生物基高分子材料PPT
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生物基高分子材料
促进可持续发展
生物基高分子材料的应用有助于实现 可持续发展目标，推动绿色低碳经济 的发展。
04
生物基高分子材料的性能优化 与改性
生物基高分子材料的共混改性
共混改性是通过将两种或多种聚合物混合，以达到改善单一聚合物性能的目的。对于生物基高分子材料，共混改性可以改善 其加工性能、力学性能、热性能和阻隔性能等。例如，将生物基聚合物与可降解聚合物共混，可以提高其降解性能和环境适 应性。
生物基高分子材料的性能特点
可降解性
生物基高分子材料在一定的环境条件下可以发生降解，减少对环境的 污染。
生物相容性
部分生物基高分子材料具有良好的生物相容性，可用于医疗、制药等 领域。
力学性能
生物基高分子材料的力学性能取决于其结构和制备工艺，部分材料具 有较好的强度、韧性和耐磨性。
热性能
生物基高分子材料的热稳定性、耐热性等性能取决于其分子结构和制 备工艺，部分材料可在一定温度下使用。
分类
根据原料来源和制备工艺的不同，生 物基高分子材料可分为天然生物基高 分子材料和人工生物基高分子材料。
生物基高分子的来源与制备
来源
生物基高分子的原料主要来自可再生生物质资源，如淀粉、纤维素、木质素、单细胞蛋白等。
制备
生物基高分子的制备方法主要包括生物发酵、酶催化、化学合成等。其中，生物发酵和酶催化是利用 生物技术制备生物基高分子的主要方法，而化学合成则是通过化学反应将生物质资源转化为高分子材 料。
THANKS。
共混改性常用的方法包括机械共混、溶液共混和熔融共混等。通过选择合适的共混方法和条件，可以控制生物基高分子材料 的相态结构和分散状态，进一步优化其性能。
生物基高分子材料的填充增强
填充增强是通过在聚合物中添加固体填料或纤维，以提高其 力学性能、热性能、阻隔性能和降低成本的方法。对于生物 基高分子材料，填充增强可以进一步增加其生物质含量，降 低生产成本，并提高其应用性能。
生物基高分子材料的应用有助于实现 可持续发展目标，推动绿色低碳经济 的发展。
04
生物基高分子材料的性能优化 与改性
生物基高分子材料的共混改性
共混改性是通过将两种或多种聚合物混合，以达到改善单一聚合物性能的目的。对于生物基高分子材料，共混改性可以改善 其加工性能、力学性能、热性能和阻隔性能等。例如，将生物基聚合物与可降解聚合物共混，可以提高其降解性能和环境适 应性。
生物基高分子材料的性能特点
可降解性
生物基高分子材料在一定的环境条件下可以发生降解，减少对环境的 污染。
生物相容性
部分生物基高分子材料具有良好的生物相容性，可用于医疗、制药等 领域。
力学性能
生物基高分子材料的力学性能取决于其结构和制备工艺，部分材料具 有较好的强度、韧性和耐磨性。
热性能
生物基高分子材料的热稳定性、耐热性等性能取决于其分子结构和制 备工艺，部分材料可在一定温度下使用。
分类
根据原料来源和制备工艺的不同，生 物基高分子材料可分为天然生物基高 分子材料和人工生物基高分子材料。
生物基高分子的来源与制备
来源
生物基高分子的原料主要来自可再生生物质资源，如淀粉、纤维素、木质素、单细胞蛋白等。
制备
生物基高分子的制备方法主要包括生物发酵、酶催化、化学合成等。其中，生物发酵和酶催化是利用 生物技术制备生物基高分子的主要方法，而化学合成则是通过化学反应将生物质资源转化为高分子材 料。
THANKS。
共混改性常用的方法包括机械共混、溶液共混和熔融共混等。通过选择合适的共混方法和条件，可以控制生物基高分子材料 的相态结构和分散状态，进一步优化其性能。
生物基高分子材料的填充增强
填充增强是通过在聚合物中添加固体填料或纤维，以提高其 力学性能、热性能、阻隔性能和降低成本的方法。对于生物 基高分子材料，填充增强可以进一步增加其生物质含量，降 低生产成本，并提高其应用性能。
生物医学高分子材料课件PPT课件
的细胞壁中。在自然界中，甲壳质的年生物合成量约100亿吨，
是地球上除纤维素以外的第二大有机资源，是人类可充分利用
的巨大自然资源宝库。
第14页/共59页
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2.甲壳素的研究开发现状
• 甲壳质及其衍生物工业正在崛起，研究开 发正方兴未艾。
• 从20世纪80年代以来，美国和日本等国都 已经投入了大量人力、物力进行这方面的开 发与研究。
