，通過(guò)修建水庫(kù)、池塘、水窖等水利工程，再結(jié)合深松深耕、以肥調(diào)水、合理控制作物群體種植密度等農(nóng)藝措施，可確保作物的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，并保證作物的品質(zhì)[3]。

1.3 工程節(jié)水技術(shù)

工程節(jié)水技術(shù)是結(jié)合了最新技術(shù)的一種節(jié)水技術(shù)，包括高分子技術(shù)、信息技術(shù)、現(xiàn)代高新科技等，以減少灌溉時(shí)出現(xiàn)的水量損失。工程節(jié)水技術(shù)就是運(yùn)用現(xiàn)代高新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)技術(shù)和產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)改造，創(chuàng)制出多功能、低能耗、智能化、環(huán)?；墓?jié)水灌溉系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)精量灌溉節(jié)水。為了減少農(nóng)田輸水系統(tǒng)水量損失，許多國(guó)家采用機(jī)械化技術(shù)與信息技術(shù)相結(jié)合，采用管網(wǎng)化的灌溉輸水系統(tǒng)，將高分子材料應(yīng)用于渠道防滲系統(tǒng)，研究出具有防滲、抗凍脹性能的復(fù)合襯砌的工程結(jié)構(gòu)，開(kāi)發(fā)出高性能、低成本的新型土壤固化劑和固化土復(fù)合材料，并利用工程技術(shù)對(duì)雨水、污水、咸水、大氣水等非常規(guī)水的開(kāi)發(fā)利用。

1.4 水管理節(jié)水技術(shù)

水管理節(jié)水技術(shù)就是利用3S技術(shù)、智能技術(shù)、信息技術(shù)等，對(duì)作物進(jìn)行水分監(jiān)測(cè)與信息采集，對(duì)作物生長(zhǎng)進(jìn)行決策模擬，對(duì)農(nóng)田信息實(shí)時(shí)采集，實(shí)現(xiàn)灌溉用水管理的現(xiàn)代化、高效化和自動(dòng)化，滿足對(duì)灌溉系統(tǒng)管理的靈活、精準(zhǔn)和快捷的要求，以提高水的利用效率[4]。利用水管理節(jié)水技術(shù)，在灌區(qū)采用多種水源進(jìn)行灌溉，如利用經(jīng)處理達(dá)標(biāo)的工業(yè)廢水灌溉、咸水淡化灌溉、收集雨水灌溉等，合理利用和配置灌區(qū)的土壤水、地表水和地下水，最大限度地利用灌區(qū)的一切水資源，既滿足作物對(duì)水的要求，也能達(dá)到節(jié)水的目的。

2 對(duì)現(xiàn)代高效節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的展望

現(xiàn)代高效節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)是傳統(tǒng)節(jié)水技術(shù)與高新技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，具有多學(xué)科交叉、多技術(shù)融合滲透的特點(diǎn)，如涉及作物學(xué)、生物學(xué)、水利工程學(xué)、土壤學(xué)、材料學(xué)、遺傳學(xué)、數(shù)學(xué)和化學(xué)等學(xué)科，利用水利、農(nóng)藝、高分子材料、信息、計(jì)算機(jī)、化工、生物工程技術(shù)等多，以實(shí)現(xiàn)水資源高效利用。

在現(xiàn)代高效節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究中，借助土壤水動(dòng)力學(xué)和植物生理學(xué)的理論、現(xiàn)代數(shù)學(xué)方法及計(jì)算模型等，通過(guò)對(duì)“土壤—植物—大氣”中水分和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化過(guò)程的定量研究，制定符合農(nóng)田情況的水肥調(diào)控機(jī)制，使現(xiàn)代高效節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)成為一門理論基礎(chǔ)和定量方法相結(jié)合的嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)。

在今后高效節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的研究中，應(yīng)對(duì)如作物高效用水與生理調(diào)控、作物需水信息采集與精準(zhǔn)灌溉、農(nóng)田水肥調(diào)控與作物高效節(jié)水栽培等前沿技術(shù)開(kāi)展創(chuàng)新性研究，并繼續(xù)重點(diǎn)研究如田間節(jié)水灌溉、灌溉系統(tǒng)監(jiān)控與調(diào)配、農(nóng)藝節(jié)水、新型節(jié)水材料與產(chǎn)品、水源開(kāi)發(fā)與高效利用等現(xiàn)代高效節(jié)水農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)，建立適合國(guó)情的現(xiàn)代高效節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系，從而更有力地促進(jìn)農(nóng)業(yè)水資源的高效合理利用。

3 參考文獻(xiàn)

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篇9

摘要：

介紹了熔融沉積成型（FDM）原理及所需材料要求，詳細(xì)闡述了國(guó)內(nèi)外FDM用丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料、聚乳酸、聚碳酸酯的研究進(jìn)展，展望了其發(fā)展前景。

