生物可降解聚合物的發(fā)展概況

1、 生物可降解聚合物的發(fā)展概況 根據(jù)所檢索的資料，了解到了一些關(guān)于生物可降解聚合物的知識(shí)，不同的文獻(xiàn)所闡述的方向不同，有生物可降解聚合物的合成方法、降解機(jī)理、具體的例子講解聚合物的合成方法及其在生物體內(nèi)的降解過(guò)程、以及現(xiàn)在最熱門的方向生物可降解聚合物的應(yīng)用，在農(nóng)業(yè)上、醫(yī)學(xué)上都有著很重要的應(yīng)用。對(duì)于生物可降解聚合物的發(fā)展可以概括為以下幾點(diǎn)：1. 生物可降解聚合物的定義及分類。生物可降解聚合物是指在生物體內(nèi)能被降解或酶解，生成的小分子物質(zhì)被機(jī)體吸收并排出體外的一類高分子材料。生物可降解聚合物按來(lái)源可分為天然和合成兩大類。天然可降解聚合物包括甲殼素、殼聚糖及其衍生物等；合成可降解聚合物分為人工合成和細(xì)

2、菌合成兩大類。天然可降解聚合物具有生物黏附性和多種生物活性，生物相容性好，毒性低，不溶血?？杀惑w內(nèi)溶菌酶、胃蛋白酶等多種酶生物降解，降解產(chǎn)物無(wú)毒，能被生物體完全吸收。殼聚糖種類較多，具有不同的脫乙酰度，分子量、黏度不同。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)殼聚糖可在腦組織內(nèi)降解，且腦組織生物相容性良好，可作為顱內(nèi)植入緩釋化療基質(zhì)之一。合成可降解聚合物 人工合成的聚酯類是目前唯一被美國(guó)FDA批準(zhǔn)用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的一類生物可降解材料，該類聚合物的主鏈大都是由脂肪族結(jié)構(gòu)單元，通過(guò)易水解的酯鍵連接而成，主鏈柔順，易被自然界中的多種微生物或植物體內(nèi)酶分解。較常用的有：聚羥基醋酸、聚羥基丁酸酯、聚乳酸、乳酸一聚乙二醇共聚物、聚

3、乳酸一聚乙二醇嵌段共聚物等；聚酸酐類是由羥酸聚合而成，性質(zhì)活潑，遇水極不穩(wěn)定，在體內(nèi)具有良好的相容性。細(xì)菌合成的可降解聚合物包括聚羥基烷基醇酯及聚( 蘋果酸酯)等，在細(xì)菌中廣泛存在。同時(shí)，在自然界也存在著大量能夠分泌多聚羥基烷酸解聚酶和水解酶的微生物，因此，多聚羥基烷酸等在自然界中能很快被分解。2. 可降解聚合物的合成方法及其降解機(jī)理?？山到饩酆衔锏暮铣煞椒ǎ旱谝徊剑壕酆希ü簿郏⒖s聚、交聯(lián)。第二步：嵌段、接枝。第三步：引入特性官能團(tuán)、組分。第四步：利用物性互補(bǔ)合成新聚合物。根據(jù)聚合單體生物降解性、熔點(diǎn)、硬度、水解性能等的不同, 進(jìn)行適當(dāng)配聚。 聚合物的生物降解是指在生物作用下聚合物發(fā)生降解、

4、同化的過(guò)程。起生物降解作用的微生物主要包括真菌、霉菌或藻類，作用機(jī)理大致可歸為三類：(1)生物物理作用。由于生物細(xì)胞增長(zhǎng)而使聚合物組分水解、電離或質(zhì)子化而發(fā)生機(jī)械性破壞，分裂成低聚物碎片；(2)生物化學(xué)作用。微生物對(duì)聚合物作用而產(chǎn)生新物質(zhì)(CH 、CO 和H O)；(3)酶直接作用。被微生物侵蝕部分導(dǎo)致塑料分裂或氧化崩裂。生物降解并非單一機(jī)理，是復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)協(xié)同作用，并同時(shí)伴有相互促進(jìn)的物理、化學(xué)過(guò)程。3. 可降解聚合物的應(yīng)用。（1）、在農(nóng)藥生產(chǎn)中的應(yīng)用 隨著化學(xué)技術(shù)的發(fā)展, 人們不斷地研制出具有各種功能的生物、化學(xué)制劑, 如藥物、農(nóng)藥、高效化學(xué)肥料等。目前世界上出現(xiàn)的農(nóng)藥劑型若按

