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1、生物材料及其分类生物材料及其分类生物材料的定义生物材料的定义l广义的生物材料可以理解为一切与生物体相关的应用性材料，包括应用于生物体上的和生物体合成的各种材料。按其生物材料来源可分为天然生物材料、人工生物材料、半天然生物材料、特殊复合生物材料等。l人工生物材料包括生物金属材料、生物陶瓷材料和化学合成的高分子聚合材料，非人工合成的、产生于生物体的材料，大部分是生物高分子材料，可以被生物降解。根据用途主要分为根据用途主要分为: :* *承受或传递负载功能。如人造骨骼、承受或传递负载功能。如人造骨骼、关关节和节和牙牙等，占主导地位等，占主导地位* *控制血液或体液流动功能。如控制血液或体液流动功能。
2、如人工人工瓣膜瓣膜、血管血管等等* *电、光、声传导功能。如电、光、声传导功能。如心脏起博心脏起博器器、人工晶状体、人工晶状体、耳蜗耳蜗等等* *填充功能。如整容手术用填充体等填充功能。如整容手术用填充体等 根据生物材料的降解性，可分为：根据生物材料的降解性，可分为：全生物降全生物降解高分子材料，如聚羟基丁酸酯（解高分子材料，如聚羟基丁酸酯（PHB)、聚环、聚环己内酯（己内酯（PCL)、蛋白质、微生物多糖等。、蛋白质、微生物多糖等。生物破坏高分子材料，如添加淀粉的聚苯乙生物破坏高分子材料，如添加淀粉的聚苯乙烯、聚乙烯等。烯、聚乙烯等。不可降解的生物无机材料，如具有生物亲和不可降解的生物无机材料
3、，如具有生物亲和作用的生物金属材料和生物陶瓷材料，具有生作用的生物金属材料和生物陶瓷材料，具有生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷，生物活性陶瓷在物惰性陶瓷、生物活性陶瓷，生物活性陶瓷在生物体内基本不被吸收，但能促进种植生物体生物体内基本不被吸收，但能促进种植生物体周围新骨生成，并与骨组织形成牢固的化学键。周围新骨生成，并与骨组织形成牢固的化学键。按其应用可分为生物医学材料，生物包装材料按其应用可分为生物医学材料，生物包装材料和其他生物应用材料。和其他生物应用材料。l生物医学材料指的是一类具有特殊性能、生物医学材料指的是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理特种功能，用于人工器官、外科修
4、复、理 疗疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。地应用于临床和科研。 l根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性（bioinert）、生物活性（）、生物活性（bioactive）或生物降解）或生物降解（biodegradable）材料。这些材料通过长期
5、植入、）材料。这些材料通过长期植入、短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复与替换。生物医用材料由于直接用于人体或与人体与替换。生物医用材料由于直接用于人体或与人体健康密切相关，对其使用有严格要求。首先，生物健康密切相关，对其使用有严格要求。首先，生物医用材料应具有良好的血液相容性和组织相容性。医用材料应具有良好的血液相容性和组织相容性。其次，要求耐生物老化。即对长期植入的材料，其其次，要求耐生物老化。即对长期植入的材料，其生物稳定性要好；对于暂时植入的材料，耍求在确生物稳定性要好；对于暂时植入的材料，耍求在确定时间内降解为可被人体吸收或代谢的无