關(guān)鍵詞：

熔融沉積成型；ABS；聚乳酸；聚碳酸酯

3D打印是一種以設(shè)計(jì)的3D模型為基礎(chǔ)，利用打印設(shè)備逐層增加材料來(lái)構(gòu)造三維實(shí)物的快速成型技術(shù)[1]。它集成了CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)）/CAM（計(jì)算機(jī)輔助制造）、機(jī)電控制和材料科學(xué)等方面的技術(shù)，被譽(yù)為“第三次工業(yè)革命”的核心技術(shù)。目前比較成熟的快速成型工藝有：光固化立體造型、疊層實(shí)體制造、選擇性激光燒結(jié)、熔融沉積成型。與其他快速成型工藝相比，F(xiàn)DM操作簡(jiǎn)便，安全無(wú)毒，成型效率高，成型設(shè)備價(jià)格低，發(fā)展極為迅速。目前FDM系統(tǒng)在全世界已使用的快速成型系統(tǒng)中約占1/3。材料是熔融沉積成型的重要基礎(chǔ)，具有可黏合性的高分子材料是FDM工藝最常用的材料，它的發(fā)展速度制約熔融沉積成型的進(jìn)一步發(fā)展。本文重點(diǎn)介紹了丙烯腈–丁二烯–苯乙烯塑料、聚乳酸、聚碳酸酯3類高分子材料用于FDM工藝的研究進(jìn)展，為熔融沉積成型進(jìn)一步發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。

1FDM工藝概述

1.1FDM工藝工作原理

首先用加熱裝置將絲狀（直徑約2mm）熱塑性材料加熱熔化，給材料合適的壓力將熔融態(tài)材料從微細(xì)噴嘴（直徑一般為0.2~0.6mm[2]）中擠出，噴頭根據(jù)計(jì)算機(jī)設(shè)定的模型截面信息運(yùn)動(dòng)，將擠壓出的熔融態(tài)絲材涂覆在工作臺(tái)的制件基座的指定位置，并快速冷卻固化，一個(gè)層面沉積完成后，工作臺(tái)按設(shè)定的增量下降一個(gè)層的厚度，再繼續(xù)熔融沉積，循環(huán)往復(fù)，直至完成整個(gè)實(shí)體制造。

1.2FDM材料的性能要求

根據(jù)FDM工藝原理及特點(diǎn)，所用高分子材料應(yīng)滿足以下性能要求[3–5]：①材料的制絲要求高分子材料在使用前，要經(jīng)螺桿擠出機(jī)加工成直徑約2mm的單絲，因此材料必須能夠擠出成型。單絲要求表面光澤、直徑均勻、內(nèi)部無(wú)中空，在常溫下應(yīng)具有良好的柔韌性，不會(huì)被輕易折斷。②材料的收縮率線材經(jīng)熔融擠出后在工作臺(tái)上快速固化，但若成型材料收縮率大，固化時(shí)的體積收縮就會(huì)在制品中產(chǎn)生更大的內(nèi)應(yīng)力，進(jìn)而使制品翹曲變形，甚至導(dǎo)致制品開(kāi)裂，以至成形失敗。材料的收縮率是影響制品外形質(zhì)量最重要的因素之一，F(xiàn)DM工藝要求成型材料的收縮率越小越好。③材料的機(jī)械性能絲狀進(jìn)料方式要求料絲具有較好的力學(xué)性能，這樣在摩擦輪的牽引和驅(qū)動(dòng)力作用下才不會(huì)發(fā)生斷絲和彎曲現(xiàn)象。由于料絲在加熱裝置內(nèi)還起到活塞推進(jìn)作用，為提高其抗失穩(wěn)性能，料絲必須具有足夠的彈性模量。④材料的流動(dòng)性為將熔融態(tài)的絲材從噴嘴中順利擠出，要求所用材料在熔融態(tài)時(shí)具有較好的流動(dòng)性。流動(dòng)性差的材料產(chǎn)生的阻力大，難以擠出；流動(dòng)性太好的材料擠出后難以控制，發(fā)生流涎，并造成每一次循環(huán)的起始與停止時(shí)，擠出物料不均勻。

2FDM用高分子材料研究進(jìn)展

2.1ABS

ABS是目前使用最多、應(yīng)用最早的高分子打印線材。它綜合了丁二烯、苯乙烯和丙烯腈各自的優(yōu)良性能，具有良好的力學(xué)性能，易加工，廣泛應(yīng)用于汽車、紡織、電子電器和建筑等領(lǐng)域[6]。但ABS也存在一些缺點(diǎn)：較大的收縮率，制品易收縮變形，易發(fā)生層間剝離及翹曲等現(xiàn)象；耐熱變形性較差；打印過(guò)程中有異味產(chǎn)生。為改善ABS打印的成型質(zhì)量，國(guó)內(nèi)外學(xué)者在ABS改性方面做了很多工作。

2.1.1國(guó)外

M.L.Shofner等[7]用VGCFs（氣相生長(zhǎng)碳纖維）填充ABS，制備用于FDM工藝的復(fù)合材料，研究了填充VGCFs對(duì)ABS機(jī)械性能的影響。結(jié)果表明，加入VGCFs能提高ABS的拉伸強(qiáng)度和模量，但是流動(dòng)性會(huì)變差。美國(guó)的Stratasys是世界上最大的3D打印材料公司，它新推出了一款A(yù)BS材料ABS–M30i。與標(biāo)準(zhǔn)的StratasysABS相比，ABS–M30i的力學(xué)性能有較大的提高，并且層間黏合強(qiáng)度大幅提升，擴(kuò)大了ABS的應(yīng)用范圍[8]。Stratasys公司的第2代數(shù)碼ABS2，這種新型材料可通過(guò)FDM技術(shù)制備薄壁電子器件，且具有良好的熱穩(wěn)定性和尺寸穩(wěn)定性[9]。美國(guó)3DXTech公司利用多壁碳納米管對(duì)純ABS樹(shù)脂進(jìn)行改性，制備出新型FDM用ABS材料——3DXNanoESD，可用于打印汽車、電子器件用關(guān)鍵零件，以及需要靜電放電（ESD）保護(hù)的器件。