5、有效成分釋放特性分類, 有各種自由釋放的常規(guī)型和控制釋放劑型兩大類別?？刂漆尫偶夹g(shù)在農(nóng)藥制劑領(lǐng)域的應(yīng)用, 使得農(nóng)藥劑型更加合理, 性能趨于完美, 真正達(dá)到了高效、安全、經(jīng)濟(jì)和使用方便的目的。農(nóng)藥劑型中緩釋技術(shù)的研究工作主要集中在緩慢、持續(xù)或延長(zhǎng)釋放的劑型上, 使活性成分在制劑中長(zhǎng)時(shí)間地以緩慢和連續(xù)有效的速率釋放到環(huán)境中去。因此控制釋放劑型常被稱之為緩釋劑, 但嚴(yán)格地說(shuō), 它們不完全相同。單從生物效應(yīng)的觀點(diǎn), 持久性農(nóng)藥是可取的。但是, 因?yàn)樗诃h(huán)境中分解很慢, 滯留時(shí)間很長(zhǎng), 并且易進(jìn)入食物鏈, 所以使用受到嚴(yán)格控制。而非持久性農(nóng)藥, 為了保證長(zhǎng)期持續(xù)的藥效, 必須過(guò)量和重復(fù)使用。當(dāng)非持久性農(nóng)

6、藥以控制釋放劑型施用時(shí), 能在一作用點(diǎn)上長(zhǎng)時(shí)間地維持一個(gè)特定的濃度而副作用較少。因此它可得到如下效果: ( 1) 使農(nóng)藥緩慢釋放, 延長(zhǎng)持效; ( 2) 藥劑穩(wěn)定, 很少受到水、空氣等環(huán)境影響; ( 3) 降低毒性; ( 4) 減輕藥害; ( 5) 減少環(huán)境污染; ( 6) 降低對(duì)魚的毒性; ( 7) 掩蔽氣味; ( 8) 降低反應(yīng)性; ( 9) 減少漂移; ( 10) 使液體原藥固體化;( 11) 易于操作, 節(jié)省勞力等。 （2）在油田中的應(yīng)用 1.可降解聚合物在防砂方面的應(yīng)用。機(jī)械防砂法，如濾砂管和礫石充填法。將砂粒截留，避免其到達(dá)井眼?；瘜W(xué)防砂法如化學(xué)膠結(jié)防砂法，首先向地層擠注低粘度的化

7、學(xué)劑，接著注入增孑液，然后注入固化劑在地層條件下化學(xué)劑就地反應(yīng)，在砂粒之間架橋使地層砂粒固結(jié)。增加巖石機(jī)械強(qiáng)度。機(jī)械防砂法會(huì)在井底留下防砂工具化學(xué)防砂法會(huì)造成滲透率損失，因此可以采用可降解聚合物材料來(lái)解決這些問題。2. 可降解聚合物在暫堵方面的應(yīng)用。在鉆井、酸化和壓裂過(guò)程中，工作液都存在進(jìn)入地層孑L隙的可能性，為了降低外來(lái)流體對(duì)儲(chǔ)層的傷害，將可降解聚合物材料制成微球，讓其堵塞地層孔隙或在孔隙吼道部位堆積形成濾餅，即對(duì)地層進(jìn)行暫堵處理。當(dāng)施工完畢，這些起暫堵作用的可降解聚合物微球發(fā)生降解，恢復(fù)地層的滲透率，提供油流通道。3. 可降解聚合物在水處理方面的應(yīng)用。 （3）在醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用 1. 生物可降

