聚乳酸长丝的体外降解行为研究毕业论文.doc

太原理工大学毕业设计（论文）聚乳酸长丝的体外降解行为研究毕业论文目录开题报告- 1 -一、聚乳酸纤维研究领域概论- 2 -二、课题的研究意义和目的- 2 -（一）已有成果的不足或疏漏- 8 -（二）观点及论文题目- 8 -（三）选题的目的和意义- 8 -三、研究思路及方案- 8 -（一）研究思路- 9 -（二）研究方法及手段- 9 -四、进度计划- 9 -五、参考文献- 10 -论文正文- 13 -一、前言- 14 -二、实验部分- 15 -三、结果与分析- 17 -四、结论- 20 - 五、展望六、参考文献- 23 -毕业实习报告- 26 -外文资料及译文- 30 -英文原文：- 31 -中文翻译：- 36 -论文缩写- 41 -致 谢- 51 -I太原理工大学毕业设计（论文） 一、 聚乳酸纤维研究领域概论1.1 聚乳酸的研究背景聚乳酸,简称PLA，是从玉米、木薯等一些植物中提取的淀粉经酸分解后得到葡萄糖，再经乳酸菌发酵生成乳酸，乳酸分子中的羧基和羟基的反应性较高，在适当条件下容易合成高纯度的聚乳酸。用玉米加工乳酸的工艺流程如下：玉米玉米淀粉微生物发酵乳酸。聚乳酸的合成方法包括直接聚合法和间接聚合法两种方法，直接聚合法的过程：乳酸低聚物聚乳酸，间接聚合法的过程：乳酸丙交脂聚乳酸。目前,乳酸聚合主要采用丙交酝法，又称两步法，其生产工序为：第一步将乳酸脱水环化制成丙交醋；第二步将丙交酷开环聚合制得聚乳酸。聚乳酸纤维是一种性能较好，可自然降解的纤维，也可以再生物体体液的环境下降解，可采用玉米的自然资源制取，从原料到废弃物完全是绿色、环保，同时还可以再生利用。用玉米等天然原料加工聚乳酸产品对资源的综合利用、减少环境污染具有重要的意义和开发价值，因而受到了广泛的关注。1.2 聚乳酸纤维国内外发展的历史和现状人类在21世纪的最大课题之一是保护环境。当前人类生存的唯一家园地球的环境污染已经引起所有人的关注，塑料和合成纤维虽然都很有用，但大多数不能自然分解，其废弃物会造成污染。随着以石油的矿物质为原料制造合成纤维的生产过程所排放的二氧化碳已经造成严重的温室效应和大气的污染，同时由于世界范围的矿物质的开采和消耗量不断增大，原始自然资源的严重减少甚至走向缺乏。绿色环保问题已成为全球关注的核心问题自20世纪60年代，人们开始研究和开发生物可降解聚合物，以保护环境。其中以聚乳酸纤维最为瞩目。聚乳酸也称为聚丙交酯，它属于聚酯家族，因为具有良好的加工性能，优良的生物相容性和合适的力学性能，所以制品种类很多，用途很广泛。聚乳酸纤维是一种可完全生物降解的合成纤维，它可从玉米、木薯等物质中获取。由其生产的制品废弃后在土壤中经微生物作用可降解为二氧化碳和水，燃烧时，不会散发有毒气体，不会造成环境污染，是一种可以循环利用的、可持续发展的绿色环保生态纤维，因此得到国内外广泛的关注和应用。1.3聚乳酸纤维的性能1.3.1 聚乳酸纤维的机械性能 聚乳酸纤维的细度较细，强度30- 50CN/tex，伸长率30%- 40%，回潮率和聚酯纤维相近，约为 0.4%- 0.6%，卷曲30- 50/10cm ，比重1.25g/cm3，熔点170。聚乳酸纤维的比重小于涤纶，大于锦纶6，因此聚乳酸纤维的制成品比较轻盈。聚乳酸纤维的熔点与涤纶，锦纶比较要明显低，聚乳酸纤维的断裂强度和断裂伸长率都于涤纶接近；因此，聚乳酸纤维属于高强、中伸、低模型，这些使得其面料能够制成高强力、延伸性好、手感柔软、悬垂性好、回弹性好以及较好卷曲性和卷曲持久性的纺织品。1.3.2 聚乳酸纤维的热学和光学性能聚乳酸纤维具有较高的结晶性和取向性，因此具有较高的耐热性，聚乳酸纤维的的燃烧热低于聚酯和聚酰胺纤维，燃烧时产生的烟雾很少；聚乳酸虽不能阻燃，但有一定的熄灭性，而且其持续时间短，通过比较简单的阻燃处理，即可获得较为理想的阻燃性能。聚乳酸有很好的抗紫外线功能，在紫外线长期照射下，其断裂强度和断裂伸长率几乎不变。1.3.3 聚乳酸纤维的生物可降解性能 聚乳酸纤维及其共聚物有良好的生物降解性，在土壤、淤泥、海水或河水等具有一定温湿度的自然环境中，PLA纤维首先开始水解，生成为CO2 和H2O，CO2和H2O通过光合作用，重新变成乳酸的原料淀粉。