2.1.2國(guó)內(nèi)

仲偉虹等[10]利用短切玻璃纖維對(duì)ABS進(jìn)行改性，研究了短切玻璃纖維含量對(duì)ABS機(jī)械性能的影響。結(jié)果表明，加入短切玻璃纖維，ABS材料的收縮率變小，解決了ABS制品易收縮變形的問(wèn)題，同時(shí)材料強(qiáng)度、硬度大幅提升，但會(huì)使材料韌性變差。加入增韌劑和增容劑很好地解決了這一問(wèn)題，提高了ABS復(fù)合材料的韌性，從而使短切玻璃纖維改性的ABS材料適合于FDM工藝。方祿輝等[11]將ABS與熱塑材料苯乙烯–丁二烯–苯乙烯共聚物（SBS）進(jìn)行熔融共混，制備用于FDM工藝的功能材料，研究了SBS結(jié)構(gòu)及其含量對(duì)ABS/SBS共混物各性能的影響。結(jié)果表明，加入熱塑材料SBS，ABS的流動(dòng)性明顯提高，韌性變好，低頻下熔體強(qiáng)度高，對(duì)剪切頻率依賴變?nèi)?，較好地適用于FDM工藝對(duì)ABS材料流動(dòng)性和力學(xué)性能的要求。聶富強(qiáng)等[12]發(fā)明并公布了一種ABS線材的制備方法。首先將聚丁二烯橡膠剪碎溶在苯乙烯中，然后加入丙烯腈單體和稀釋劑后攪拌成均相，再加入引發(fā)劑，在一定溫度下連續(xù)本體聚合后獲得可用于FDM工藝的ABS。利用優(yōu)化后的制備方法成功制備了ABS，且制備的ABS耐熱性好、抗沖擊強(qiáng)度高。黃旭輝等[13]公開(kāi)了一種3D打印用ABS材料，材料為核殼結(jié)構(gòu)，核體為改性的ABS材料，殼體為聚砜（PSF）材料。通過(guò)將材料制備成核殼結(jié)構(gòu)，材料同時(shí)具有ABS的高韌性和PSF的高耐熱性和成型收縮率小等優(yōu)勢(shì)，取長(zhǎng)補(bǔ)短。在ABS材料內(nèi)添加抗沖擊改性劑來(lái)增強(qiáng)材料的彎曲強(qiáng)度和壓縮強(qiáng)度，改善力學(xué)性能；利用小粒度的碳纖維增強(qiáng)材料包裹有機(jī)倍半硅氧烷增加材料之間的界面，更好地結(jié)合ABS材料與PSF材料，解決了復(fù)合材料界面結(jié)合力較弱的問(wèn)題，擴(kuò)大了ABS材料的使用范圍。

2.2聚乳酸

聚乳酸是以玉米或甘蔗為原料，經(jīng)過(guò)發(fā)酵制成乳酸，最終轉(zhuǎn)化為聚乳酸[14]。聚乳酸具有良好的光澤性、延展性、降解性、生物相容性，打印的制品硬度好，色彩鮮艷，透明富有光澤，外觀細(xì)膩，打印過(guò)程中不產(chǎn)生難聞氣味，是3D打印最好的原材料[15]。聚乳酸的缺點(diǎn)也同樣明顯，其韌性和抗沖擊強(qiáng)度較差，打印制品脆性大，強(qiáng)度較低，尺寸穩(wěn)定性差，不能抵抗溫度變化，當(dāng)溫度超過(guò)50℃就會(huì)變形，限制了其使用范圍[16–18]。為此，國(guó)內(nèi)外學(xué)者做了很多工作來(lái)改善聚乳酸的性能。

2.2.1國(guó)外

D.Drummer等[19]將磷酸鈣與聚乳酸復(fù)合，通過(guò)FDM技術(shù)制備組織工程和頜面外科用材料，研究了噴嘴溫度對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明，噴嘴溫度為225℃時(shí)，復(fù)合材料的模量為3122N/mm2，力學(xué)性能最好，而溫度為235℃時(shí)，所得復(fù)合材料具有最低的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長(zhǎng)率。德國(guó)FKuRKunststoff公司與荷蘭Helian公司合作，制備出用于FDM的高性能PLA材料，該材料通過(guò)加入天然纖維來(lái)提高PLA的強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性。荷蘭Colorfabb公司最近開(kāi)發(fā)出兩款新型PLA材料，具有木質(zhì)效果的WoodFillFine和仿竹子的BambooFill。隨后，Colorfabb公司又推出一款獨(dú)特的PLA線材——具有軟木效果的CorkFill。與傳統(tǒng)的木材相比，新型纖維增強(qiáng)PLA材料打印的制品外觀獨(dú)特，具有很好的木質(zhì)效果，并且沒(méi)有設(shè)計(jì)限制[20–21]。日本JSR公司推出一系列高性能PLA線材，命名為FABRIAL。此系列產(chǎn)品強(qiáng)度高，韌性好，加工過(guò)程中不易折斷，制品穩(wěn)定性好，可用于制造最終產(chǎn)品，有效解決了PLA材料打印制品脆性大、強(qiáng)度較低等問(wèn)題，擴(kuò)展了制品的用途。今后該公司將充實(shí)產(chǎn)品種類，推出具有特殊性能的產(chǎn)品，以滿足多種用途需求[22]。

