汪浩（池州學(xué)院，安徽 池州 247100）

生物降解高分子材料研究與進(jìn)展

汪浩（池州學(xué)院，安徽 池州 247100）

高分子材料未來研究的方向應(yīng)當(dāng)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(jì)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)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(jī)理、制備方法及應(yīng)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(xué)、物理和機(jī)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(jī)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(hù)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(jī)理

（1）生物降解作用。生物降解是從有機(jī)生物轉(zhuǎn)化為無機(jī)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(xì)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(fù)雜的高分子材料降解為小分子短鏈，以便穿過微生物細(xì)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(jī)副產(chǎn)物。

（2）化學(xué)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(xué)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(xué)因素而導(dǎo)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(jī)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(xué)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(xué)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(jī)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(xué)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(xué)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(xué)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(xué)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(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 工業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

在工業(yè)應(yīng)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(xué)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(dāng)環(huán)保，不會造成環(huán)境污染。

3.2 農(nóng)業(yè)應(yīng)用現(xiàn)狀

在農(nóng)業(yè)應(yīng)用上，生物降解高分子材料在應(yīng)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(xué)降解變化形成二次可以利用的肥料，改良土壤環(huán)境，促進(jìn)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(yīng)用

在醫(yī)藥領(lǐng)域，生物降解高分子材料主要應(yīng)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(xì)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(jìn)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(yīng)人體。

3.4 其他應(yīng)用

生物降解高分子材料在其他領(lǐng)域的應(yīng)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(yīng)用當(dāng)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(xué)院，本科。