聚乳酸纤维制品具有抗菌和防腐性能，可用于服装、服饰医用防护及其他各领域的纺织产品。聚乳酸纤维生物体内降解，同时也可以被生物体吸收。在人体中聚乳酸也可以被吸收， 对人体无害，无积累，聚乳酸纤维具有无毒、防毒和抗菌作用，它的人体可吸收性在医学上开发了免拆手术缝合线。1.4 聚乳酸纤维的降解特性 从分子结构角度看，高分子聚合物材料的降解主要有3 种方式:(1)主链降解生成低聚物和单体；(2) 侧链水解生成可溶性的单链高分子化合物；(3)交链点裂解生成可溶性的线性高分子。聚乳酸的降解， 一般认为主要方式为本体降解，即以第1 种方式降解1 。从聚乳酸类材料来看其降解又可分为简单水解降解和酶催化水解降解。简单水解降解是水分子攻击聚乳酸分子中的酯键，使其分解为羧酸和醇的反应，是酯化反应的逆反应。聚乳酸的酶催化降解是一个间接的过程，首先是主链上不稳定的C-O键水解生成低聚物，然后在酶的作用下进一步降解为二氧化碳和水，和纤维素等天然聚合物的降解是不同的。天然聚合物的降解，一般是直接和酶反应；而聚乳酸酯不接受直接的酶攻击，在自然降解环境下首先发生水解，使其相对分子质量有所降低，分子骨架有所破裂，形成较低相对分子质量的组分。水解到一定程度，方可以进一步在酶的作用下新陈代谢，使降解过程得以完成2。在这里，第一步的水解作用几乎是不可避免的，是发生在聚合物的晶区和非晶区表面。因此， 聚乳酸酯的酶降解过程是间接的。研究表明 ，唯一能使聚乳酸酯不经水解而直接发生作用的只有蛋白酶K，但水的加入也起了重要的作用，它导致聚合物溶胀而容易被酶进攻。聚乳酸及其共聚物由于主链上含有酯键，可以被酯酶加速降解。1.5 聚乳酸纤维的降解影响因素高分子聚合物材料的生物降解机理是非常繁琐复杂的，而且影响其降解的因素更加繁多，其中:分子结构、结晶度、取向度、分子量、pH 值、温度等因素对其降解具有较显著的影响作用，以下就这些因素对聚乳酸的降解的影响作详细阐述。1.5.1 分子结构的影响分子结构是影响聚乳酸特性的一个重要因素。本身有部分酸性成份的聚合物比放在酸性环境中的聚合物的降解速率要快，这说明聚合物本身的结构比降解的自然环境更重要。S. H . Lee 等3 制备了3臂、4臂的聚乳酸，相同分子量的不同星形结构的聚乳酸分子的端基数目不同，降解速度也不相同。Li 等人4 通过研究发现随着极性端基数目的增加降解速度呈上升趋势，由于含支化结构的聚合物具有较低的结晶度和较多的末端基，因此这同样可以解释相同分子量的星形结构的比线性结构的聚乳酸降解快的原理。人们通过合成聚乳酸为基的各类共聚物来改变其化学结构及性能，达到控制其降解速度。如PLGA 共聚物 5，PEG的引入不但提高了PLA 的亲水性，降低了其结晶度，使聚合物的降解速度加快，同时还赋予材料新的特性和功能。共混改性中，引入基团的亲水性在聚合物的水解过程中起决定作用， 亲水性越好，水解降解越显著。S.M.N.Scapin 6 通过添加柠檬酸三乙酯改变PLLA 的多孔性可以控制PLLA 的降解时间，而且没有破坏聚合物的生物适应性。端基的种类对PLA的降解也有重要的影响。S.H.Lee等3合成了不同端基(胺基、氯酰基、羧基和羟基) 的聚乳酸，并对其降解性进行了研究，发现NH2-PLA、C-lPLA 比COOH-PLA、OH-PLA的降解速度较慢，说明NH2-PLA和C-lPLA有一定的抗水解性能。可能由于Cl-和NH -2极性比OH-的小，导致较低的降解情况。另外，NH-2能和加速水解降解的酸性基团配位，可能也是导致降解速度降低的原因之一。乳酸的构型也会对其降解产生影响。McCarthy的研究小组用K-蛋白酶在PLLA 降解方面做了大量的研究。根据实验观测，和D-聚乳酸相比，K-蛋白酶优先降解L-聚乳酸，D-聚乳酸几乎不能被降解。在K-蛋白酶降解3 种混合共聚物的实验中，可以得出结论，K-蛋白酶优先降解L-L、L-D、D- L，不降解D-D的共聚物。1.5.2 结晶度的影响 聚乳酸在蛋白酶中的酸性水解降解速率与结晶度有关，Lijian Liu等7在用K-蛋白酶降解聚乳酸的研究中，发现K-蛋白酶优先降解PLLA 的无定型区域， 很难降解PLLA 晶体。无定型的PLLA- PDLA 共聚物的降解速率比部分结晶的PLLA-PDLA 的快的多，这可以认为是链的排列分布不同导致的， 反映出K- 蛋白酶对聚乳酸的结晶度具有很高的敏感度。