2.2.2國(guó)內(nèi)

譚志勇等[23]將一種環(huán)氧類大分子擴(kuò)鏈劑與PLA樹(shù)脂進(jìn)行共混，研究擴(kuò)鏈劑用量對(duì)PLA相對(duì)分子質(zhì)量的影響，以及熱處理時(shí)間和溫度對(duì)共混物機(jī)械性能和結(jié)晶性的影響。結(jié)果表明：擴(kuò)鏈劑中的環(huán)氧基團(tuán)與PLA中的端羥基、羧基發(fā)生反應(yīng)，PLA的相對(duì)分子質(zhì)量大幅提升；選擇合適的條件進(jìn)行熱處理可以使PLA及其共混物結(jié)晶，PLA的強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性均得到了提高。鄢國(guó)強(qiáng)等[24]發(fā)明并公布了一種適用于FDM技術(shù)的改性聚乳酸復(fù)合材料，將PLA、擴(kuò)鏈劑、增韌劑、分散劑等經(jīng)高速混合機(jī)混合后，利用擠出機(jī)擠出拉絲得到線材。與純PLA相比，該材料具有良好的柔韌性，同時(shí)沖擊強(qiáng)度、耐熱性和斷裂伸長(zhǎng)率得到了較大的提高，將該復(fù)合材料用于FDM技術(shù)，成品具有表面光潔、尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。陳慶等人[25]發(fā)明并公布了一種FDM工藝用聚乳酸材料及其制備方法。該方法利用低溫粉碎混合反應(yīng)技術(shù)改性PLA，改性后的PLA材料機(jī)械性能和熱變形溫度大幅提升，擴(kuò)大了PLA材料的使用范圍。增韌改性后的PLA材料打印溫度為200~240℃，打印過(guò)程中材料收縮率小，無(wú)氣味，打印過(guò)程流暢，制品尺寸穩(wěn)定，富有光澤。

2.3聚碳酸酯

PC是一種分子鏈中含有碳酸酯基的熱塑性樹(shù)脂。它性能優(yōu)良，是目前使用最多的熱塑性工程塑料之一[26–27]。PC幾乎具備了工程塑料的所有優(yōu)良特性，抗沖擊性能好、無(wú)味、耐高溫、抗彎曲、強(qiáng)度高，此外還具有良好的阻燃特性，可用于FDM工藝制備高強(qiáng)度產(chǎn)品[28]。但PC也存在一些缺點(diǎn)：顏色單一，著色性能不理想；PC中含有致癌物質(zhì)雙酚A，在高溫下會(huì)析出，影響人體健康；價(jià)格相對(duì)較高；打印溫度過(guò)高（超過(guò)300℃），不適用大多數(shù)的桌面3D打印機(jī)。

2.3.1國(guó)外

Stratasys是世界上第一家推出PC線材的3D打印公司。用該線材生產(chǎn)的產(chǎn)品強(qiáng)度高，耐熱性好，最高可耐145℃。隨后，Stratasys公司開(kāi)發(fā)了工程材料PC/ABS。PC/ABS同時(shí)具有PC的高強(qiáng)度以及ABS的高韌性，力學(xué)性能大幅提升，使用該材料配合FORTUS設(shè)備制作的產(chǎn)品性能更佳。隨后，Stratasys公司又推出了Polycarbonate–ISO（PC–ISO）材料。PC–ISO[29]是FDM技術(shù)可采用的材料中強(qiáng)度最高、耐熱性最好的生物相容性材料。它通過(guò)γ射線、環(huán)氧乙烷進(jìn)行殺菌并且符合ISO10993和美國(guó)藥典塑料VI級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，具備PC的所有性能，又具有良好的生物相容性，廣泛應(yīng)用于食品包裝行業(yè)及醫(yī)療器械行業(yè)。

2.3.2國(guó)內(nèi)

2014年，廣州傲趣電子科技有限公司公布了一種高性能PC線材。此種線材用拜耳公司生產(chǎn)的食品級(jí)PC原料制作，可用于FDM工藝。該線材打印過(guò)程平臺(tái)溫度為120~150℃，噴嘴溫度為255~280℃，流動(dòng)性好，制品強(qiáng)度高，外觀光澤細(xì)膩，尺寸精度高，不含雙酚A，有效解決了PC材料的致癌問(wèn)題。2015年，來(lái)自上海的3D打印材料制造商Polymaker與先進(jìn)化學(xué)材料開(kāi)發(fā)商Covestro（前身為拜耳材料科技）聯(lián)手，共同開(kāi)發(fā)出了兩款專門針對(duì)桌面3D打印機(jī)的全新聚碳酸酯3D打印線材——PolymakerPC–Plus和PolymakerPC–Max。這兩款線材經(jīng)過(guò)特殊配方已經(jīng)將打印溫度從300~320℃下降到250~270℃，有效解決了PC材料難以用于桌面3D打印機(jī)的問(wèn)題，打印溫度的降低同時(shí)也減少了在打印過(guò)程中出現(xiàn)翹曲或變形的可能性。管國(guó)虎等[30]公布了一種FDM用芳香族聚酯材料及其制備方法。該發(fā)明首先將芳香族聚酯加入芳香族聚碳酸酯中進(jìn)行共混改性，然后將共混物加工成細(xì)條狀，再用適當(dāng)劑量的電子束輻射使其發(fā)生一定程度的交聯(lián)。該方法保持材料熔融加工性能的同時(shí)又達(dá)到了本體增強(qiáng)的目的。改性后的材料抗沖擊性大大提高，使芳香族聚碳酸酯具有更加廣闊的應(yīng)用。

