生物降解高分子ppt課件

1、2 2、生物降解高分子、生物降解高分子Biodegradable PolymerBiodegradable Polymer引起高分子降解的因素l 熱 熱降解l 輻照光、UV線、g射線） 光降解、輻照l(shuí) 降解l 氧化 （O2、O3） 氧化降解 l 輻照 + 氧化 光氧化降解l 水 水解降解l 微生物、酶 生物降解l 機(jī)械力 機(jī)械降解l 聲波 超聲降解l 環(huán)境 環(huán)境降解生物降解材料生物降解材料 生物降解材料是指在生理環(huán)境下構(gòu)成材料的分子能自動(dòng)斷裂、從大分子變成小分子、從不溶解變成能溶解，從而能逐漸被機(jī)體代謝或吸收的材料 生物降解材料分類生物降解材料分類來(lái)源來(lái)源材料種類材料種類材料舉例材料舉例天然材

2、料天然材料天然無(wú)機(jī)物天然無(wú)機(jī)物羥基磷灰石羥基磷灰石珊瑚礁等珊瑚礁等天然衍生天然衍生 材料材料甲殼素、殼聚糖、海藻酸甲殼素、殼聚糖、海藻酸鹽、膠原蛋白、鹽、膠原蛋白、 葡聚糖、葡聚糖、透明質(zhì)酸、明膠、瓊脂等透明質(zhì)酸、明膠、瓊脂等合成材料合成材料 合成高分子合成高分子 脂肪族聚酯、聚酸酐、聚脂肪族聚酯、聚酸酐、聚 膦腈、聚原酸酯、聚醚等膦腈、聚原酸酯、聚醚等天然衍生材料初始原料來(lái)自于動(dòng)、植物或初始原料來(lái)自于動(dòng)、植物或者人體，而后經(jīng)過(guò)物理或化者人體，而后經(jīng)過(guò)物理或化學(xué)方法加工、處理得到的材學(xué)方法加工、處理得到的材料。包括天然的無(wú)機(jī)衍生生料。包括天然的無(wú)機(jī)衍生生物材料和天然的有機(jī)衍生生物材料和天然的有

3、機(jī)衍生生物材料。物材料。 降解機(jī)制降解機(jī)制l 材料在體內(nèi)的降解和吸收是受生物環(huán)境作用材料在體內(nèi)的降解和吸收是受生物環(huán)境作用的復(fù)雜過(guò)程，包括物理、化學(xué)和生化因素。的復(fù)雜過(guò)程，包括物理、化學(xué)和生化因素。l 物理因素主要是外應(yīng)力物理因素主要是外應(yīng)力l 化學(xué)因素主要有水解、氧化及酸堿作用化學(xué)因素主要有水解、氧化及酸堿作用l 生化因素主要是酶和微生物生化因素主要是酶和微生物l * 由于植入體內(nèi)的材料主要是接觸組織和體由于植入體內(nèi)的材料主要是接觸組織和體液，因此水解包括酸堿作用和自催化作用液，因此水解包括酸堿作用和自催化作用和酶解是最主要的降解機(jī)制和酶解是最主要的降解機(jī)制水解機(jī)制水解機(jī)制 天然聚合物在生物

4、中的降解，首先被水解或天然聚合物在生物中的降解，首先被水解或氧化降解為小分子，然后再被吸收排泄?？裳趸到鉃樾》肿樱缓笤俦晃张判?。可降解的合成高分子材料的降解主要是水解。降解的合成高分子材料的降解主要是水解。水解降解過(guò)程可以被酸、堿或酶所催化。水解降解過(guò)程可以被酸、堿或酶所催化。 高分子量固態(tài)聚合物裝置從植入體內(nèi)到消失，高分子量固態(tài)聚合物裝置從植入體內(nèi)到消失，是由不溶于水的固體變成水溶性物質(zhì)的過(guò)程，是由不溶于水的固體變成水溶性物質(zhì)的過(guò)程，這個(gè)過(guò)程稱為溶蝕。這個(gè)過(guò)程稱為溶蝕。 分子鏈斷裂是降解的第一階段；吸收是第二分子鏈斷裂是降解的第一階段；吸收是第二階段：即進(jìn)入體液的降解產(chǎn)物被細(xì)胞吞噬并階

5、段：即進(jìn)入體液的降解產(chǎn)物被細(xì)胞吞噬并被轉(zhuǎn)化和代謝。被轉(zhuǎn)化和代謝。 當(dāng)分子量小到可溶于水的極限時(shí)如數(shù)均分當(dāng)分子量小到可溶于水的極限時(shí)如數(shù)均分子量子量Mn5000道爾頓左右的聚酯），整體結(jié)構(gòu)道爾頓左右的聚酯），整體結(jié)構(gòu)即發(fā)生變形和失重，逐步變?yōu)槲⑿〉乃槠⒓窗l(fā)生變形和失重，逐步變?yōu)槲⑿〉乃槠⑦M(jìn)入體液。進(jìn)入體液。酶解機(jī)制酶解機(jī)制l 聚合物前期的水解過(guò)程不一定需要酶參加，但水解生成的低分子量聚合物片段可能需要通過(guò)酶的作用轉(zhuǎn)化為小分子代謝產(chǎn)物l 酶促水解和酶促氧化反應(yīng)是材料在體內(nèi)降解吸收的重要因素，酶在一定程度上影響降解機(jī)制和速度l 酶促水解機(jī)制：容易水解的聚合物，在體內(nèi)可能同時(shí)存在單純水解和酶催化水