6、毒单体或定时间内降解为可被人体吸收或代谢的无毒单体或片断。还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、片断。还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不价格适当。便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料，其要致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料，其要求各有侧重。求各有侧重。 用作人工骨骼的用作人工骨骼的钛或钛合金生物钛或钛合金生物医学材料医学材料l生物聚合物根据来源和加工方法分为不同的种类，生物聚合物根据来源和加工方法分为不同的种类，第一类就是直接从天然材料中提取的包装材料；第第一类就是直接从天然材料中提取的包装材料；第二类
7、是以可再生的生物化学单体合成的材料；第三二类是以可再生的生物化学单体合成的材料；第三类是以微生物或转基因细菌生产的包装材料。类是以微生物或转基因细菌生产的包装材料。 l天然可生物降解的包装材料一般包含以土豆、天然可生物降解的包装材料一般包含以土豆、玉米、小麦、糠麸、大米等的淀粉和纤维素制成的玉米、小麦、糠麸、大米等的淀粉和纤维素制成的多聚糖和乳清、酪蛋白、麦麸、大豆、胶原质等蛋多聚糖和乳清、酪蛋白、麦麸、大豆、胶原质等蛋白质，甚至可以使用食品工业的残渣。白质，甚至可以使用食品工业的残渣。 l这个市场广泛采用淀粉为原料是因为其价格便这个市场广泛采用淀粉为原料是因为其价格便宜，而且，但淀粉被制成热
8、塑性塑料后，其二氧化宜，而且，但淀粉被制成热塑性塑料后，其二氧化碳和氧气隔绝性能优异，而且加工性良好。碳和氧气隔绝性能优异，而且加工性良好。l更好的防水性能更好的防水性能 l以淀粉为原料的主要问题是其容易吸水。为了达到更以淀粉为原料的主要问题是其容易吸水。为了达到更好的防水效果，需要与其它天然或是合成的可降解聚合物好的防水效果，需要与其它天然或是合成的可降解聚合物混合，或者添加不同来源的添加剂。混合，或者添加不同来源的添加剂。 l通过改性和添加剂的作用，这些混合物质具有更高或通过改性和添加剂的作用，这些混合物质具有更高或是更低的水汽敏感度和气密性。热塑性淀粉含有是更低的水汽敏感度和气密性。热塑
9、性淀粉含有70%-90%的淀粉，但是其中的淀粉，但是其中40%-60%的淀粉却是许多混合物，添加的淀粉却是许多混合物，添加剂的使用提高了原料的成本。因而，这方面的研究主要是剂的使用提高了原料的成本。因而，这方面的研究主要是减少添加剂的用量，例如使用新的纳米组分而不是淀粉或减少添加剂的用量，例如使用新的纳米组分而不是淀粉或是改性粘土颗粒。是改性粘土颗粒。 l例如纸张或是卡纸等未经改性的纤维素材料具有较差例如纸张或是卡纸等未经改性的纤维素材料具有较差的气密性和防潮性能，因而除非是干货，一般很少用来作的气密性和防潮性能，因而除非是干货，一般很少用来作为外包装材料。改性的纤维素和纤维素衍生物材料，主要
10、为外包装材料。改性的纤维素和纤维素衍生物材料，主要是聚碳酸酯等聚合物用于这一方面还是有些昂贵是聚碳酸酯等聚合物用于这一方面还是有些昂贵世界上第一把世界上第一把100%可降解伞，使用特可降解伞，使用特殊的生物降解材料殊的生物降解材料制成制成l产品多样产品多样 l聚乳酸聚乳酸(PLA)是人工合成的可生物降解包装材料的范例。是人工合成的可生物降解包装材料的范例。PLA由乳酸单体聚合而成，在不同的食品包装领域提供不同的性由乳酸单体聚合而成，在不同的食品包装领域提供不同的性能。能。 lPLA可以制成结晶或是透明的形态，可以吹膜、注塑以及涂可以制成结晶或是透明的形态，可以吹膜、注塑以及涂层，既可以单独使用
