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1、生物材料及其分类生物材料及其分类第1页生物材料定义生物材料定义l广义生物材料能够了解为一切与生物体相关应用性材料，包含应用于生物体上和生物体合成各种材料。按其生物材料起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人工生物材料包含生物金属材料、生物陶瓷材料和化学合成高分子聚合材料，非人工合成、产生于生物体材料，大部分是生物高分子材料，能够被生物降解。第2页依据用途主要分为依据用途主要分为:*承受或传递负载功效。如人造骨骼、承受或传递负载功效。如人造骨骼、关节和牙等，占主导地位关节和牙等，占主导地位*控制血液或体液流动功效。如人工控制血液或体液流动功效。如人工瓣膜、血
2、管等瓣膜、血管等*电、光、声传导功效。如心脏起博电、光、声传导功效。如心脏起博器、人工晶状体、耳蜗等器、人工晶状体、耳蜗等*填充功效。如整容手术用填充体等填充功效。如整容手术用填充体等 第3页依据生物材料降解性，可分为：依据生物材料降解性，可分为：全生物降解全生物降解高分子材料，如聚羟基丁酸酯（高分子材料，如聚羟基丁酸酯（PHB)、聚环己、聚环己内酯（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，如添加淀粉聚苯乙烯、生物破坏高分子材料，如添加淀粉聚苯乙烯、聚乙烯等。聚乙烯等。不可降解生物无机材料，如含有生物亲和作不可降解生物无机材料，如含有生物亲和作用生物金
3、属材料和生物陶瓷材料，含有生物惰用生物金属材料和生物陶瓷材料，含有生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷，生物活性陶瓷在生物性陶瓷、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周围体内基本不被吸收，但能促进种植生物体周围新骨生成，并与骨组织形成牢靠化学键。新骨生成，并与骨组织形成牢靠化学键。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，生物包装材料和其它生物应用材料。和其它生物应用材料。第4页l生物医学材料指是一类含有特殊性能、特生物医学材料指是一类含有特殊性能、特种功效，用于人工器官、外科修复、理种功效，用于人工器官、外科修复、理 疗康疗康复、诊疗、治疗疾患
4、，而对人体组织不会产生复、诊疗、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响材料。现在各种合成材料和天然高分不良影响材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以子材料、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地应及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。用于临床和科研。第5页第6页l依据材料用途，这些材料又能够分为生物惰性依据材料用途，这些材料又能够分为生物惰性（bioinert）、生物活性（）、生物活性（bioactive）或生物降解）或生物降解（biodegradable）材料。这些材料经过长久植入、）材料。这些材料经过长久植
5、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。生物医用材料因为直接用于人体或与人体与替换。生物医用材料因为直接用于人体或与人体健康亲密相关，对其使用有严格要求。首先，生物健康亲密相关，对其使用有严格要求。首先，生物医用材料应含有良好血液相容性和组织相容性。其医用材料应含有良好血液相容性和组织相容性。其次，要求耐生物老化。即对长久植入材料，其生物次，要求耐生物老化。即对长久植入材料，其生物稳定性要好；对于暂时植入材料，耍求在确定时间稳定性要好；对于暂时植入材料，耍求在确定时间内降解为可被人体吸收或代谢无毒单体或片断。还内降解为可被人体吸收或代