3展望

FDM技術(shù)相對(duì)于其他快速成型技術(shù)，由于具有成型速度較快，產(chǎn)品性能好、易清潔，后處理簡(jiǎn)單，設(shè)備體積小、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)，因而將會(huì)有更廣泛的應(yīng)用。經(jīng)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的共同努力，F(xiàn)DM技術(shù)最常用的ABS、PLA和PC材料的性能大大提高，為FDM技術(shù)的廣泛應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。目前國(guó)內(nèi)有能力生產(chǎn)用于FDM技術(shù)的絲材的企業(yè)較少，且產(chǎn)品較國(guó)外有較大差距。因此，今后應(yīng)加大對(duì)3D打印企業(yè)的資金支持，鼓勵(lì)技術(shù)革新，研發(fā)高質(zhì)量產(chǎn)品，縮小與國(guó)外的差距，促進(jìn)我國(guó)3D打印產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

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篇10

[關(guān)鍵詞] 納米粒；載體材料；制備方法

[中圖分類號(hào)] R460.1 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A [文章編號(hào)] 1673-7210（2016）05（b）-0033-04

[Abstract] Nanoparticles is a new technology in the area of pharmaceutics. Its good target and delayed release effect come from it special physico-chemical property， which makes it become the focus in the study area of pharmaceutics. This article reviewed carrier material， the preparation methods and the research progress of nanoparticles， the particles and solid lipid nanoparticles and magnetic lipid nanoparticles. At last the article lookes forward the front review of drug-loading nanoparticles.

[Key words] Nanoparticles； Carrier material； Preparation methods

納米粒是藥物溶解、包裹于高分子材料中形成的粒徑在10～100 nm范圍內(nèi)的固體膠體顆粒[1]，根據(jù)藥物在載體材料中存在的形式，可以分為納米球和納米囊。藥物溶解于骨架材料中，成型后以細(xì)小微粒或結(jié)晶分散于骨架材料，形成納米球，而藥物與材料不相混溶時(shí)，藥物被載體材料包裹，形成納米囊。

納米粒10～100 nm范圍內(nèi)的粒徑，可以隱藏藥物的理化特性，藥物在體內(nèi)的過(guò)程依賴于載體的理化特性。普通納米粒在靜注之后，大都會(huì)被單核吞噬細(xì)胞系統(tǒng)（MPS）攝取，故能被動(dòng)靶向治療MPS相關(guān)疾病，但對(duì)其他系統(tǒng)疾病具有一定的局限性。將普通納米粒修飾成長(zhǎng)循環(huán)納米粒，能夠有效減小或避免納米粒在體內(nèi)對(duì)吞噬細(xì)胞的趨向性，或者將普通納米粒連接上糖基、抗體、配體等，制備成主動(dòng)靶向的納米粒，是近年來(lái)的研究趨勢(shì)[2]。本文就載藥納米粒的載體材料、制備方法的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 載體材料

1.1 生物不可降解型聚合物

此類載體在體內(nèi)不能降解成可代謝產(chǎn)物，主要有聚丙烯酰胺類和聚甲基丙烯酸烷酯類。以聚丙烯酰胺類生物不可降解材料制備的納米?；蚣{米球，更多的應(yīng)用于污水處理、造紙及石油鉆采等領(lǐng)域[3]。王文喜[4]用聚甲基丙烯酸酯納米粒作為反義寡核苷酸載體，能改變反義寡核苷酸在細(xì)胞內(nèi)的分布，避免反義寡核苷酸被溶酶體內(nèi)核酸酶的降解，增加其穩(wěn)定性。但因此類聚合物在體內(nèi)無(wú)法降解成可代謝產(chǎn)物，故較少采用此類載體材料作為體內(nèi)制劑使用。

1.2 生物降解型聚合物

生物降解型聚合物包括聚氰基丙烯酸烷酯和聚酯類等化合物。前者主要為聚氰基丙烯酸的甲酯、乙酯、丁酯等，其代謝產(chǎn)物為甲醛，對(duì)機(jī)體有一定的毒性。聚酯類化合物有聚乳酸（PLA）、聚己內(nèi)酯（PCL）、聚乳酸- 羥基乙酸共聚物（PLGA）等，聚酯類的載體，中間代謝產(chǎn)物為乳酸，在體內(nèi)代謝最終以CO2、H2O的形式排泄，生物相容性更好，在研究和實(shí)際應(yīng)用中更為常用。PLA、PLGA已獲美國(guó)FDA 批準(zhǔn)用于注射用藥。用于治療前列腺癌的曲普瑞林注射劑（Decapepty）即采用PLGA做骨架，制備而成的微球注射劑，每次注射可以在體內(nèi)緩釋30 d。

