生物降解高分子.ppt

1、2、生物降解高分子Biodegradable Polymer,引起高分子降解的因素,热 热降解 辐照（光、UV线、g射线） 光降解、辐照 降解 氧化 （O2、O3） 氧化降解 辐照 + 氧化 光氧化降解 水 水解降解 微生物、酶 生物降解 机械力 机械降解 声波 超声降解 环境 环境降解,生物降解材料,生物降解材料是指在生理环境下构成材料的分子能自动断裂、从大分子变成小分子、从不溶解变成能溶解，从而能逐渐被机体代谢或吸收的材料,生物降解材料分类,天然衍生材料,初始原料来自于动、植物或者人体，而后经过物理或化学方法加工、处理得到的材料。包括天然的无机衍生生物材料和天然的有机衍生生物材料。,降解机

2、制,材料在体内的降解和吸收是受生物环境作用的复杂过程，包括物理、化学和生化因素。 物理因素主要是外应力 化学因素主要有水解、氧化及酸碱作用 生化因素主要是酶和微生物 * 由于植入体内的材料主要是接触组织和体液，因此水解（包括酸碱作用和自催化作用）和酶解是最主要的降解机制,水解机制, 天然聚合物在生物中的降解，首先被水解或氧化降解为小分子，然后再被吸收排泄。可降解的合成高分子材料的降解主要是水解。水解降解过程可以被酸、碱或酶所催化。 高分子量固态聚合物装置从植入体内到消失，是由不溶于水的固体变成水溶性物质的过程，这个过程称为溶蚀。 分子链断裂是降解的第一阶段；吸收是第二阶段：即进入体液的降解产物

3、被细胞吞噬并被转化和代谢。 当分子量小到可溶于水的极限时（如数均分子量Mn5000道尔顿左右的聚酯），整体结构即发生变形和失重，逐步变为微小的碎片并进入体液。,酶解机制,聚合物前期的水解过程不一定需要酶参加，但水解生成的低分子量聚合物片段可能需要通过酶的作用转化为小分子代谢产物 酶促水解和酶促氧化反应是材料在体内降解吸收的重要因素，酶在一定程度上影响降解机制和速度 酶促水解机制：容易水解的聚合物，在体内可能同时存在单纯水解和酶催化水解两种作用,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 * 酶促氧化机制：主要是一些非水解性聚合物 材料在体内最后是通过吞

4、噬细胞和巨细胞内吞作用而吸收代谢。体内的酶都参与了这个转化反应，而过氧化歧化酶（SOD）则起到加速转化的作用 * 自由基作用机制：氢氧自由基是引起降解的重要因素。例如，聚乳酸在有过氧化氢和二价铁离子的介质中，比在单纯水介质中的降解速度加快了近一倍,含有可水解基团高分子的降解模式,高分子类型 主链的键合形式 降解产物 聚酯 -C-C-O-C- -C-OH HO-C- O O 聚醚 -C-O-C- -C-OH 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,合成类生物降解高分子,聚乙醇酸（聚

5、乙交酯）（PGA） 聚乳酸（聚丙交酯） （PLA） 聚己内酯 （PCL） 聚羟丁酯 （PHB） 聚羟戊酯 （PHV） 聚羟基酸 （PHA）,脂肪族聚酯,生物降解性：指在自然环境下可由于微生物等生物作用而分解的性质* 严格地说，指由于生物所具有的酶而分解的性质。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，称为生物降解性塑料。, 生物吸收性：指在人体内由于酶或非酶作用而降解，而降解产物可被机体吸收、代谢的性质。 * 包括材料并未降解，而是在溶解状态下被吸收的情况,如胶原等可由于酶的作用而降解的天然高分子。,材料在体内的吸收和排泄,组织和细胞生物学方法是研究材料在体内吸收过程的主要手段，可用以评价材料的组织反应和生物相容性。 用同位素标记方法可以定量地研究材料在体内的降解、吸收和排泄。 材料本身的化学结构，其中聚合物主链的易水解性和单体的亲水性是最要的因素。 不同主链结构的合成高分子在中性水介质中降解的难易程度从大到小排列如下： 聚酸酐 聚原酸酯 聚羧酸酯 聚氨基甲酸酯 聚碳酸酯聚醚 聚烃类,影响高分子生物降解性的主要因素,化学组成 分子中包含的可水解基团的种类和含量? 分子主链的柔性? 分子形态结构 橡胶态(?) 玻璃态(?) 结晶态(?) 亲/疏水性 含亲、疏水两种基团 只含单一种水基团,图 生物降解高分子的分子