8、解聚合物載藥納米粒的應(yīng)用：納米控釋系統(tǒng)特有的性質(zhì)在藥物輸送方面具有許多優(yōu)越性, 如, 延長(zhǎng)藥物作用時(shí)間, 達(dá)到靶向輸送的目的; 在保證藥物作用的前提下, 減少給藥劑量; 減輕或避免毒副反應(yīng); 提高藥物穩(wěn)定性, 以利于儲(chǔ)存; 建立新的治療途徑, 包括體內(nèi)局部給藥、黏膜吸收給藥和多肽藥物的口服給藥等。（1）腫瘤的治療納米控釋系統(tǒng)最有發(fā)展的應(yīng)用之一是用作抗腫瘤藥物的輸送系統(tǒng)。腫瘤細(xì)胞有較強(qiáng)的吞噬能力, 腫瘤組織血管的通透性也較大, 細(xì)胞活性的加強(qiáng)和腫瘤內(nèi)脈管系統(tǒng)的衰弱, 使靜脈途徑給予的納米粒子能在腫瘤內(nèi)輸送, 它不但能導(dǎo)致納米粒子在靜脈內(nèi)的聚集。與游離藥物相比, 納米粒子還能緩釋抗腫瘤藥物, 從而

9、提高療效, 減少給藥劑量和毒性反應(yīng)。（2）糖尿病治療方面的應(yīng)用糖尿病治療的關(guān)鍵是使血糖達(dá)到并維持正?；蚪咏Ｋ? 胰島素的降糖療效明顯, 但目前臨床多采用皮下注射, 給藥間歇短, 需長(zhǎng)期用藥, 給病人帶來(lái)不便。胰島素納米囊的研制對(duì)此問題的解決提供了很大的便利。（3）心血管疾病治療方面的應(yīng)用納米粒子作為一種超微小球型藥物載體, 其突出優(yōu)點(diǎn)是比細(xì)胞小, 能被組織及細(xì)胞吸收, 加之其微小體積, 使它可自由分散形成乳狀懸浮液, 通過(guò)現(xiàn)有微孔球囊導(dǎo)管導(dǎo)人血管內(nèi), 成為藥物治療心血管疾病的有效途徑。（4）抗病毒藥目前已有人正著手開發(fā)裝載抗人類免疫缺陷病毒藥物的納米粒子。其主要優(yōu)點(diǎn)是可改善藥物的藥動(dòng)力學(xué)

10、性質(zhì), 并把藥物定向輸送到網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng), 從而增強(qiáng)藥物療效。鑒于巨噬細(xì)胞在愛滋病的免疫發(fā)病機(jī)理中扮演了重要角色, 如能將抗病毒納米粒定向輸送到巨噬細(xì)胞, 會(huì)使藥物充分發(fā)揮作用, 從而減少劑量, 降低毒副作用。迄今, 用核苷類藥物治療乙型肝炎已取得初步成效, 但療效不理想而且腎毒性大。2 醫(yī)用縫線。3 人工皮膚(傷口覆膜) 利用甲殼素及其衍生物制造的人造皮膚具有良好的組織相容性、成膜性、柔軟性和一定的抗菌消炎作用，促進(jìn)傷口愈合作用。4 引導(dǎo)性組織再生材料引導(dǎo)性組織再生材料是用外手術(shù)方法放置一物理屏障來(lái)分隔不同的組織，其主要目的是建立一能使生物再生功能得到最大程度發(fā)揮的有利環(huán)境。作為合適的生物降解

11、型引導(dǎo)性組織再生材料，應(yīng)當(dāng)具有良好的彈性和生物相容性，而材料降解時(shí)間與組織再生時(shí)間平衡及降解產(chǎn)物不會(huì)引起體內(nèi)的不良反應(yīng)。 2、人體修復(fù)用材料。1 醫(yī)用膠黏劑具有生物相容性并且能夠生物降解的親膚性聚氨酯黏膠適合于做傷口敷料，其基本形態(tài)由多醇與二異氰酸酯配合而成的有雙未端異氰酸基的預(yù)聚物。當(dāng)遇到滲出的體液、血液等后，聚氨酯系膠黏劑通過(guò)以高反應(yīng)性異氰酸基為中心的復(fù)雜交聯(lián)反應(yīng)，能在短時(shí)間內(nèi)變成柔軟的黏接力較大的彈性體狀生成物。3、基因治療。載體生物降解聚合物微球具有自身穩(wěn)定性好、化學(xué)結(jié)構(gòu)和粒度大小可人為控制的優(yōu)越性，并可通過(guò)化學(xué)手段控制基因的釋放速度。粒子表面用化學(xué)偶連或物理吸附等方法引入識(shí)別性分子，

