生物可降解聚合物的发展概况.doc

生物可降解聚合物的发展概况 根据所检索的资料，了解到了一些关于生物可降解聚合物的知识，不同的文献所阐述的方向不同，有生物可降解聚合物的合成方法、降解机理、具体的例子讲解聚合物的合成方法及其在生物体内的降解过程、以及现在最热门的方向生物可降解聚合物的应用，在农业上、医学上都有着很重要的应用。对于生物可降解聚合物的发展可以概括为以下几点：1. 生物可降解聚合物的定义及分类。生物可降解聚合物是指在生物体内能被降解或酶解，生成的小分子物质被机体吸收并排出体外的一类高分子材料。生物可降解聚合物按来源可分为天然和合成两大类。天然可降解聚合物包括甲壳素、壳聚糖及其衍生物等；合成可降解聚合物分为人工合成和细菌合成两大类。天然可降解聚合物具有生物黏附性和多种生物活性，生物相容性好，毒性低，不溶血。可被体内溶菌酶、胃蛋白酶等多种酶生物降解，降解产物无毒，能被生物体完全吸收。壳聚糖种类较多，具有不同的脱乙酰度，分子量、黏度不同。动物实验也证实壳聚糖可在脑组织内降解，且脑组织生物相容性良好，可作为颅内植入缓释化疗基质之一。合成可降解聚合物 人工合成的聚酯类是目前唯一被美国FDA批准用于生物医学领域的一类生物可降解材料，该类聚合物的主链大都是由脂肪族结构单元，通过易水解的酯键连接而成，主链柔顺，易被自然界中的多种微生物或植物体内酶分解。较常用的有：聚羟基醋酸、聚羟基丁酸酯、聚乳酸、乳酸一聚乙二醇共聚物、聚乳酸一聚乙二醇嵌段共聚物等；聚酸酐类是由羟酸聚合而成，性质活泼，遇水极不稳定，在体内具有良好的相容性。细菌合成的可降解聚合物包括聚羟基烷基醇酯及聚( 苹果酸酯)等，在细菌中广泛存在。同时，在自然界也存在着大量能够分泌多聚羟基烷酸解聚酶和水解酶的微生物，因此，多聚羟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机理。可降解聚合物的合成方法：第一步：聚合（共聚）、缩聚、交联。第二步：嵌段、接枝。第三步：引入特性官能团、组分。第四步：利用物性互补合成新聚合物。根据聚合单体生物降解性、熔点、硬度、水解性能等的不同, 进行适当配聚。 聚合物的生物降解是指在生物作用下聚合物发生降解、同化的过程。起生物降解作用的微生物主要包括真菌、霉菌或藻类，作用机理大致可归为三类：(1)生物物理作用。由于生物细胞增长而使聚合物组分水解、电离或质子化而发生机械性破坏，分裂成低聚物碎片；(2)生物化学作用。微生物对聚合物作用而产生新物质(CH 、CO 和H O)；(3)酶直接作用。被微生物侵蚀部分导致塑料分裂或氧化崩裂。生物降解并非单一机理，是复杂的生物物理、生物化学协同作用，并同时伴有相互促进的物理、化学过程。3. 可降解聚合物的应用。（1）、在农药生产中的应用 随着化学技术的发展, 人们不断地研制出具有各种功能的生物、化学制剂, 如药物、农药、高效化学肥料等。目前世界上出现的农药剂型若按有效成分释放特性分类, 有各种自由释放的常规型和控制释放剂型两大类别。控制释放技术在农药制剂领域的应用, 使得农药剂型更加合理, 性能趋于完美, 真正达到了高效、安全、经济和使用方便的目的。农药剂型中缓释技术的研究工作主要集中在缓慢、持续或延长释放的剂型上, 使活性成分在制剂中长时间地以缓慢和连续有效的速率释放到环境中去。因此控制释放剂型常被称之为缓释剂, 但严格地说, 它们不完全相同。单从生物效应的观点, 持久性农药是可取的。但是, 因为它在环境中分解很慢, 滞留时间很长, 并且易进入食物链, 所以使用受到严格控制。而非持久性农药, 为了保证长期持续的药效, 必须过量和重复使用。当非持久性农药以控制释放剂型施用时, 能在一作用点上长时间地维持一个特定的浓度而副作用较少。