1.3 天然高分子材料

親水性聚合物包括明膠、殼聚糖、海藻酸鹽、明膠、蛋白等。天然高分子材料較為常用，性質(zhì)穩(wěn)定，生物相容性好。明膠可生物降解，抗原性小，較為常用，如蔡夢(mèng)軍等[5]以明膠為載體材料，制備阿霉素明膠納米粒，得到粒徑為100 nm左右，粒徑分布均勻且具有緩釋效果的納米粒。

殼聚糖具有較好的生物黏附性、促吸收效應(yīng)和酶抑制載體作用等特性，使其在生物黏附給藥系統(tǒng)、透膜給藥系統(tǒng)、靶向給藥系統(tǒng)及緩控釋制劑的開(kāi)發(fā)中倍受青睞[6]。殼聚糖的結(jié)構(gòu)中含有游離的氨基，呈弱堿性，能與芳香醛或脂肪醛反應(yīng)生成西佛堿（Schiff's base），可利用此特點(diǎn)進(jìn)行交聯(lián)。殼聚糖的生物相容性和生物降解性能都非常優(yōu)秀，在研究中，較多應(yīng)用。制成納米粒后，其生物學(xué)性質(zhì)有所改變，在體內(nèi)能完全降解且具有一定的緩釋效果[7]。

蛋白類常用的有?；蛉说难灏椎鞍?、玉米蛋白、雞蛋白等，由于蛋白類交聯(lián)較為容易，故研究中也常用其作為載體材料。白蛋白為內(nèi)源性物質(zhì)，研究發(fā)現(xiàn)，將其作為載體，可減少巨噬細(xì)胞對(duì)其吞噬，起到長(zhǎng)循環(huán)的效果。由美國(guó)生命科學(xué)（American Bioscience）公司開(kāi)發(fā)的白蛋白結(jié)合紫杉醇納米粒注射混懸液（paclitaxel，ABRAXANE）2005年已經(jīng)上市[8]，用于治療轉(zhuǎn)移性乳腺癌聯(lián)合化療失敗后或輔助化療6個(gè)月內(nèi)復(fù)發(fā)的乳腺癌。

1.4 脂質(zhì)材料

以生物相容性高的高熔點(diǎn)脂質(zhì)載體材料制備的納米球稱為固體脂質(zhì)納米球（solid lipid nanospheres，SLN）。脂質(zhì)材料包括飽和脂肪酸的甘油酯、硬脂酸、棕櫚酸、甾體等。SLN的乳化可用磷脂等來(lái)乳化，乳化后，SLN其親水部分朝向周圍的分散介質(zhì)，疏水部分插入顆粒核心。但SLN對(duì)疏水性藥物包封效果較好，對(duì)水溶性的藥物包封效果欠佳[9]。

1.5 磁性材料

目前較為常用的磁性材料是Fe3O4磁粉或磁流體。采用磁性材料制備的納米粒在外加磁場(chǎng)的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，具有較強(qiáng)的靶向性[10]。磁性納米粒的表面因Fe3O4的存在極易與商品化的硅烷試劑發(fā)生反應(yīng)，使二氧化硅包覆在其表面而成復(fù)合納米粒[11-12]。包覆在表面的二氧化硅層上的硅烷醇基團(tuán)極易與硅烷試劑發(fā)生耦合反應(yīng)，得到的納米粒表面含有氨基、醛基等基團(tuán)可以與多種生物分子發(fā)生鍵合反應(yīng)。這使得磁性微球可以進(jìn)一步進(jìn)行修飾，達(dá)到主動(dòng)靶向的目的。

2 制備方法

2.1 天然高分子載體納米粒

2.1.1 白蛋白載體

2.1.1.1 超聲乳化法 蛋白類載體材料，先將其乳化成大小均勻的乳滴，然后再通過(guò)化學(xué)或其他方法交聯(lián)，較易制得微米級(jí)的制劑，但納米級(jí)的制劑易受分子大小及純度的影響，在制備中，1996年Müller等[13]采用超聲乳化技術(shù)可以得到粒徑小于200 nm的白蛋白納米粒。王愷等[14]采用超聲乳化-化學(xué)交聯(lián)法制備絲裂霉素的白蛋白納米粒，粒徑在60～100 nm。此方法主要在于超聲的過(guò)程可以讓乳滴粒徑更小，從而交聯(lián)得到粒徑更小的納米粒。

2.1.1.2 溶劑-非溶劑化法 向白蛋白溶液中加入脫水劑如丙酮、乙醇等，白蛋白分子表面水化膜在脫水劑的作用下作用下被除去變性析出（去溶劑化），再采用化學(xué)交聯(lián)劑或加熱變性的方法固化納米粒。加熱的方法較易控制交聯(lián)的程度，且毒性物質(zhì)殘留較少。如果采用化學(xué)交聯(lián)劑如戊二醛或其他有機(jī)溶劑，則需除去殘留戊二醛及有機(jī)溶劑以保證純度。Langer等[15]用乙醇作脫水劑，加入到白蛋白溶液中，在NaCl存在條件下調(diào)整pH，得到的納米粒粒徑小于300 nm。此法通過(guò)pH和鹽濃度的調(diào)整，白蛋白在遠(yuǎn)離其等電點(diǎn)時(shí)利用帶電粒子之間的斥力，可制備粒徑較小的納米粒，相比較用戊二醛交聯(lián)，毒性更小

