可降解材料的研究进展与部分应用

可降解材料的研究进展与部分应用

生物工程2009级1班历敏06092847

摘要：本文在于介绍几种可降解材料的目前研究状况和批量使用的现状和展望，其中包括可降解的金属材料和可降解生物材料等。具体有生物可降解镁合金、生物可降解材料聚乳酸、天然高分子可降解材料等。

关键词：生物可降解镁合金、可降解聚乳酸、天然高分子可降解材料

正文：随着科技的发展和人民群众对物质需求量的增长，基于环保问题的各种思考，能耗大、利用率低、讲解困难的材料逐渐被摒弃。与此同时，各种可降解材料逐渐被研究并投入市场。

1.可降解金属材料，以金属镁为例

生物体内可降解吸收材料是生物材料发展的重要方向，由于金属材料具有较好的强度和塑韧性，因此金属基可降解吸收材料具有重要的临床应用价值。

镁是所有金属材料中生物力学性能与人体骨最接近的金属材料，具有理想的生物力学相容性，因此，镁合金作为可降解生物材料具有巨大的应用潜力。

（1）镁作为生物材料的优点

Mg是一种非常轻的金属，它的密度是1．74 g／em。在所有的金属结构材料中密度最小，与人体骨的密度接近。镁的断裂韧性比陶瓷生物材料羟基磷灰石要高，而其弹性模量和抗压屈服强度比其它金属植入材料更接近人体骨，是与骨具有最好的生物力学相容性的金属材料。

（2）镁合金在生物植入材料领域的近期研究进展

目前，镁合金作为可降解生物材料研究领域进展最大的是在可吸收镁合金心血管支架方面。镁合金支架在植入初期可对病变血管产生支撑作用，防止病变血管发生负性重构。随着病变血管周围环境的改善及血管结构重塑的完成，血管壁内的镁合金支架可缓慢腐蚀，直至完全降解，从而可以避免在植入后期，支架对血管壁的刺激而导致的内膜增生及再狭窄发生。镁合金支架的降解性能除对普通心血管病人具有良好的治疗效果外，对患有先天性心血管疾病的婴儿、青少年等尤其具有重要的治疗意义。

此外，利用镁合金的可降解性和具有引导骨细胞生长的特性，有研究者尝试将镁合金制成多孔状材料，研究多孔镁合金作为骨组织工程支架的可行性。结果表明，镁的降解对其周围的骨组织不会造成任何伤害，且越是靠近植入物，骨细胞的增殖就越为明显。

尽管镁合金作为生物可吸收骨科内植物材料有着诱人的应用前景，然而研究人员在研究过程中发现一般商用镁合金存在腐蚀速度过快的问题，特别是目前绝大部分商用镁合金在含cl一介质中呈现严重的局部腐蚀(点腐蚀)而不是临床上需要的均匀腐蚀，只有实现均匀降解腐蚀，未来做成的医疗器械的服役寿命才可预测，进而可通过尺寸设计结合可降解涂层等实现降解行为可调控。因此，改善镁合金本身的耐腐蚀性能(特别是均匀腐蚀性能)以及完善表面改性技术成为镁合金在骨科内植物材料料领域应用的关键。

2、生物可降解材料聚乳

为了解决合成树脂和纤维不易被环境分解的问题，人们已经开始研究出各种可生物降解的合成树脂和纤维，聚乳酸(PLA) 就是其中一种研究较多而且性能较好的高分子材料。PLA 合成材料是一种具有优良的生物相容性、可生物降解性和生物可吸收性的物质。PLA 是一种热塑性生物可降解脂肪族聚酯，是以玉米、小麦、木薯等一些植物中提取的淀粉为主要原料，经过酶分解得到葡萄糖，再经过乳酸菌发酵后变成乳酸，最后经过化学合成得到高纯度的聚乳酸。

聚乳酸制品废弃后在土壤或水中，3O天内会自动在微生物、水、酸和碱的作用下彻底地分解成为二氧化碳和水，最后在太阳光的照射作用下，它们又会分解成为淀粉的起始原料，不仅不会对环境造成污染，而且还是一种完全自然循环型的可生物降解材料。

聚乳酸材料有着勿庸置疑的优点，如良好的可降解性、生物相容性等，聚乳酸必然有着广阔的研究和应用前景，但它的缺点大大地阻碍了它的实际应用。针对聚乳酸材料的这些缺陷，今后的研

究工作可以从以下几方面展开：(1)简化和缩短工艺流程，降低聚乳酸材料的成本；(2)开阔思路，尝试用新方法对聚乳酸进行改性：(3)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；(4)在药物控释上用于其他多肽、蛋白、疫苗及基因药物等有着良好的前景。

3、天然高分子可降解材料

天然高分子材料具有良好的降解性、透气性、安全性、经济性，大多数都能制成完全可生物降解材料，已成为材料科学发展的热点方向。在自然界中含有大量的纤维素、木质素、淀粉、甲壳素和壳聚糖、各种动植物蛋白质等天然高分子，可以通过改性制成可生物降解的新材料，在该领域的基础和应用研究的优秀成果以及日益增强的全球环境法规的压力共同作用下已孵化出这一新兴工业。

纤维素、淀粉、甲壳素、蛋白质等天然高分子在自然界中资源丰富，这类自然生长、自然分解的产物可以说是完全无毒，但是由于这些分子中大部分含有大量羟基及其他极性基团，易形成分子内和分子间氢键，从而难以溶解和熔融加工；同时也缺乏优良的耐水性和柔韧性，因此现在工业用材料的种类却很少，这些缺点大大限制了其在材料领域的应用。

现在一般将其和化学试剂反应，合成生物可降解高分子材料，掺混制成高分子合金，或对其进行改进，使其具有可加工性。解决天然高分子的溶解和熔融问题是天然高分子材料改性的关键，主要是如何破坏分子内和分子间氢键，使这些大分子链可以产生移动而且易于弯曲l3j。对于天然高分子材料的改性主要采用物理的和化学的方法，常用的方法包括衍生化法、接枝共聚法、物理共混等。

天然高分子可降解材料的发展任重而道远。目前天然高分子可降解材料的开发与应用存在的主要问题是：(1)产品价格高；(2)产品性能和用途的限制；(3)使用性能与传统材料相比还不尽人意。但我们相信随着石油资源的日益枯竭、环保意识的不断增强和环保法规的进一步完善，天然高分子可降解材料市场仍将迅速增长，尤其是在塑料薄膜、包装材料、医用材料等领域的应用，具有很广阔的前景。

结束语：

参考文献：

①袁广银，张佳，丁文江《可降解医用镁基生物材料的研究进展》中国材料进展第30卷

第2期 2011年2月

②王剑峰《生物可降解材料聚乳酸的研究进展》化学工程与装备 2010年第7期

③何乐陈复生刘伯业孙倩《天然高分子可降解材料的研究与发展》化工新型材料 2011年5月第39卷第5期