在结晶区域分子结构排列紧密，酶分子很难进入到聚乳酸分子内部，因此降解速度很慢。但也有人认为结晶度的增加是由于无定型区的水解使得剩余样品中结晶相的比例增加的原因。无定型领域降解速度快，生成的短链产物迅速增加， 分子链重排也可能导致结晶度增加。Yo shihiro Kikkaw a 等8用不可结晶的和可结晶的两种类型的聚乳酸来做实验的试样，研究它们在K-蛋白酶缓冲液中的降解。在降解的初期同样可以直接的观察到，晶体周围的无定形区域优先降解，晶体PLLA薄片在酶的降解过程中没有明显变化，然而在碱性水解中薄片减少。纯晶体PLLA 的酶降解优先出现在晶体边缘而不是排列整齐的表面，而碱性水解同时侵蚀晶体边缘和表面。Tsuji9 也研究了在K蛋白酶作用下PLLA膜降解过程中晶粒的影响，发现和晶粒之间的无定性区域相比，降解主要发生在晶粒外界的无定形区域。1.5.3 分子量的影响 对于不同分子量的聚合物, 在相同降解时间和相同降解环境下, 分子量较高的降解相对较慢, 分子量低的降解相对较快。几乎所有降解实验的结果都符合这个规律。 尚春10认为: 共聚物的分子量和聚合度分布性可显著影响材料的水解速度。分子链上的酯键水解是无规则的,每个酯键都可能被水解, 分子链越长, 被水解的部位越多,分子量降低地也越快。分子量低了, 端基数目增多, 是直接加速其降解的原因之一。且共聚物的结晶度和熔点亦与分子量直接相关, 因此分子量的大小对聚乳酸的降解有着关联影响。1.5.4 PH的影响聚乳酸类聚合物的化学降解是在酸性条件下，由于氢离子的作用是酯键断开引起的，因此溶液的pH 是影响聚乳酸及其共聚物降解的又一因素。Hideto Tsuji11 等研究了在pH 范围从0.9 12.8的水溶液中聚乳酸的降解情况，GPC和DSC 结果说明，残余晶体的水解从pH 背离7 时开始加速，说明氢离子和氢氧根离子的接触对晶体的水解有影响。马晓妍等12的研究发现，聚乳酸在去离子水、0.01mol /L盐酸溶液、pH 为7.4的磷酸缓冲液、0.01mol/L氢氧化钠溶液4种降解介质中的降解速率，从快到慢的顺序为: 碱液酸液去离子水缓冲液。在碱液中的降解速率最快，是因为聚乳酸水解生成羧酸产物与碱中和，促进了水解反应向正反应方向进行。聚乳酸在磷酸缓冲液中的降解，虽然生成羧基使溶液酸性增加，但是由于磷酸缓冲液可以保持溶液的pH在一个恒定的范围内，因此降解较慢。而在去离子水中，由于聚乳酸水解产生的羧基可以催化和加速酯键的水解，所以聚乳酸在去离子水中的降解比在磷酸缓冲液中快。1.5.5 湿度的影响由于聚乳酸酯在降解机理上存在的特殊性，它的降解总是必须先行水解，并在水解至一定程度后方可以进行酶解。因此，适宜水解的环境条件，可以明显地影响降解的速度。聚乳酸酯的水解速度与环境温湿度条件有很大关系。钱以宏专门对聚乳酸在不同湿度下的降解性能进行了研究，结果显示相对湿度为80%时的降解速度是相对湿度20%时的降解速度的3 倍以上。环境湿度越大，温度越高，水解就越快，降解时间便越短。Yo shihiro Kikkaw a 等13在真空环境和在水环境下，用原子显微镜( AFM) 研究300nm 厚的PLAs 膜的性质和薄膜表面分子的活性的关系。观测发现PLA 表面在水环境中比在真空条件下有更低的玻璃熔融温度。在水环境下c-PLA 的冷结晶温度比在真空条件下降低。这些都充分证明环境湿度增大，分子活性增强，加快降解速度。除了环境的湿度，材料本身的亲水性对其降解和应用也有重要的影响。共混改性中，填料的亲水性在聚合物的水解过程中起决定作用，填料的亲水性越好，水解降解越显著。Yun-Qi WANG等通过改变聚乳酸表面的亲水性和粗糙度，用鼠L929 纤维原细胞来测定PLLA表面的细胞亲和力，发现随着亲水性的改善和粗糙度的增加，PLLA 表面鼠L929纤维原细胞的支持和生长都得到了明显的改进。因此改良表面的亲水性是聚乳酸在组织工程方面应用的研究重点之一。1.5.6 其他张敏等14考察了环境中微量金属离子的存在对PLA 降解的影响。实验表明Mg2+ 、Zn2+ 和Ca2+ 这3种金属离子对PLA 的生物降解速度为:Ca2+Mg2+Zn2+普通土壤提取液。