2.1.1.3 pH-凝聚法 通過(guò)改變體系的pH值，可以使蛋白發(fā)生沉淀生成納米粒。但僅通過(guò)改變體系的pH值制備納米粒，不方便控制納米粒的粒徑。更多的是與鹽濃度的調(diào)整結(jié)合或者加入其他溶劑來(lái)控制粒徑，得到粒徑均勻及外形圓整的納米粒。Sanhti等[16]通過(guò)改變體系的pH、鹽濃度，加入化學(xué)交聯(lián)劑體積制備得到粒徑為497.6 nm的納米粒，外形圓整。

以上為較為常見(jiàn)的白蛋白納米粒的制備方法，簡(jiǎn)單易行，溶劑殘留少，制備效果佳。此外，還有報(bào)道采用快速膨脹超臨界溶液法、機(jī)械研磨法等方法制備白蛋白納米粒。

快速膨脹超臨界溶液法為近10年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)制備超細(xì)粒子的新技術(shù)，此方法工藝流程簡(jiǎn)單，所需有機(jī)溶劑少，制備的粒子粒徑均勻可調(diào)整，但產(chǎn)量小，且所需設(shè)備及生產(chǎn)調(diào)節(jié)要求高，故在藥物制劑的實(shí)際生產(chǎn)和實(shí)驗(yàn)中較少報(bào)道，而主要見(jiàn)于化工類產(chǎn)品的生產(chǎn)和研究[17]。

機(jī)械研磨法是制備水溶性納米粒的一種方法，將親水性的大分子（如蛋白質(zhì)、抗體、抗原、淀粉、環(huán)糊精、親和素、鏈酶親和素、聚乙二醇、聚乙烯醇、環(huán)芳烴等）與非極性或弱極性有機(jī)溶劑中具有特殊熒光性能或磁性的納米顆粒直接混合，通過(guò)機(jī)械研磨的方法使親水性大分子吸附在納米粒上，待有機(jī)試劑完全揮發(fā)后，加入水或緩沖溶液溶解，再經(jīng)過(guò)兩次離心分離，便可制成純的水溶性的納米顆粒[18]。該方法已獲得相關(guān)專利。

2.1.2 明膠載體

明膠具有良好的乳化性能，而且可以溶于熱水，冷卻后形成凝膠，利用此特性，可制備納米球。采用先乳化，然后冷卻膠凝的方法，即可制得納米球。此方法可適用于熱敏感藥物。趙陽(yáng)等[19]用乳化凝聚法制得低分子肝素明膠納米粒，分散性好、粒徑在40～100 nm圓形或橢圓形，包封率達(dá)80%以上。此方法簡(jiǎn)單易行，載體價(jià)廉易得，所需實(shí)驗(yàn)條件容易操作，所得產(chǎn)品質(zhì)量較好，故見(jiàn)諸較多報(bào)道。

2.1.3 殼聚糖載體

2.1.3.1 化學(xué)交聯(lián)法 殼聚糖是甲殼素脫乙酰基后的產(chǎn)物，結(jié)構(gòu)中含有游離的氨基，能與芳香醛或脂肪醛反應(yīng)生成Schiff's堿，利用此特點(diǎn)可與交聯(lián)劑如戊二醛等反應(yīng)來(lái)制備納米粒。在此方法中被結(jié)合的氨基失去了靶向修飾的能力。郭英等[20]于采用化學(xué)交聯(lián)法制備阿司匹林殼聚糖微球，制得的微球最小粒徑可達(dá)到20 nm。制得的載藥微球在16 h內(nèi)對(duì)藥物有良好的緩釋作用，在25 h之內(nèi)仍存在緩藥效。

2.1.3.2 離子膠凝法 此方法通過(guò)殼聚糖帶正電氨基與陰離子靜電作用而發(fā)生物理交聯(lián)反應(yīng)形成納米粒，在此過(guò)程中，起到陰離子作用的電解質(zhì)的量直接影響到粒子的交聯(lián)度，從而影響到粒徑的大小、藥物的釋放[21]。同樣，不同脫乙酰度及不同分子量的殼聚糖對(duì)納米粒的藥物釋放也有影響。何文等[22]通過(guò)離子膠凝法制備了的殼聚糖納米粒，結(jié)果表明，隨著殼聚糖脫乙酰度的降低，納米粒Zeta電位降低，粒徑增大，藥物包封率下降，且體外釋藥速度加快。

以上兩種方法為最為常用的殼聚糖納米粒制備方法。此外，去溶劑化法、乳化聚合法、液中干燥法也見(jiàn)諸報(bào)道，均能制得質(zhì)量較好的殼聚糖納米粒。

去溶劑化法又稱沉淀析出法。其基本原理是：在高分子材料的水溶液中加入凝聚劑（為強(qiáng)親水性物質(zhì)如電解質(zhì)硫酸鈉、硫酸銨、氯化鈉等），因水分子與凝聚劑結(jié)合，高分子物質(zhì)的溶解度隨之降低，形成分子間氫鍵，后從溶液中析出形成納米粒[23]。

乳化聚合法是目前制備納米粒的最主要方法之一。即利用表面活性劑作用將兩種不相溶的溶劑制備成微乳，在微乳滴中經(jīng)成核聚結(jié)團(tuán)聚熱處理后得到納米粒。乳化聚合的成核機(jī)理主要是齊聚物成核與乳膠粒成核，是一種非連續(xù)成核的過(guò)程，即在乳膠粒生長(zhǎng)階段， 膠粒數(shù)目不變， 粒徑不斷增大。該法適用于在酸性介質(zhì)中溶解度較大的藥物[24]。