12、使其具有識(shí)別靶細(xì)胞的能力，在細(xì)胞內(nèi)聚合物逐步降解，將DNA直接釋放到細(xì)胞漿內(nèi)。 4、中藥澄清劑。用甲殼素或殼聚糖作絮凝劑制備中藥制劑，其成品總固體量、有效成分或指標(biāo)成分均不同程度的高于以水提醇沉法制備的成品。而成本低、應(yīng)用方便。是較為理想的澄清劑。5、藥劑的輔料 目前在藥劑上應(yīng)用主要用做膜劑、緩釋劑的輔料，片劑的崩解劑等。常用的有甲殼素、殼聚糖等可降解材料。還可水凝膠、膠囊等材料，如可生物可降解嵌段共聚物材料制備的凝膠，因其生物可降解性及良好的生物相容性，有良好的發(fā)展前景 。如配制硫酸鋁殼聚糖凝膠用于消化道潰瘍有效克服原硫酸鋁制劑起效慢、療效弱等缺點(diǎn)，還可增加制劑的穩(wěn)定性。6.在治療心臟病方面

13、。支架材料是構(gòu)建組織工程心臟瓣膜的主要研究?jī)?nèi)容之一，目前報(bào)道作為組織工程心臟瓣膜支架的材料有聚乙醇酸(PGA)，聚乳酸(PIA)及其二者共聚物(PLGA)，聚羥基烷酯(PHA)，聚羥基丁酸(PHB)等_2I3 J。PHB最早由Lemoigne(1964)從細(xì)菌中分離出來(lái)，是目前較廣泛應(yīng)用于組織工程的一種生物合成材料，由原核生物在碳、氮營(yíng)養(yǎng)失衡的情況下，作為碳源和能源儲(chǔ)存而合成的熱塑性聚酯。另外，生物可降解聚合物還可用于人造淚、隱形眼鏡清洗液、合成生化試劑、眼藥水基劑等口” 。生物降解聚合物應(yīng)用面廣、種類較多, 但不少聚合物在降解性、實(shí)用性、 機(jī)械性能、價(jià)格等 方面往往存在著這樣或那樣的不足,

14、從而限制了它們的實(shí)際使用。為了達(dá)到實(shí)用性和降解性的統(tǒng)一, 國(guó)外眾多研究機(jī)構(gòu)和企業(yè)不斷地對(duì)相關(guān)聚合物進(jìn)行研究和改性。在生物合成方面改善傳統(tǒng)比如發(fā)酵合成工藝, 強(qiáng)化產(chǎn)品分離、提取、純化的設(shè)備和方法, 提高產(chǎn)品的產(chǎn)率和質(zhì)量，采取菌種變異、基因工程法制取產(chǎn)品􀀁 開拓生化合成聚合物的新原料。在化學(xué)合成方面以化學(xué)高分子的相關(guān)理論、技術(shù)為基礎(chǔ), 采用分子設(shè)計(jì)的方法, 標(biāo)的合成聚合物􀀁 或改變同塑化有關(guān)的性能􀀁結(jié)晶度、晶體􀀁 或分子􀀁排列、形態(tài)、玻璃轉(zhuǎn)化溫度、熔融溫度或改善同機(jī)械性能有關(guān)的參數(shù)剛度, 延伸強(qiáng)度, 伸長(zhǎng)率、

15、或調(diào)整、引人相應(yīng)降解性的官能團(tuán)、組分以提高新聚合物的降解性、降低成本價(jià)格等, 達(dá)到實(shí)用之目的。利用物性互補(bǔ)或控制相關(guān)相態(tài)和分散態(tài)合成新聚合物以及采用特定加工技術(shù)以得到改性效果。 對(duì)于生物可降解聚合物的研究還存在很多的問題，其應(yīng)用面是非常廣泛的，可以解決很多現(xiàn)實(shí)的問題，因此我覺得這個(gè)課題是非常重要的?！?】張穎，堵國(guó)成，范雪榮，等聚乙烯醇生物降解研究進(jìn)展J】生物技術(shù)通報(bào)，2007，23(6)：5054【2】張光華，周小豐，來(lái)智超SAPVA 可降解復(fù)合塑料膜的制備與性能研究【J1塑料工業(yè)，2006，34(10)：6467f71唐賽珍，楊惠梯降解塑料近期發(fā)展的動(dòng)向、問題及前景【3】降解塑料通訊，19

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