生物降解材料在民用生活領域的應用

陳又滔

摘要：本文從醫(yī)藥、產品包裝兩個方面綜述了生物降解材料在民用生活領域的應用，指出了現今生物降解材料存在的問題，并對生物降解材料的發(fā)展前景進行了展望。

關鍵詞：生物降解材料；醫(yī)藥；產品包裝

Abstract This article reviews the adoption of the biodegradable materials in the civilian field，including the aspects of iatrology and packaging，with the existing problems concluded and the prospects of development introduced.

Key words Biodegradable material，iatrology，packaging

自20世紀80年代以來，人類的高速發(fā)展帶來的資源消耗、環(huán)境污染與大自然有限的循環(huán)再生能力間的矛盾逐漸凸顯。作為解決“白色污染”最為有效的途徑，生物降解材料已引起環(huán)境專家，材料學家等領域人士的關注。生物降解材料是指在一定條件下可以被微生物分解或部分分解的材料[1]。主要的分解原理包括（1）微生物造成的機械磨損。（2）微生物與其發(fā)生化學反應產生新的物質。（3）微生物分泌的酶加劇了材料的氧化、分解[2]。本文綜述了生物降解材料在民用生活，包括醫(yī)藥領域、產品包裝領域的應用，并討論了這種材料現存的問題和發(fā)展的前景。

1.醫(yī)藥

近年來，生物降解材料因其較好的生物相容性、血液相容性和降解的可控性[3]在醫(yī)學上的應用越來越廣泛，倍受各國科學家的關注和研究。目前生物降解材料多應用于醫(yī)學的臨床試驗，常用的生物降解聚合材料有：聚羥基乙酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚羥基烷酸酯（PHA）、聚己內酯（PCL）、聚丁二酸丁二醇酯（PBS）和聚乳酸-聚羥基乙酸共聚物（PLGA）[4]。當傳統(tǒng)的醫(yī)藥材料被用于傷口縫合、骨折固定材料時，拆線過程會引起患者痛苦，殘留在體內的固定材料可能會引起對患者的二次傷害。生物降解材料可以在完成自身使命后自行降解，具有更便捷對患者傷害更小的特點。

1.1骨折內固定材料

聚乳酸（PLA）被廣泛應用于骨折內固定材料。PLA有著不穩(wěn)定的化學鍵，無需酶就可以進行簡單水解，但在酯酶的作用下可以更為快速地降解，同時可以誘導新骨生成[5]。在動物實驗和臨床試驗中已經證明了PLA的安全性、無毒性和無刺激性[6]。

1.2整形外科

生物降解材料在整形外科也發(fā)揮著巨大的作用。膠原蛋白是人體中必不可缺的物質之一，與身體各組織、各器官間有著密不可分的關系，可以延緩人體衰老，因此被廣泛應用于美容整形。同時，由于膠原蛋白應用的范圍和使用的方法不同，需要進行不同的塑造。主要應用有外科縫線、人工血管、創(chuàng)傷止血、人工皮膚與角膜、止血劑等膠原蛋白外科縫線可以降解出更多的有機物，從而更好地被人體吸收，加快人體傷口的愈合，同時也可使傷疤不明顯，適用于表皮的縫合。在整形外科中，透明質酸鈉和殼聚糖也有廣泛應用，主要用于防止術后組織粘連和抑制瘢痕形成。

1.3提高藥效

藥物在進入人體之后，如果沒有對藥物的釋放進行控制，將會有多余的部分藥物無法被人體吸收，而直接排出體外，使得藥效大大減弱。可生物降解材料制作的緩沖劑，可以使藥物在人體中保存的時間延長，從而提高藥物療效，適用于長期的治療。微生物合成型降解塑料β-羥基丁酸酯（PHB），能夠被完全降解，在經過大量的研究后，被廣泛應用于提高藥效。