此外UV 照射、聚合物共混物的相分配、等离子体处理等均对聚合物的生物降解能力产生很大影响。将醋酸纤维素膜在UV照射下进行微生物酶的降解，其质量损失率可提高37%，表明UV照射对生物降解性有大的影响。共混物相分离情况的考察是通过热处理后，使混合物形成了被分离的微小结构，使混合物产生最佳相位分配，这样可提高生物降解能力。1.6 聚乳酸类可吸收手术缝合线的研究1.6.1 国内外发展的历史及现状国外的可吸收缝合线的研究始于20世纪50年代,1962年首次开发 了PGA可吸收缝合线,其后Ethicon公司又开发出了乙交酯与L一丙交酯共聚酯(PGLA)缝合线,其商品名为Vicril，与Dexon缝合线相比，Vicril具有更好的柔顺性，更大的体内强度保留率，在缝合线失去其力学强度后可快速地被组织吸收。但对于需要较长支持时间的伤口来说，Vicril缝合线就不能满足要求了。此外，Vicril也是一种复丝缝合线具有与Dexon相同的结构上的缺点，如摩擦系数大、不易通过组织、藏污纳垢等。80年代末又开发了两种可降解单丝缝合线，即PDS缝合线和Maxon缝合线，它们柔顺性好，易操作，线与组织的摩擦力比Vicril小，但打结性能不如Vicril。近年来，PLA共聚物的手术缝合线成为研究的热点。美国专利报导了聚乳酸与聚己内酯共聚制得的手术缝合线，改善了材料的亲水疏水性、结晶性，提高了缝合线的柔顺性、打结强度和打结安全性15。90年代以来，国外对可吸收聚乳酸手术缝合线的研究主要集中在以下几个方面：引入第二单体制备聚乳酸共聚物，赋予聚乳酸新的性能；采用高速熔融纺丝制造单丝缝合线；还有通过后处理工艺和涂层来改进其性能等。1.6.2 前沿发展状况1. 现阶段的主要理论观点和技术 现今的研究不单局限于材料的合成及纺丝工艺的改进，还对涂层 以及后处理工艺作 了较深入的研究。可吸收缝合线的涂层材料研究得较多的是用己内酯为主要原料通过引发剂聚合生成嵌段或星型或接枝聚合物，再与助剂进行混合。美国专利12用多元醇作引发剂和己内酯制得星型聚合物再与聚亚烷基二醇酯和乙丙交酯共聚物混合得到的材料可用作手术缝合线的涂层材料。2. 已有的研究成果国外研究聚乳酸类可吸收的手术缝合线开始的比较早， 90年代初，以美国为代表的发达国家已经开始研究，率先研发出了聚乳酸与聚 己内酯共聚制得的手术缝合线，这不仅改善了材料的亲水疏水性、结晶性，同时也提高了缝合线的柔顺性、打结强度和打结安全性。 我国在这方面的研究已经起步，研究工作主要集中在聚乳酸酯材料的合成及体外降解和动物实验。但到目前为止，这些研究工作大多只处于实验室阶段，尚有不少关键技术有待解决。二、 课题的研究意义和目的（一）已有成果的不足或疏漏已有成果对如何提高聚乳酸纤维的降解性能和其他性能提出了很多行之有效的方法，而且也帮助解决了许多方面的困难，是聚乳酸在抗菌、防晒以及在服装的领域具有很好的实用性。但对聚乳酸纤维在人体体液环境中的降解研究，尚处于一个初级阶段，对影响降解因素的研究还不完全成熟，聚乳酸被应用到可降解手术缝合线领域的案列也较少，因此，聚乳酸做可降解的手术缝合线就成为一个值得研究的课题。（二）观点及论文题目在当今社会科技迅猛发展的背景下，人们对可吸收的手术缝合线领域的研究越来越深，很多学者认为理想的手术缝合线应满足下列条件：（1）可进行彻底的消毒杀菌；（2）有一机械性能；（3）缝合线在体内一定时间保持一定的强度；（4）对机体组织有适应性；（5）产品质量可靠，制作容易，廉价易得。聚乳酸纤维正具备了以上特点。此外，为了免于二次手术对人体造成的伤害，可降解手术缝合线也是很好的选择。本论文选取研究聚乳酸纤维在模拟体液环境下的降解，为早日实现其广泛应用做出贡献。我的研究题目为：聚乳酸的体外降解行为研究（三）选题的目的和意义为了研究聚乳酸纤维在在模拟人体体液环境中，聚乳酸纤维的变化情况，笔者重复进行多组实验，得到大量相关实验数据，进而对聚乳酸的降解行为有更加系统和深入的了解。考察其随着时间的变化，降解情况发生的变化，可以有效的指导聚乳酸相关材料的开发和生产。此外，聚乳酸作为绿色能源的原料，随着环境和能源危机的日益严重，人们已经认识到可降解塑料的应用势在必行。目前，全世界范围都在倡导和推广生物可降解塑料的使用。