11、也可以与其它天然原料制成的聚合物混合使层，既可以单独使用也可以与其它天然原料制成的聚合物混合使用。例如，用。例如，PLA经常与淀粉混合以提高降解性能、降低成本。经常与淀粉混合以提高降解性能、降低成本。 l第三类的可生物降解包装材料用微生物制成，包括多羟基链第三类的可生物降解包装材料用微生物制成，包括多羟基链烷酸酯烷酸酯(PHAs)，而聚羟基丁酸酯，而聚羟基丁酸酯(PHB)最为普遍。最为普遍。PHAs目前的目前的价格仍比较高，但是从技术角度来看，用途会非常广泛，吹塑、价格仍比较高，但是从技术角度来看，用途会非常广泛，吹塑、注塑、拉膜、涂层都可以。也可以与热塑性淀粉等可生物降解材注塑、拉膜、涂层都
12、可以。也可以与热塑性淀粉等可生物降解材料混合。料混合。PHAs用于食品包装有个有趣的特性那就是水汽透过率用于食品包装有个有趣的特性那就是水汽透过率非常低，与低密度聚乙烯接近。非常低，与低密度聚乙烯接近。聚乳酸聚乳酸100% 生物可生物可分解聚乳酸（分解聚乳酸（PLA）是一種可生物降解的是一種可生物降解的新型高分子材料，以新型高分子材料，以玉米為玉米為原料原料l玉米是一种美味又有营养的淀粉食物，还被广泛用于制造甜味剂玉米是一种美味又有营养的淀粉食物，还被广泛用于制造甜味剂和动物饲料。随着技术的进步，将玉米中的糖分提炼出来，经过和动物饲料。随着技术的进步，将玉米中的糖分提炼出来，经过发酵、蒸馏、萃
13、取，得到制造塑料和纤维的基础材料，基础材料发酵、蒸馏、萃取，得到制造塑料和纤维的基础材料，基础材料再被加工成直径只有再被加工成直径只有457mm的聚交酯的聚交酯(PLa)细微颗料。最后，细微颗料。最后，这些小颗料被制成包装袋、泡沫塑料或餐具。国外公司已看好这这些小颗料被制成包装袋、泡沫塑料或餐具。国外公司已看好这种新的环保材料，如可口可乐公司在盐湖城冬奥会上用了种新的环保材料，如可口可乐公司在盐湖城冬奥会上用了50万万只一次性杯子，全部是用玉米塑料制成的，这种杯子只需只一次性杯子，全部是用玉米塑料制成的，这种杯子只需40天天就在露天环境下消失得无影无踪。就在露天环境下消失得无影无踪。l美国一家
14、研究所利用土豆和乳清制成了一种能生物降解的塑料薄美国一家研究所利用土豆和乳清制成了一种能生物降解的塑料薄膜。其制法是：先用酶将制酪时形成的乳清和废弃的土豆转化为膜。其制法是：先用酶将制酪时形成的乳清和废弃的土豆转化为葡萄糖浆，然后用细菌发酵成含乳酸的液体。液体中的乳酪经电葡萄糖浆，然后用细菌发酵成含乳酸的液体。液体中的乳酪经电渗析分离出来后，加热使水分蒸发，留下的便是可以制薄膜和涂渗析分离出来后，加热使水分蒸发，留下的便是可以制薄膜和涂层的聚乳酸分子。这样制成的塑料薄膜可以制成保鲜袋和代替涂层的聚乳酸分子。这样制成的塑料薄膜可以制成保鲜袋和代替涂有聚乙烯和防水蜡的包装材料，最大优点是可以分解为
15、对环境无有聚乙烯和防水蜡的包装材料，最大优点是可以分解为对环境无害的乳酸。害的乳酸。l天然甲壳素也是一种非常好的原料。由于原料来自天然甲壳素也是一种非常好的原料。由于原料来自天然，无毒、无味、耐热，而且有良好的吸湿性、天然，无毒、无味、耐热，而且有良好的吸湿性、纺丝性和成膜性，抑菌除臭。能满足食品、卫生、纺丝性和成膜性，抑菌除臭。能满足食品、卫生、医药等行业对包装材料的卫生要求。所以用甲壳素医药等行业对包装材料的卫生要求。所以用甲壳素加工制备的包装材料，有良好的透气性能，吸水保加工制备的包装材料，有良好的透气性能，吸水保湿性也好。该材料还具有较好的化学稳定性、耐光湿性也好。该材料还具有较好的化学稳定性、耐光性、耐药品性、耐油脂性、耐有机溶液性、耐寒性性、耐药品性、耐油脂性、耐有机溶液性、耐寒性等，其稳定性优于纸张。由于甲壳素来源于生物体等，其稳定性优于纸张。由于甲壳素来源于生物体结构物质，与人体细胞有很强的亲和性和生物相溶结构物质，与人体细胞有很强的亲和性和生物相溶性，可被体内的酶分解而吸收，对人体无毒性和副性，可被体内的酶分解而吸收，对人体无毒性和副作用，能有效地保护人体免受自然界的微辐射、重作用，能有效地保护人体免受自然界的微辐射、重金属离子等对皮肤的侵害，可用于制造纺织品。金属离子等对皮肤的侵害，可用于制造纺织品。