2.產品包裝

每一年世界上塑料的消耗量巨大，且塑料生產所需求的原油量較大。同時，塑料在土地中降解往往需要200-400年，對環(huán)境的污染不可忽視。在食品包裝方面，對塑料包裝材料的回收是不實際且不經濟的。因此，可生物降解產品包裝成為了各國關注的重點，并在近年來得到了開發(fā)和應用。在產品包裝方面主要運用的生物降解材料有發(fā)泡聚苯乙烯（PS）、聚丙烯（PP）和聚乙烯（PE），主要應用于食品包裝和一次性餐具等。

2.1食品包裝

生物降解包裝材料因為對于環(huán)境較為友好，在世界產品市場得到了較大的發(fā)展。其中，西歐國家對非降解塑料的限制，使生物降解食品包裝有效地得到推廣，目前可生物降解食品包裝薄膜在西歐應用較為廣泛。生物降解食品包裝薄膜在使用過后，通過自行生物降解或焚燒，造成的污染大大減少，接近于自然界中的完全循環(huán)。但是目前由于開發(fā)成本較高以及生產技術上的不完善，在世界上還不足以得到大量的使用。

2.2一次性餐具

一次性發(fā)泡餐具以其不可降解和難以回收的特點，易造成“白色污染”。世界各國著力于開發(fā)研究新型可生物降解的一次性餐具，近年來，美國、日本、英國等國家相繼取得了較大的成果如美國WarnerLambert制造的天然高分子型生物降解塑料和英國帝國化學公司生產的微生物發(fā)酵法可降解塑料等。目前，紙質餐具在我國的發(fā)展最為迅速，作為替代一次性發(fā)泡餐具的可生物降解材料，具有重量輕，易加工和無毒的特點，已經具有較為成熟的生產線。而同樣作為可生物降解材料的植物纖維餐具、可食性餐具的在我國更多還處于臨床試驗，還無法大量生產和在市場推廣。

3.總結

可生物降解材料已成為各國關注的重點。但目前，生物降解材料在全球范圍內的大量生產和使用還有較大的困難。主要的原因有：（1）開發(fā)和生產價格較為昂貴。經統(tǒng)計，生物降解塑料的價格是傳統(tǒng)塑料的2-15倍。同時在諸如控制生物降解材料的降解時間和細微開發(fā)操作等方面都需要投入資金，且部分生物降解產品的經濟效益不高，在開發(fā)上的技術還不夠完善，需要大量的實驗。這些都導致了生物降解材料產品的價格較高。（2）對于生物降解材料的性能在國際上還沒有一個統(tǒng)一的標準以及測評方式，在國內也沒有較為滿意的相關評測標準。（3）性能上還有缺陷。以目前的研究成果來看，生物降解材料在降解的時間上可控性上還有待加強。生物降解農用地膜因為不同地區(qū)的應用標準不同導致需要進一步更為精細的研究。盡管當前有關生物降解材料的生產技術還不夠成熟，但我國政府對可生物降解材料的研發(fā)、生產大力支持，且這種材料在市場上已有生存空間，在未來，生物降解材料必將全方面走進人們的生活。

參考文獻：

[1]孫伯平，趙偉，項素云，王海鷹，可生物降解材料，《塑料科技》，2004，（2）：36-41

[2]侯紅江，陳復生，郭東權，王玲，可生物降解材料的研究進展，《食品與機械》，2009，25（2）：152-156

[3]余紅偉，夏革清，王源升，生物降解材料及其在醫(yī)學中的應用，《云南大學學報 ：自然科學版》，2004，（S2）：121-124

[4]郭清奎，呂志前，可完全生物降解材料聚乳酸-聚羥基乙酸復合殼聚糖在人工心血管支架制備中的應用，《北京生物醫(yī)學工程》，2011，30（6）：652-655

[5]王斌，可降解骨折內固定材料聚乳酸的研究進展，《南方醫(yī)科大學學報》，2001，21（7） ：538-539

[6]李開南，骨科生物降解可吸收材料 PLA研究進展，《現代臨床醫(yī)學》，2010，36（3）：236-240