6、解兩種作用l容易被水解酶降解的聚合物：聚酯、聚酰胺、聚氨基酸、聚-氰基丙烯酸以及某些聚酯型聚氨酯l* 酶促氧化機(jī)制：主要是一些非水解性聚合物l材料在體內(nèi)最后是通過(guò)吞噬細(xì)胞和巨細(xì)胞內(nèi)吞作用而吸收代謝。體內(nèi)的酶都參與了這個(gè)轉(zhuǎn)化反應(yīng)，而過(guò)氧化歧化酶SOD則起到加速轉(zhuǎn)化的作用l * 自由基作用機(jī)制：氫氧自由基是引起降解的重要因素。例如，聚乳酸在有過(guò)氧化氫和二價(jià)鐵離子的介質(zhì)中，比在單純水介質(zhì)中的降解速度加快了近一倍含有可水解基團(tuán)高分子的降解模式含有可水解基團(tuán)高分子的降解模式 高分子類型 主鏈的鍵合形式 降解產(chǎn)物 聚酯 -C-C-O-C- -C-OH HO-C- O O 聚醚 -C-O-C- -C-OH

7、HO-C- 聚氨酯 -C-O-C-N-C- -C-OH CO2 H2N-C- O H 聚酰胺 -C-C-N-C- -C-C-OH H2N-C- O H O 合成類生物降解高分子 聚乙醇酸聚乙交酯）（聚乙醇酸聚乙交酯）（PGA） 聚乳酸聚丙交酯）聚乳酸聚丙交酯） （PLA） 聚己內(nèi)酯聚己內(nèi)酯 （PCL） 聚羥丁酯聚羥丁酯 （PHB） 聚羥戊酯聚羥戊酯 （PHV） 聚羥基酸聚羥基酸 （PHA）脂肪族聚酯脂肪族聚酯 生物降解性：指在自然環(huán)境下可由于微生物等生生物降解性：指在自然環(huán)境下可由于微生物等生物作用而分解的性質(zhì)物作用而分解的性質(zhì)* 嚴(yán)格地說(shuō)，指由于生物所具有的酶而分解的性嚴(yán)格地說(shuō)，指由于生物所

8、具有的酶而分解的性質(zhì)。不包括非酶的水解和溶解。在土壤中和海水質(zhì)。不包括非酶的水解和溶解。在土壤中和海水中由于酶而降解的高分子材料，稱為生物降解性中由于酶而降解的高分子材料，稱為生物降解性塑料。塑料。 生物吸收性：指在人體內(nèi)由于酶或非生物吸收性：指在人體內(nèi)由于酶或非酶作用而降解，而降解產(chǎn)物可被機(jī)體吸酶作用而降解，而降解產(chǎn)物可被機(jī)體吸收、代謝的性質(zhì)。收、代謝的性質(zhì)。 * 包括材料并未降解，而是在溶解狀態(tài)下包括材料并未降解，而是在溶解狀態(tài)下被吸收的情況被吸收的情況,如膠原等可由于酶的作用如膠原等可由于酶的作用而降解的天然高分子。而降解的天然高分子。材料在體內(nèi)的吸收和排泄材料在體內(nèi)的吸收和排泄 組織和

9、細(xì)胞生物學(xué)方法是研究材料在體內(nèi)吸收過(guò)程的主要手段，可用以評(píng)價(jià)材料的組織反應(yīng)和生物相容性。 用同位素標(biāo)記方法可以定量地研究材料在體內(nèi)的降解、吸收和排泄。 材料本身的化學(xué)結(jié)構(gòu)，其中聚合物主鏈的易水解性和單體的親水性是最要的因素。 不同主鏈結(jié)構(gòu)的合成高分子在中性水介質(zhì)中降解的難易程度從大到小排列如下： 聚酸酐 聚原酸酯 聚羧酸酯 聚氨基甲酸酯 聚碳酸酯聚醚 聚烴類 影響高分子生物降解性的主要因素影響高分子生物降解性的主要因素 化學(xué)組成化學(xué)組成 分子中包含的可水解基團(tuán)的種類和分子中包含的可水解基團(tuán)的種類和含量含量? 分子主鏈的柔性分子主鏈的柔性? 分子形態(tài)結(jié)構(gòu)分子形態(tài)結(jié)構(gòu) 橡膠態(tài)橡膠態(tài)(?) 玻璃態(tài)玻璃態(tài)(?) 結(jié)晶態(tài)結(jié)晶態(tài)(?) 親親/疏水性疏水性 含親、疏水兩種基團(tuán)含親、疏水兩種基團(tuán) 只含單一種只含單一種水基團(tuán)水基團(tuán) 圖圖 生物降解高分子的分子量、強(qiáng)生物降解高分子的分子量、強(qiáng)度和質(zhì)量隨降解時(shí)間的變化度和質(zhì)量隨降解時(shí)間的變