含量不能超标。 • 2.医用高分子材料的加工助剂必须是符合医用标准。 • 3.对于体内应用的医用高分子材料，生产环境应当具有适宜的洁净级别。
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三．主要生物可降解纤维材料
•（一）甲壳素类纤维
• 1．甲壳素的存在
•
甲壳质（chitin）又名几丁质、甲壳素、壳多糖，广泛存
在于节足动物（蜘蛛类、甲壳类）的翅膀或外壳及真菌和藻类
• 我国的甲壳质资源极其丰富，而且曾是研 究开发甲壳质制品较早的国家之一。早在 1958年，就对甲壳质的性能及生产进行过研 究，并用于纺织染整上作上浆剂。进入20世 纪80年代后期，甲壳质资源的开发利用引起 了一些科研院所的重视，并开始了在医疗和
第16页/共59页
3.甲壳质及壳聚糖的生物活性
• 1) 抗菌、杀菌作用
•
• （3） 农业领域
第22页/共59页
6．甲壳素类纤维的制备技术
1) 甲壳素类纤维纺丝原液的制备
▪ 以壳聚糖为原料时，多选用5%以下的醋酸水 溶液作为溶剂。
▪ 甲壳素纺丝原液的制备多采用溶解性能优异的 有机溶剂,加适当的氯化锂助溶。
2) 甲壳素类纤维的成型
▪ 制备甲壳素类纤维可采用干法纺丝、湿法纺丝 和干-湿法纺丝等不同的成型工艺 。
生物医学高分子材料课件
化学法
利用化学反应将药物与高 分子材料结合，如接枝共 聚法、药物嵌入聚合物网 络法等。
生物法
利用生物分子和生物过程 将药物与高分子材料结合 ，如抗体偶联法、基因载 体法等。
高分子药物载体的性能评价
安全性评价
主要包括急性毒性试验、长期毒 性试验、致畸致癌性试验等，以 确保药物载体对人体的安全性。
有效性评价
生物医学高分子 材料课件
汇报人： 日期:
目录
• 生物医学高分子材料概述 • 生物相容性高分子材料 • 生物降解性高分子材料 • 高分子药物载体 • 高分子组织工程支架材料 • 研究展望与挑战
01
生物医学高分子材料概述
定义与分类
生物医学高分子材料
指用于诊断、治疗、修复或替换人体组织或器官的材料。
分类
根据应用部位和功能，可分为生物惰性、生物活性、生物降 解和生物相容性高分子材料。
生物医学高分子材料的特性
生物惰性
指在体内稳定，不发生化学反应，无毒无害 。
生物降解
在体内可被分解为小分子，无害化排出体外 。
生物活性
具有诱发机体免疫反应的能力。
生物相容性
与人体组织相容，无排异反应。
生物医学高分子材料的应用
生物活性评价
检测支架材料是否具有促进 细胞生长和分化的生物活性 。
安全性评价
对支架材料进行安全性评估 ，包括急性毒性、慢性毒性 、致敏性等。
06
研究展望与挑战
新材料设计及制备技术展望
发展新的聚合反应
01
研究新的聚合反应，如活性聚合、基团转移聚合等，以实现高
分子材料的精确控制合成。
纳米技术和3D打印
骨骼系统
用于制作人工关节、骨板、骨 钉等。
生物医学高分子材料课件
02
03
元素组成
采用光谱分析、色谱-质 谱联用等方法分析材料中 的元素组成。
官能团结构
通过红外光谱、核磁共振 等方法确定高分子材料中 官能团的种类和数量。
热稳定性
采用热重分析法、差热分 析等方法测定高分子材料 的热稳定性和热分解性能 。
生物性能表征
细胞相容性
通过细胞培养、细胞活性染色 等方法评价高分子材料与细胞 的相互作用，测定细胞增殖、
《Polymer》
由Elsevier出版社发行，是全球高分子科学领域的重 要学术期刊之一。主要刊登聚合物合成、结构、性能 及其应用等方向的研究论文、综述和快讯等。
研究机构与高校学科建设
剑桥大学材料科学与工 程系
拥有先进的生物医学高分子材料研究 设备和实验室，开展与生物医用高分 子材料的合成、性质、表征及其应用 相关的研究工作。
改性方法
化学改性
化学改性是通过化学反应对高 分子材料的分子结构、分子量 、交联程度等进行改性的方法
。
物理改性
物理改性是通过物理手段对高分 子材料的分子结构、聚集态结构 、表面性质等进行改性的方法， 如热塑、热固、增强、填充等。
生物改性
生物改性是指利用生物技术对高分 子材料进行改性的方法，如基因工 程、细胞工程等。
电学性能测试
采用电阻率、介电常数等方法测定材料的电学性 能，使用的仪器包括电导率计、四探针测试仪等 。
热学性能测试
采用差热分析、热重分析等方法测定材料的热学 性能，使用的仪器包括差热分析仪、热重分析仪 等。
光学性能测试