因此它可得到如下效果: ( 1) 使农药缓慢释放, 延长持效; ( 2) 药剂稳定, 很少受到水、空气等环境影响; ( 3) 降低毒性; ( 4) 减轻药害; ( 5) 减少环境污染; ( 6) 降低对鱼的毒性; ( 7) 掩蔽气味; ( 8) 降低反应性; ( 9) 减少漂移; ( 10) 使液体原药固体化;( 11) 易于操作, 节省劳力等。 （2）在油田中的应用 1.可降解聚合物在防砂方面的应用。机械防砂法，如滤砂管和砾石充填法。将砂粒截留，避免其到达井眼。化学防砂法如化学胶结防砂法，首先向地层挤注低粘度的化学剂，接着注入增孑液，然后注入固化剂在地层条件下化学剂就地反应，在砂粒之间架桥使地层砂粒固结。增加岩石机械强度。机械防砂法会在井底留下防砂工具化学防砂法会造成渗透率损失，因此可以采用可降解聚合物材料来解决这些问题。2. 可降解聚合物在暂堵方面的应用。在钻井、酸化和压裂过程中，工作液都存在进入地层孑L隙的可能性，为了降低外来流体对储层的伤害，将可降解聚合物材料制成微球，让其堵塞地层孔隙或在孔隙吼道部位堆积形成滤饼，即对地层进行暂堵处理。当施工完毕，这些起暂堵作用的可降解聚合物微球发生降解，恢复地层的渗透率，提供油流通道。3. 可降解聚合物在水处理方面的应用。 （3）在医学上的应用 1. 生物可降解聚合物载药纳米粒的应用：纳米控释系统特有的性质在药物输送方面具有许多优越性, 如, 延长药物作用时间, 达到靶向输送的目的; 在保证药物作用的前提下, 减少给药剂量; 减轻或避免毒副反应; 提高药物稳定性, 以利于储存; 建立新的治疗途径, 包括体内局部给药、黏膜吸收给药和多肽药物的口服给药等。（1）肿瘤的治疗纳米控释系统最有发展的应用之一是用作抗肿瘤药物的输送系统。肿瘤细胞有较强的吞噬能力, 肿瘤组织血管的通透性也较大, 细胞活性的加强和肿瘤内脉管系统的衰弱, 使静脉途径给予的纳米粒子能在肿瘤内输送, 它不但能导致纳米粒子在静脉内的聚集。与游离药物相比, 纳米粒子还能缓释抗肿瘤药物, 从而提高疗效, 减少给药剂量和毒性反应。（2）糖尿病治疗方面的应用糖尿病治疗的关键是使血糖达到并维持正常或接近正常水平, 胰岛素的降糖疗效明显, 但目前临床多采用皮下注射, 给药间歇短, 需长期用药, 给病人带来不便。胰岛素纳米囊的研制对此问题的解决提供了很大的便利。（3）心血管疾病治疗方面的应用纳米粒子作为一种超微小球型药物载体, 其突出优点是比细胞小, 能被组织及细胞吸收, 加之其微小体积, 使它可自由分散形成乳状悬浮液, 通过现有微孔球囊导管导人血管内, 成为药物治疗心血管疾病的有效途径。（4）抗病毒药目前已有人正着手开发装载抗人类免疫缺陷病毒药物的纳米粒子。其主要优点是可改善药物的药动力学性质, 并把药物定向输送到网状内皮系统, 从而增强药物疗效。鉴于巨噬细胞在爱滋病的免疫发病机理中扮演了重要角色, 如能将抗病毒纳米粒定向输送到巨噬细胞, 会使药物充分发挥作用, 从而减少剂量, 降低毒副作用。迄今, 用核苷类药物治疗乙型肝炎已取得初步成效, 但疗效不理想而且肾毒性大。2 医用缝线。3 人工皮肤(伤口覆膜) 利用甲壳素及其衍生物制造的人造皮肤具有良好的组织相容性、成膜性、柔软性和一定的抗菌消炎作用，促进伤口愈合作用。4 引导性组织再生材料引导性组织再生材料是用外手术方法放置一物理屏障来分隔不同的组织，其主要目的是建立一能使生物再生功能得到最大程度发挥的有利环境。作为合适的生物降解型引导性组织再生材料，应当具有良好的弹性和生物相容性，而材料降解时间与组织再生时间平衡及降解产物不会引起体内的不良反应。 2、人体修复用材料。