在这种情况下，开展对这些塑料的生物降解研究是十分必要的。国内对PLA的研究和开发尚处于起步阶段，随着研究的深入，加大对PLA系列产品的开发和应用，对解决长期以来困扰国民经济可持续发展的白色污染问题有积极的作用;同时，PLA产品的原料来源于每年再生的天然资源如农产品玉米等，对人类的可持续发展具有极其重要的意义。研究聚乳酸类高分子材料的降解机理和影响降解的因素，对其作为生活及医用材料的研究和可行性应用具有重要的指导意义。例如作为纺织材料、无纺布、药物载体，作为纺材的性能要求，无纺布的适用条件，精确控制药物释放距离、释放量以及达到靶向定点释放，这些都和聚乳酸的降解速度，以及在生物体内的降解情况有着直接的关系。总之，了解PLA的降解机理，发现更多影响其降解的因素，将有利于新产品的开发和应用。聚乳酸具有良好的生物相容性，又有可持续的原料来源，因此作为新型高分子材料，和可降解的手术缝合线，将在人类社会经济活动和日常生活中发挥越来越大的作用，发展前景可观。三、 研究思路及方案（一）研究思路1.通过查阅文献，阅读相关资料，了解聚乳酸纤维在生物体中降解行为，了解影响聚乳酸纤维降解的因素，针对现阶段国内聚乳酸相关研究现状和不足之处，结合实验条件，确定课题研究方向。2.根据课题，设计实验方案，确定实验步骤，记录实验数据。3.利用Excel和Word等数据处理软件对已有实验数据进行统计，模拟，拟化成相关变化曲线，绘制成图，结合已有相关理论知识分析实验结果，得出结论。4.根据结论，展望聚乳酸的应用前景并作出相关陈述。（二）研究方法及手段1.根据课题，选定实验条件，合理选择实验材料，确定所需实验仪器。2.为了减小实验误差，对实验器材进行必要的调试、校正，测试原始纤维的强力。3.截取同样长度的聚乳酸纤维30组，分别置于培养皿中，实验前先进行恒温烘干以备用，然后，用FA1004N电子天平准确称量每组样品的初始重量，记为wn。 4.配置PH值为7.3的的弱碱性溶液，分别置于6个500ml的锥形瓶中， 将样品分为六组，分别放入锥形瓶中。5.设定实验条件，实验时间，实验温度，每隔相同时间取出一个样品，烘干测其质量W1。 6.测试每个样品的强力变化。7.计算样品重量的变化百分率，强力变化，统计成表格，利用相关数据处理软件对实验数据进行拟化，绘制成图。8.分析实验数据和结果，定性分析图像，得出实验结论。四、 进度计划日 期周 次内 容20143.25315撰写实习报告20144.11467初步拟题与文献检索2014.4.152889文献阅读与开题报告撰写20144.295.121011开始试验20145.131912拟写论文初稿20145.20311314修改定稿20146.1151516毕业答辩和成绩评定参考文献1 张绍华.绿色包装包装工业和环境保护协调发展的最佳途径J .中国包装，2001，(1):5155.2 张敏, 崔春娜, 聚乳酸降解的影响因素和降解机理的分析J.包装工程, 2008, 29( 8): 16 18.3 Lee SH,K im SH,H am Y K,eta1.Synthesis and Degradation of End-group-functionalized PolylactideJ.PolymSciA Polym Chem, 2001,( 39):973 985.4 LI S M，GARREAU H，VE RT M. 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Phaseseparation Enhanced Enzymatic Degradation of Atactic Poly ( RS-3-hydroxybutyrate) in the Blends with Poly( Methyl Methacrylate)J .Polymer Degradation an d Stability，2003，79(3):535545.24 刘森.玉米纤维性能与用途的探讨J.产业用纺织品，2008(4):39-41.25 宗亚宁，刘月玲.新型纺织材料及应用M.北京:中国纺织出版社，2009(1):72.26 允秋侠.防紫外线纤维及织物J.四川丝绸，2002，2:29-30.27 姚穆.