采用透光率、浊度等方法测定材料的光学性能， 使用的仪器包括紫外-可见分光光度计等。
医用防护服
医用防护服是一种由高分子材料制成 的防护用品，用于防止病原体传播和 感染，常用于手术室、实验室等高风 险场所的工作人员和患者防护。医用 防护服应具有良好的防护性能、舒适 性和透气性等特点。
第九章_生物医用高分子材料97页PPT
19.11.2019
材料
• 1960s 可生物降解聚合物，如： Polylactide(PLA)
• 1970-80s 隐形眼镜（Contact lens），药物 控制释放(drug controlled release)
• 1990s- 聚合物在生物医用材料中的占有率 超过一半
19.11.2019
19.11.2019
材料
• 通常，当人体的表皮受到损伤时，流出的血液会 自动凝固，称为血栓。
• 血液相容性指材料在体内与血液接触后不发生凝 血、溶血现象，不形成血栓。
• 实际上，血液在受到下列因素影响时，都可能发 生血栓：① 血管壁特性与状态发生变化；② 血液 的性质发生变化；③ 血液的流动状态发生变化。
• 2000万心血管病患者 --------每年需要24万套人工心瓣膜
• 肾衰患者 --------每年需要12万个肾透析器
• ……
19.11.2019
材料
3. History of polymeric biomaterials
1943年 1949年
赛璐珞薄膜开始用于血液透析 美国首先发表了医用高分子的展望性论文。在文章 中，第一次介绍了利用PMMA作为人的头盖骨、关 节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床 应用情况。50年代，有机硅聚合物被用于医学领 域，使人工器官的应用范围大大扩大，包括器官替 代和整容等许多方面。
OHNH2
NN
SO3H
SO3H
材料
⑤材料表面伪内膜化
人们发现，大部分高分子材料的表面容易沉渍 血纤蛋白而凝血。如果有意将某些高分子的表面制 成纤维林立状态，当血液流过这种粗糙的表面时， 迅速形成稳定的凝固血栓膜，但不扩展成血栓，然 后诱导出血管内皮细胞。这样就相当于在材料表面 上覆盖了一层光滑的生物层—伪内膜。这种伪内膜 与人体心脏和血管一样，具有光滑的表面，从而达 到永久性的抗血栓。
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我国木塑复合材料企业和产量的平均增长率已达20％以上 我国木塑复合材料的产量为20万吨 2009年底木塑复合材料产业链上的主流企业已达300多家 木塑制品年产销量已超过10万吨，年产值达12亿人民币左右 2009年中国至少有70％的木塑复合产品用于出口，2008为80％ 2009年中国木塑年产量仅为美国的约1／5。 中国的各类门窗市场以每年11％的速度增长。
✓Dupont, Executive vice president and Chief innovation officer.
✓Arkema, Vice president, research and de3velopment.
✓ExxonMobil, Global intermediates technology manager.
石蜡Wa，x =~1122u个nit重s 复单元
n
聚P乙olye烯thy，len~e4=04000,000重0 u复nits单元
高分子材料
高分子材料主要包括塑料、橡胶和纤维三大材料， 还包括涂料、胶粘剂和高分子基复合材料等。
高分子材料体积消费量早已超过钢材。其中塑料 是消费量最大的高分子材料，2007年全世界共消 费2.6亿吨塑料，约是钢材体积消费量的1.5倍。
> 纤维素
每年光合 作用产量 1000亿吨
有史以来人类 所发现石油资
源总量
甲壳素 每年生物
合成量 100亿吨
淀粉 “取之不尽”
生物质
微生物合成 化学合成
O2 光合作用
CO
2H2 O
微生物
消化
2008年4月16日
加工
生物可降解塑料
消化
微生物
降解
酶
生物基高分子材料
韦尔奇：绿色可以赢利 （Green is green）
✓Eastman, Senior vice president and chief technology officer.
✓Styron, President and CEO.
✓Dow, Vice president, research and development, Advanced Materials Division.
