生物降解高分子材料研究與進展

汪浩（池州學院，安徽 池州 247100）

生物降解高分子材料研究與進展

汪浩（池州學院，安徽 池州 247100）

高分子材料未來研究的方向應當是可以降解的，無法降解的高分子材料會污染環(huán)境，久而久之形成大量的環(huán)境垃圾，與我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的目標相悖。本文從生物降解高分子材料談起，分析了生物降解高分子材料的特點、降解機理、制備方法及應用現(xiàn)狀。

生物；降解；高分子材料

生物降解高分子材料除了可以消毒，保持穩(wěn)定的化學、物理和機械性能以外，還有這容易分解，不容易污染環(huán)境的特點。因此，未來生物降解高分子材料是一大發(fā)展重點，它能夠維持生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

1 生物降解材料的特點以及降解機理

1.1 生物降解材料的特點

生物降解高分子材料對環(huán)境的保護主要體現(xiàn)在：（1）相比起普通的塑料來，生物降解高分子材料無需花費如此之長的降解時間；（2）生物相容性好；（3）生物降解高分子材料在降解時沒有出現(xiàn)任何的重金屬污染；（4）在降解之后可以二次利用，且可以作為肥料填埋不污染環(huán)境；（3）生物降解高分子材料不會產(chǎn)生致畸或致癌的廢氣。

1.2 生物降解材料的降解機理

（1）生物降解作用。生物降解是從有機生物轉(zhuǎn)化為無機礦物質(zhì)的生物礦化過程。通常而言，由于材料的水溶性隨著不斷增多的分子量會減少，從而微生物在降解的過程中會由于無法穿透細胞膜而不能順利將其降解，因此材料對微生物有一定的阻礙作用。微生物中的降解酶將結(jié)構(gòu)復雜的高分子材料降解為小分子短鏈，以便穿過微生物細胞的半透膜,被其體內(nèi)的酶降解,作為微生物生長所需要的底物，之后微生物通過有氧代謝途徑生成CO2、H2O、少量無機副產(chǎn)物。

（2）化學作用。在材料分子的周遭環(huán)境中，會存在著許許多多的影響材料分子變化的化學條件，如濕度變化、酸堿值的改變、水分因子的影響等等，這時分子間隨著這些環(huán)境中的化學因素而導致價鍵斷裂，從而在降解過程中的化合物會受到更深層次的影響。

（3）物理作用。環(huán)境中也存在著諸多物理因素來影響材料的機械性能和表面特性，如冷熱變化、溫度變化、自然中的輻射和人工輻射、光的影響等等。例如，聚合物降解時如果要利用光敏度則必須吸收紫外線，然后活化、氧化在降解，這也是通過自然輻射來影響聚合物降解的一種表現(xiàn)，

2 生物降解高分子材料的制備方法與研究

2.1 天然高分子改性法

在自然界中，存在一些天然高分子容易被生物降解，如甲殼素、纖維素和淀粉等，但是在加工成型的過程中由于材料的力學和熱血性能不佳，因此可以通過改性或者共混的方式來合成生物降解高分子材料。曾經(jīng)有學者在研究中提到，將大豆蛋白、淀粉和膠原蛋白（取自獸皮）共混成為了一種生物降解高分子混合膜，生物穩(wěn)定性較佳，環(huán)境相容性好。

2.2 微生物發(fā)酵法

微生物以某些有機物(葡萄糖或淀粉類)為食物源，通過吸收與發(fā)酵合成聚醞或聚糖類高分子，但分離微生物發(fā)酵合成的產(chǎn)物有一定困難，且有一些副產(chǎn)品。聚經(jīng)基脂肪酸醞(PHA)是制備生物降解塑料的可再生原料，具有明顯的生物降解性和相容性。聚經(jīng)基丁酸醞(PHB)在PHA研究中最為廣泛。

2.3 化學一酶合成法

酶促合成法具有高度專一性及立體選擇性，而化學合成則能有效提高聚合物的分子質(zhì)量，有研究者將酶促法與化學法結(jié)合，用來合成生物可降解高分子材料。有研究者利用化學一酶法成功制備了新型生物基質(zhì)的以雙酚和三酚為單體的高分子多功能積木。

3 可生物降解高分子材料的應用現(xiàn)狀

3.1 工業(yè)應用現(xiàn)狀

在工業(yè)應用上，生物降解高分子材料在餐飲包裝行業(yè)可以用于食品包裝膜，在加工工業(yè)上可以用來制成纖維、皮革等材料。處理過后的生物降解高分子材料具備著色性能好、不易污染、防治化學藥品腐蝕、防水耐熱的性能。具體而言，主要有PHB及聚羥基丁酸戊酯、殼聚糖、甲殼素等。另外，在豆胚芽和海草等天然原料中，日本人利用其中的多糖類成分職稱了大量用于調(diào)味品、藥品上的包裝薄膜，不但質(zhì)地輕薄還相當環(huán)保，不會造成環(huán)境污染。

3.2 農(nóng)業(yè)應用現(xiàn)狀

在農(nóng)業(yè)應用上，生物降解高分子材料在應用上主要有殼聚糖類、甲殼素等材料，不僅可以制成保鮮膜、包裝袋、地膜等外包裝物品，還能在廢棄不用時不污染環(huán)境，在地下可以經(jīng)過一系列的化學降解變化形成二次可以利用的肥料，改良土壤環(huán)境，促進植物生長，提高農(nóng)作物的成活率，并減少殺蟲劑和除草劑的使用頻率，不可不謂之環(huán)保材料。

3.3 醫(yī)藥領(lǐng)域應用

在醫(yī)藥領(lǐng)域，生物降解高分子材料主要應用在組織工程材料、骨內(nèi)固定、外科手術(shù)縫合線、藥物控制釋放載體等方面。

生物降解高分子材料能夠在組織工程材料上，將PLA和共聚物移植生長細胞或者組織器官，從而不斷發(fā)育成為新的可用組織；在骨內(nèi)固定方面，聚匕一乳酸、PGA可以將骨生長調(diào)節(jié)蛋白、骨生長因子或抗生素等放置到正在進行治療的骨質(zhì)疏松癥中，從而加速愈合并防止再次感染；在外科手術(shù)中，生物降解高分子材料中的PLA和PGA等材料制成的縫合線可以被人體充分的吸收后殆盡，并不會留下痕跡；在藥物控制釋放體系中作為載體來形成聚合物，且可以適應人體。

3.4 其他應用

生物降解高分子材料在其他領(lǐng)域的應用也很廣泛，例如園藝園林、一次性用品、手套鞋套、化妝品等領(lǐng)域都逐步開始運用生物降解高分子材料作為輔助材料，生態(tài)而環(huán)保。

4 結(jié)語

綜上所述，生物降解高分子材料現(xiàn)如今已經(jīng)運用到了工業(yè)、農(nóng)業(yè)、醫(yī)藥領(lǐng)域、園藝、一次性用品等領(lǐng)域中，并受到了一直推崇。由于生物降解高分子材料具備環(huán)境友好性，能夠及時降解并被二次利用，相信在未來的應用當中會有著越來越多的發(fā)展前景。

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汪浩（1995-），男，安徽滁州人，池州學院，本科。