纺织材料学M.北京:中国纺织出版社，2009(3):128.28 宗亚宁，刘月玲.新型纺织材料及应用M.北京:中国纺织出版社，2009(1):7229 葛明桥，吕仕元.纺织科技前沿M.北京:中国纺织出版社，2004(1):92.30 傅杰.李世普生物可降解高分子材料在医学领域的应用(II)J武汉工业大学学报，199921(5)：192231 郑淑芬王素珍，辛银花，等生物降解纤维在临床缝会线中的应用J生物学杂志，2001，18(1)：3435 论文正文聚乳酸长丝的体外降解行为研究一、 前言聚乳酸(PLA)是一种无毒、无刺激性,具有良好生物相容性,可生物分解吸收、强度高、可塑性加工成型的高分子材料。它与人体组织的相容性 良好,无致癌和变异反应,在体内可逐渐降解为二氧化碳和水,中间产物乳酸也是体 内正常的糖代谢产物,所 以不会在重要器官聚集。同时还具有相当的机械强度和耐久性及有 良好的加工性能等。由它制成的纤维抗张强度高,柔软性好,是一种很好的可吸收缝合线材料。目前，我国国内对聚乳酸类可吸收缝合线的研究和开发主要处于起步阶段，我国在这方面的研究工作主要集中在聚乙交酯、聚乳酸酯等材料的合成及体外降解和动物实验，目前已有批量生产，但大部分工作大多只处于实验室阶段，尚有不少关键技术有待解决1。目前国内医院使用的主要是羊肠线。对壳聚糖、甲壳素缝合线原料的来源，笔者认为，我国海岸线较长，虾、蟹及其它甲壳素资源相当丰富，开发甲壳素资源，用来加工成手术缝合线和其他生物产品，具有很大的优势。但由于生产技术的限制，目前我国对甲壳素的开发利用还不太完善。而对人工合成的可吸收缝合线的研究，虽有些报道，但实际生产的产品的质量和国外先进水平相比，仍有一定的差距。主要是质量不稳定，高档次的可吸收缝合线不能生产，应用也有一定限制。究其原因，主要是研究中面临三大困难：一是制备工艺受限，制品力学性能不尽如意；二是较为先进的可吸收缝合线大都价格不菲；三是提高聚合物的强度及解决植入后期反应和并发症等方面的问题必须深入研究。为解决上述问题，在我国大力进行这方面的研究是很必要的。目前，我们可采用各种方法，如考虑采用天然生物材料的衍生物或对其行化学改性和表面处理以解决抗原性问题；同时可服用转移因子增强自身的免疫力嘲。在我国，医用可吸收手术缝合线的研究正越来越受到广大研究者的重视，其研究领域也在不断扩大，目前人们正在寻找新的性能优良的材料，改进生产技术，以使其研究越来越接近世界先进水平。加快相关的研究开发工作有着重要的经济效益和社会效益。随着科学技术的发展和新的材料的不断发现及应用，医用可吸收缝合线必将成力一个充满生机和希望的研究领域。在国外，聚乳酸的研究开发起步较早，处于领先地位。目前世界上大型的生产聚乳酸原料的企业主要集中在美国和西欧。加大对聚乳酸系列产品的开发和应用，对解决长期以来困扰国民经济可持续发展的“白色污染”问题有积极的作用。同时，聚乳酸产品的原料来源于每年再生的天然资源，如农产品玉米等，对人类的可持续发展具有重要的意义。展望未来，可以预见随着人们环保意识的加强、研究的深入和生产成本的下降，聚乳酸复合材料必将从生物医用领域走向通用高分子领域，应用前景十分广阔。本文通过聚乳酸长丝在模拟人体体液环境中的降解实验，研究聚乳酸长丝在人体体液环境下强力和质量的变化规律，对比不同时间内聚乳酸强力和质量的变化情况，从而对聚乳酸的性能有更充分的认识和了解，给其作为手术缝合线提供一些必要的依据。二、 试验部分2.1试验材料与试剂 聚乳酸（D2016，纤维级），美国Natureworks公司；氯化钠（NaCl）；磷酸氢二钠（NaH2PO4）； 氯化钾（KCl）；蒸馏水（H2O)。2.2试验仪器FA1004N 电子天平(上海精科仪器)；PHS-3C PH测试仪 （上海佑科仪器仪表有限公司）；Spy型玻璃恒温水浴锅；YG061电子单纱强力测试仪 (莱州市电子仪器有限公司)；烘箱；培养皿；夹子；烧杯；500ml的锥形瓶。2.3试验方案进行相关试验前，先将聚乳酸样品编号放在培养皿中的放置烘箱中恒温60干燥1小时脱去水分，以减小实验误差。实验时，对聚乳酸样品进行称重，初始重量为Wn初始质量为F0。然后放在配好的溶液中进行聚乳酸的降解实验，观察聚乳酸纤维外观形态的变化，每隔两天取一组样品进行测试，观察样品的质量和强力的变化。