1211.6 780.4 104.9
2001
266.5 2011
2011年三大合成材料 产量8161万吨
我国高分子材料消费快速增长
合成纤维：早已是世界最大的生产和消费国。2011年，合成 纤维原料表观消费量3223万吨（进口45%）。
合成橡胶：从2009年开始成为世界最大的生产和消费国。 2011年消费382万吨（进口38%）。
人类面临的挑战：资源（水、能源等）、粮食、医疗与健康 等等。
能源：世界70亿人，12亿人在发达国家，目前40亿人在搞工 业化。世界人均消费石油17桶/年，美国30桶，中国3桶多。 按照西方过去的发展模式，世界石油需求会增加很快，无法 满足。
必须创造新的发展模式，寻找新的替代能源。
为给新模式和新能源发展更充裕的时间，我们目前必须开发 节能技术（同时减排）。“未来30年最大的新能源就是节约 能源”。
塑料：2010年成为世界第一大生产和消费国。2011年表观消 费量达7400万吨（进口35%）。
8000 7000 6000 5000 4000
3329
7400
表观消 费
生产
4800
进口
2600
3000
1726
2000
872
864
1000
2 0 3 10 3 3 5
0 1999
2005
2011
面对挑战，高分子材料如何做贡献？
生物基高分子材料
叶海木 2013-10-24
内容
• 高分子材料 • 生物基高分子材料
什么是高分子？
在结构上由许多个实际或概念上的低分子量分子结构作为重复单元 组成的高分子量分子。其分子量通常在104 g/mol以上。
CH2 CH2 Ethylene 1 unit
汽G油as，olin4e个= 4重un复its单元
木塑复合材料制造工艺ຫໍສະໝຸດ 木粉塑料木塑复合材料
挤出成型
木塑复合材料应用 木塑托盘、包装箱等包装制品 铺板、铺梁等仓储制品 室外栈道、凉亭、坐椅等城建用品 房屋、地板、建筑模板等建材用品 汽车内装饰、管材等其他产品
注塑成型 技术难点
木塑复合材料市场信息
工艺配方 加工工艺 改善复合界面相容性的方法 界面融合剂处理 木粉/木纤维表面进行预处理
石墨块，Graphite B
我国高分子材料产业的发展
1、快速增长，产量和消费量均为世界第一
6000
图表标题
5000 4000
4798
3000 2000
3096.4
橡胶 纤维 塑料
1000
12.5 38.5 91.6 0
1981
33.8 167 283.7 1991
1981年三大合成材 料产量142万吨
4
高分子材料在日常生产中发挥了重要作用
塑料是汽车工业的重要原材料
目前已占轿车总重量 的20％！
聚丙烯是汽车 塑料中用量最
大的品种
40Kg/辆
塑料是汽车工业的重要原材料
汽车用塑料内饰件
3D打印技术
碳材料
富勒烯C60，Fullerene C60
碳纳米管，Carbon Nan
石墨烯，Graphene
• 目前地球上每年通过光合作用产生的有机物大概 有2200亿吨。 • 多糖和蛋白质等均为化学纤维的重要原料。
天然蛋白质
大豆蛋白、蓖麻蛋白、玉米蛋白、花生蛋白等 牛奶蛋白、蚕丝蛋白、胶原蛋白等
天然多糖 纤维素、淀粉、甲壳素、海藻酸、木质素等
可再生天然高分 子材料总量每年 超过100万亿吨
肥料
收获 植物
碾压
生物基复合材料
化学品
如何赢利
发酵 气化 其他
提炼
◎生物气、沼气、燃料 ◎生物塑料 ◎化学品
精炼
中间产物
生物油
燃料
甘油
◎燃料 ◎化学品 ◎涂料 ◎粘接剂 ◎发泡材料
◎食物 ◎洗涤用品 ◎化妆品
生物基塑胶材料研发
木塑复合材料（Wood-plastic Composites，简称WPC）是以植物纤维为主要原料，与塑料合成的一种复合材料。是国内外近年蓬勃兴起的一类新型复合 材料，主要以废旧塑料和树枝树杈、稻壳、农业秸秆等植物纤维为原材料，制成的产品广泛用于包装、园林、运输、建筑、家装、车船内饰等场所。其融 合了“木”与“塑”的双重优点，具有环保、防水、耐腐、防虫、阻燃、可循环利用等多项优势，是一种极具发展前途的“低碳、绿色、可循环”材料。
高分子材料可以作出很大的贡献。
路在何方？材料创新
1. 隔热、保温材料（美国48% 能源，加热、制冷和照明）
2. 海水淡化的反渗透膜 3. 太阳能电池用材料 4. 克服“魔三角”的轮胎胎
面胶材料 5. 合成润滑油 6. 无双酚A的食品包装用塑料
材料
7. 生物基高分子材料
8. 高温橡胶 9. 电动汽车用材料