液中干燥法即將藥物和高分子材料溶于有機(jī)溶劑作為油相，加乳化劑與水相制成O/W型乳狀液。加熱揮發(fā)有機(jī)溶劑即制得納米粒。此法適合制備親脂性藥物納米粒[25]。

2.2 固體脂質(zhì)納米粒的制備

2.2.1 納米乳法

微乳法制備SLN。將熔融的脂質(zhì)材料中加入乳化劑、藥物及附加劑，通過(guò)攪拌，制成O/W型微乳，將微乳分散于冷水（2～3℃）中，便可形成SLN分散體系[26]。

2.2.2 高壓乳勻法

也稱之為熔融-勻化法，即在納米乳法的基礎(chǔ)上，將初乳在70℃以上高壓均化，均化的過(guò)程使納米粒粒徑更小，更均勻。如楊時(shí)成等[27]采用此法制備喜樹(shù)堿固體脂質(zhì)納米粒，初乳80℃通氮?dú)?1.4 MPa壓力下在高壓乳勻機(jī)上乳勻5次，得到平均粒徑196.8 nm，均勻的納米粒。

2.2.3 溶劑乳化蒸發(fā)法

溶劑乳化蒸發(fā)法是將藥物和類脂混合物溶于合適的有機(jī)溶劑中， 加到含有乳化劑的水相中乳化，然后蒸去有機(jī)溶劑，便可形成SLN的穩(wěn)定分散體系[28]。此方法可以避免藥物遇熱穩(wěn)定性發(fā)生改變的問(wèn)題。Zhang等[29]采用此法制得了丙酸倍氯米松-SLN，具有良好的緩釋效果。

2.3 磁性納米粒的制備

2.3.1 乳化聚合法

即在普通的聚合物、天然高分子材料等制備納米粒的過(guò)程中，加入磁性物質(zhì)，采用乳化聚合法使藥物和磁性物質(zhì)均勻分散在聚合物網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中。乳化聚合法根據(jù)載體材料的不同，具體的制備方法有所不同，如白蛋白微球通常用乳化-交聯(lián)固化法或乳化-加熱固化法制備；明膠微球可用乳化-交聯(lián)固化法。通過(guò)調(diào)整攪拌速度可以控制所得微粒的粒徑，得到微球或納米粒。吳遠(yuǎn)等[30]采用化學(xué)沉淀法制備 Fe3O4超微磁粉，以聚 （5，5-二甲-三亞甲基碳酸酯-共-三亞甲基碳酸酯）為膜材，包裹納米級(jí)Fe3O4磁粉，制備出絲裂霉素-聚碳酸酯磁性微球。該磁性微球具有良好的磁響應(yīng)性能，體外對(duì)肝癌細(xì)胞Bel-7402有較強(qiáng)的細(xì)胞毒作用，裸鼠人肝癌模型靶向治療實(shí)驗(yàn)顯示良好的抑制腫瘤作用。對(duì)于肝靶向治療，顯示了很好的研究基礎(chǔ)。

2.3.2 二步法

二步法即先制備磁性高分子聚合物微粒，再通過(guò)吸附或共價(jià)鍵與藥物結(jié)合。也可以先制備載藥微粒，然后再與磁性物質(zhì)反應(yīng)生成磁性納米粒。石可瑜等[31]采用共沉淀法制備葡聚糖磁性毫微粒，再羧甲基化修飾得羧甲基葡聚糖磁性納米粒，用高碘酸鈉氧化，再與多柔比星藥物分子通過(guò)Schiff反應(yīng)偶聯(lián)制得載藥磁性納米粒。制備的納米粒直徑56 nm，磁導(dǎo)向性能好，能有效定位于靶區(qū)，可以起到對(duì)腫瘤的定向治療作用。

3 展望

納米粒作為一種新型藥物載體，其獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，使之在抗腫瘤制劑的研究中，具有明顯的優(yōu)勢(shì)。納米級(jí)的粒徑，使之能夠透過(guò)腫瘤組織的血管壁間隙，使載藥納米粒能沉積在腫瘤組織部位，發(fā)揮抗腫瘤作用。此外，作為抗生素、抗病毒藥物的載體，可以提高藥物治療細(xì)胞內(nèi)細(xì)菌感染的作用；作為口服制劑的載體，可以防止藥物在胃腸道的失活，提高其穩(wěn)定性，提高生物利用度；作為黏膜給藥的載體，可以延長(zhǎng)其在作用部位的時(shí)間，提高療效。在納米粒上進(jìn)行糖基、抗體、配體等修飾，又可讓其具有主動(dòng)靶向的作用。其制劑優(yōu)勢(shì)非常明顯，制備方法研究也很多，但目前實(shí)驗(yàn)室研究報(bào)道較多，見(jiàn)諸報(bào)道的上市產(chǎn)品較少，其原因可能與輔料的安全性、制劑技術(shù)的穩(wěn)定性有關(guān)。隨著制劑技術(shù)和藥用輔料的不斷發(fā)展，納米粒的研究和應(yīng)用會(huì)有更廣闊的空間。

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