2.4试验步骤1分别截取30份10m长的聚乳酸纤维样品，进行编号1#、2#、3#.28#、29#、30#，见表1。表1样品编号和测试时间情况表编号1#2#3#4#5#6#7#8#9#10#11#12#13#14#15#时间（天）2468101214161820222426283016#17#18#19#20#21#22#23#24#25#26#27#28#29#30#3234363840424446485052545658602将编号后的样品放入培养皿中，然后放在烘箱中恒温60进行干燥，一个小时后，取出分别测其初始质量，记为W1、W2W29、W30;测其强力为F0。3用蒸馏水配置含9%的NaCl溶液2500ml，加入少量的KCl，再加入一定量的NaH2PO4，配置成PH为7.4的弱碱性溶液，然后分别取等量的溶液放入五个相同的锥形瓶中。4将1-30#的样品分五组，每组六个样品分别放到五个锥形瓶中。5将五个锥形瓶放到恒温为37的水浴锅中，恒温进行观察和测量。6每隔两天取出一个样品，在烘箱中烘干，测其质量和强力，并记录数据。2.5降解率测试方法 试验结束后准确称量样品重量为Wn，然后按照公式（1）计算聚乳酸纤维的重量损失率，以表征其降解率。（1） 式（1）中：Wn表示试验前聚乳酸样品的重量；Wn表示试验后聚乳酸样品的重量；A%表示聚乳酸的降解率。按照公式（1）计算聚乳酸长丝的重量损失率。2.6断裂强力的测试方法应用单纱强力测试仪(YG061)，每隔相同的时间（2天）取一组聚乳酸长丝的样品，然后对其强力进行测试。测试时聚乳酸长丝的线密度为16.772Tex，测试时的拉伸速度150mm/min，测试时的环境温度为15，测试时的加持长度为250mm，然后记录数据。2.7试验过程中注意事项1. 试验过程中要确保所有的样品都完全侵入到溶液中，以免影响实验结果。2. 水浴锅必须保持恒温37，,且温度的变化幅度不能超过0.5。3. 水浴锅中要有足够的水，确保将锥形瓶90%的瓶身浸入水中，以免影响实验结果。4. 烘干样品过程中，干燥的温度和干燥的时间要相同。5. 在测样品的强力时，要确保样品的完整性，避免样品丢失，以免影响实验结果。三、 结果与分析3.1 体外环境条件下降解率的变化在模拟的人体体液环境中，聚乳酸样品的降解量和降解率测试结果的数据见附表一。由测试数据可得：聚乳酸长丝降解量的变化曲线，见图1。图1体外环境条件下不同时间对聚乳酸长丝降解量的影响由测试数据可得：聚乳酸长丝的降解率的变化曲线，见图2。图2体外环境条件下不同时间对聚乳酸长丝降解率的影响由图1、图2可以看出，聚乳酸长丝在体外环境中浸泡的的时间不同，聚乳酸长丝的降解量也不同，聚乳酸长丝的降解率也随着改变。当浸泡时间小于30天的时候，随着浸泡时间的增加，聚乳酸长丝的降解量随着逐渐增大，降解率也随着增加，当接近30天的时候几乎达到最大值，随后聚乳酸长丝的降解量反而下降，降解率也随着逐渐下降，随着浸泡的时间越长，降解的速度也越来越慢。在图1、图2中可以明显看出曲线的趋势是先升后降的趋势。但从总的图像上来看，整体趋势都是在下降的，因此说明聚乳酸长丝在体外环境中降解的速率是先增大后逐渐变小，直至完全降解。3.2体外环境条件下强力的变化体外环境条件下即在模拟体液环境中，随着聚乳酸长丝样品浸泡的时间越长，聚乳酸长丝的断裂强力和强度都在发生变化。笔者在所做的30组试验中挑选了6组可以表示整体试验结果的试验样品，试验数据见表2。表2 体外环境条件下聚乳酸长丝的强力编号0#6#12#18#24#30#时间（天）01224364860断裂强度(cN/Tt)34.68333.35830.88131.63726.78628.261断裂强力（cN）582559518531449474 根据表2中的数据，可以得到断裂强力的变化曲线图，见图3。图3体外环境下不同时间聚乳酸长丝的断裂强力的变化根据表2中的数据，可以得到断裂强力的变化曲线图，见图4。