1 医用胶黏剂具有生物相容性并且能够生物降解的亲肤性聚氨酯黏胶适合于做伤口敷料，其基本形态由多醇与二异氰酸酯配合而成的有双未端异氰酸基的预聚物。当遇到渗出的体液、血液等后，聚氨酯系胶黏剂通过以高反应性异氰酸基为中心的复杂交联反应，能在短时间内变成柔软的黏接力较大的弹性体状生成物。3、基因治疗。载体生物降解聚合物微球具有自身稳定性好、化学结构和粒度大小可人为控制的优越性，并可通过化学手段控制基因的释放速度。粒子表面用化学偶连或物理吸附等方法引入识别性分子，使其具有识别靶细胞的能力，在细胞内聚合物逐步降解，将DNA直接释放到细胞浆内。 4、中药澄清剂。用甲壳素或壳聚糖作絮凝剂制备中药制剂，其成品总固体量、有效成分或指标成分均不同程度的高于以水提醇沉法制备的成品。而成本低、应用方便。是较为理想的澄清剂。5、药剂的辅料 目前在药剂上应用主要用做膜剂、缓释剂的辅料，片剂的崩解剂等。常用的有甲壳素、壳聚糖等可降解材料。还可水凝胶、胶囊等材料，如可生物可降解嵌段共聚物材料制备的凝胶，因其生物可降解性及良好的生物相容性，有良好的发展前景 。如配制硫酸铝壳聚糖凝胶用于消化道溃疡有效克服原硫酸铝制剂起效慢、疗效弱等缺点，还可增加制剂的稳定性。6.在治疗心脏病方面。支架材料是构建组织工程心脏瓣膜的主要研究内容之一，目前报道作为组织工程心脏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)，聚羟基烷酯(PHA)，聚羟基丁酸(PHB)等_2I3 J。PHB最早由Lemoigne(1964)从细菌中分离出来，是目前较广泛应用于组织工程的一种生物合成材料，由原核生物在碳、氮营养失衡的情况下，作为碳源和能源储存而合成的热塑性聚酯。另外，生物可降解聚合物还可用于人造泪、隐形眼镜清洗液、合成生化试剂、眼药水基剂等口” 。生物降解聚合物应用面广、种类较多, 但不少聚合物在降解性、实用性、 机械性能、价格等 方面往往存在着这样或那样的不足, 从而限制了它们的实际使用。为了达到实用性和降解性的统一, 国外众多研究机构和企业不断地对相关聚合物进行研究和改性。在生物合成方面改善传统比如发酵合成工艺, 强化产品分离、提取、纯化的设备和方法, 提高产品的产率和质量，采取菌种变异、基因工程法制取产品 开拓生化合成聚合物的新原料。在化学合成方面以化学高分子的相关理论、技术为基础, 采用分子设计的方法, 标的合成聚合物 或改变同塑化有关的性能结晶度、晶体 或分子排列、形态、玻璃转化温度、熔融温度或改善同机械性能有关的参数刚度, 延伸强度, 伸长率、或调整、引人相应降解性的官能团、组分以提高新聚合物的降解性、降低成本价格等, 达到实用之目的。利用物性互补或控制相关相态和分散态合成新聚合物以及采用特定加工技术以得到改性效果。 对于生物可降解聚合物的研究还存在很多的问题，其应用面是非常广泛的，可以解决很多现实的问题，因此我觉得这个课题是非常重要的。【1】张颖，堵国成，范雪荣，等聚乙烯醇生物降解研究进展J】生物技术通报，2007，23(6)：5054【2】张光华，周小丰，来智超SAPVA 可降解复合塑料膜的制备与性能研究【J1塑料工业，2006，34(10)：6467f71唐赛珍，杨惠梯降解塑料近期发展的动向、问题及前景【3】降解塑料通讯，1994(4)：3-15【4】张华集古铁光敏剂在LDPE降解地膜中的应用研究【J】现代塑料加工应用，1995。7(1)：5256【5】段明星, 乐志操, 马红, 等.氰基丙烯酸酯包裹胰岛素纳米颗粒的结构J.中国药学杂志, 1999,34(1): 2326【6】DUAN MX,YUE ZC,MA H,et al. 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