图4 体外环境下下不同时间聚乳酸长丝断裂强度的变化图3、图4的变化曲线说明，在相同环境下即在模拟人体体液环境中，恒温37的环境条件下，随着聚乳酸长丝样品的浸泡时间不同，聚乳酸长丝样品的断裂强度和断裂强力都在发生变化，且随着浸泡时间的延长，其断裂强力在不断下降，断裂强度也在逐渐减小，但根据曲线变化的斜率来看，聚乳酸长丝的断裂强度和断裂强力的变化速率都是刚开始较快，然后逐渐变慢，聚乳酸长丝的断裂强力和断裂强度完全消。四、 结论(一) 聚乳酸在体外环境条件下，即在模拟人体体液环境中，聚乳酸长丝在体液的作用下，首先内部先开始水解，同时伴随着自身的自然降解，随着浸泡的时见逐渐延长，聚乳酸长丝的水降解作用逐渐减弱，但自身自然降解始终在进行，聚乳酸长丝的降解作用也减小。因此聚乳酸长丝刚开始的降解速率较快，达到一个最大值，随着时间延长，聚乳酸长丝的降解速率在下降，所以表现出聚乳酸长丝的降解率先增大后减小的趋势。(二) 聚乳酸水解是聚乳酸分子中酯键无规断裂的过程，聚乳酸类聚合物的端羧基（由聚合引入及降解产生）对其水解起催化作用，随着降解的进行，端羧基量增加，降解速率加快，从而产生自催化现象2。一般而言，聚乳酸制品的内部降解快于表面降解，这是由于具端羧基的降解产物滞留于样品内，产生自加速效应。聚乳酸长丝的水解首先发生分子量降解，其次才是重量损失，在恒温37摄氏度的条件下，聚乳酸的分子量迅速发生降解，形成聚乳酸的低聚物，随着时间的延长，低聚物继续发生裂解，形成单体并溶解在体液中，表现为聚乳酸的重量的损失增加，并且聚乳酸长丝在体外环境下，时间越长纤维的降解量越大。所以表现为体外环境下聚乳酸长丝的重量随时间在逐渐减小。(三) 聚乳酸长丝在水解过程中，其主要机理一般认为是由于聚乳酸分子链中含有酯键，极易在氢离子作用下断裂为羧酸和醇， 而降解中产生的酸可能会对降解有催化作用，形成自催化效应，聚乳酸水解就会加快3 。因此聚乳酸长丝在模拟人体体液环境中，随着聚乳酸长丝浸泡的时间增加，聚乳酸分子中的酯键断裂的越多，聚乳酸长丝的断裂强度和断裂强力都在下降，直至完全消失。五、 展望对于可吸收手术缝合线,目前已有的产品在体内维持有效强度的时间都不够长,不能用于缝合愈合时间较长的部位,降解速率慢的聚合物虽然能长时间维持强度,但伤口愈合后缝合线长时间不能吸收,容易留下斑痕。这就要求缝合线材料在体内能保持较长时间强度并在伤口愈合后可短时间内吸收，另一方面,由于人体不同的部位愈合的时间不相同,这就要求可吸收手术缝合线的多样性。对于聚乳酸的共聚改性,国内外学者已作了大量的研究,我们可以借助这些已有的信息和经验,通过分子设计,合成具有低模量、高柔顺性、高强度的聚孚酸单丝。另外我们还可以根据人体自身免疫的特点,运用生物化学的原理,研究开发新型的涂层材料,控制聚乳酸缝合线在人体内的降解速率如伤口愈合前后 白血球的量会发生变化,当白血球的量变化到一定的程度时,涂层会释放出一种酶或涂层能让组织 中某种酶通过,利用酶的高效性能来让缝合线迅速降解。为了降低成本，我们还应该加大对丙交酯开环工业化的研究,寻找新的经济、实用的聚乳酸共聚物的合成方法,开发新的催化体系,实现乳酸和丙交酯的高转化率。此外，聚乳酸纤维性能非常优良，可制成长丝、短丝、单丝和非织造布等制品，是一种成功的商业性环保纤维。聚乳酸纤维具有合成纤维的特性，介于聚酯和聚酰胺纤维之间。用它制成的面料柔软，有丝绸般的光泽和舒适的手感，皮肤接触感觉良好，非常适合于衬衫、内衣、运动衣等服用纺织品的开发；聚乳酸纤维能抵抗细菌生长，是无臭、防霉且染色性好的新型纤维；聚乳酸纤维具有良好的回弹性，在5% 应变作用下，回弹率是 93% 具有良好的水扩散性能，能很快吸收并迅速干燥，故其织物容易将汗水排出，且其织物的悬垂性、滑爽性好，富有光泽并具有免烫效果；聚乳酸纤维能与棉、羊毛混纺生产具有丝感外观的T恤、夹克衫、长袜、晚礼服等。在自然界聚乳酸(PLA)能在微生物、水、酸、碱的作用下完全分解 ,最终产物是二氧化碳和水,对环境也无污染。随着人们环境和生态意识的增强 ,绿色环保问题已成为全球关注的核心。以石油为原料制造合成纤维的生产过程所排放的二氧化碳造成严重的大气污染和温室效应，以及世界范围的原油消耗量扩大，原始自然资源的严重减少。聚乳酸因具有良好的物理机械性能、生物相容性和生物可降解性, 被认为是一种最具潜力的绿色塑料。因此人们对聚乳酸的开发和利用越来越受到重视.聚乳酸纤维是一种可完全生物降解的合成纤维，它可从谷物中取得，其制品废弃后在土壤或海水