6、谢无毒单体或片断。还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适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、不致癌不致畸也当。便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸也是必须考虑。对于不一样用途材料，其要求各有侧是必须考虑。对于不一样用途材料，其要求各有侧重。重。第7页用作人工骨骼钛用作人工骨骼钛或钛合金生物医或钛合金生物医学材料学材料第8页l生物聚合物依据起源和加工方法分为不一样种类，生物聚合物依据起源和加工方法分为不一样种类，第一类就是直接从天然材料中提取包装材料；第二第一类就是直接从天然材料中提取包装材料；第二类是以可再生生物化学单体合成材料；第三类是以类是以
7、可再生生物化学单体合成材料；第三类是以微生物或转基因细菌生产包装材料。微生物或转基因细菌生产包装材料。l天然可生物降解包装材料普通包含以土豆、玉天然可生物降解包装材料普通包含以土豆、玉米、小麦、糠麸、大米等淀粉和纤维素制成多聚糖米、小麦、糠麸、大米等淀粉和纤维素制成多聚糖和乳清、酪蛋白、麦麸、大豆、胶原质等蛋白质，和乳清、酪蛋白、麦麸、大豆、胶原质等蛋白质，甚至能够使用食品工业残渣。甚至能够使用食品工业残渣。l这个市场广泛采取淀粉为原料是因为其价格廉这个市场广泛采取淀粉为原料是因为其价格廉价，而且，但淀粉被制成热塑性塑料后，其二氧化价，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
8、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。第9页l更加好防水性能更加好防水性能 l以淀粉为原料主要问题是其轻易吸水。为了到达更加以淀粉为原料主要问题是其轻易吸水。为了到达更加好防水效果，需要与其它天然或是合成可降解聚合物混合，好防水效果，需要与其它天然或是合成可降解聚合物混合，或者添加不一样起源添加剂。或者添加不一样起源添加剂。l经过改性和添加剂作用，这些混合物质含有更高或是经过改性和添加剂作用，这些混合物质含有更高或是更低水汽敏感度和气密性。热塑性淀粉含有更低水汽敏感度和气密性。热塑性淀粉含有70%-90%淀粉，淀粉，不过其中不过其中40%-60%淀粉却是许多混合物，添加剂使
9、用提升淀粉却是许多混合物，添加剂使用提升了原料成本。因而，这方面研究主要是降低添加剂用量，了原料成本。因而，这方面研究主要是降低添加剂用量，比如使用新纳米组分而不是淀粉或是改性粘土颗粒。比如使用新纳米组分而不是淀粉或是改性粘土颗粒。l比如纸张或是卡纸等未经改性纤维素材料含有较差气比如纸张或是卡纸等未经改性纤维素材料含有较差气密性和防潮性能，因而除非是干货，普通极少用来作为外密性和防潮性能，因而除非是干货，普通极少用来作为外包装材料。改性纤维素和纤维素衍生物材料，主要是聚碳包装材料。改性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首先还是有些昂贵酸酯等聚合物用于这首先还是有些昂贵第10
10、页世界上第一把世界上第一把100%可降解伞，使用特可降解伞，使用特殊生物降解材料制殊生物降解材料制成成第11页l产品多样产品多样 l聚乳酸聚乳酸(PLA)是人工合成可生物降解包装材料范例。是人工合成可生物降解包装材料范例。PLA由由乳酸单体聚合而成，在不一样食品包装领域提供不一样性能。乳酸单体聚合而成，在不一样食品包装领域提供不一样性能。lPLA能够制成结晶或是透明形态，能够吹膜、注塑以及涂层，能够制成结晶或是透明形态，能够吹膜、注塑以及涂层，既能够单独使用也能够与其它天然原料制成聚合物混合使用。比既能够单独使用也能够与其它天然原料制成聚合物混合使用。比如，如，PLA经常与淀粉混合以提升降解性
11、能、降低成本。经常与淀粉混合以提升降解性能、降低成本。l第三类可生物降解包装材料用微生物制成，包含多羟基链烷第三类可生物降解包装材料用微生物制成，包含多羟基链烷酸酯酸酯(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当前价格当前价格仍比较高，不过从技术角度来看，用途会非常广泛，吹塑、注塑、仍比较高，不过从技术角度来看，用途会非常广泛，吹塑、注塑、拉膜、涂层都能够。也能够与热塑性淀粉等可生物降解材料混合。拉膜、涂层都能够。也能够与热塑性淀粉等可生物降解材料混合。PHAs用于食品包装有个有趣特征那就是水汽透过率非常低，与用于食品包装有个有趣特征那就是水汽透过率非常
12、低，与低密度聚乙烯靠近。低密度聚乙烯靠近。第12页聚乳酸聚乳酸100%生物可生物可分解聚乳酸（分解聚乳酸（PLA）是一種可生物降解新是一種可生物降解新型高分子材料，以玉型高分子材料，以玉米為原料米為原料第13页l玉米是一个美味又有营养淀粉食物，还被广泛用于制造甜味剂和玉米是一个美味又有营养淀粉食物，还被广泛用于制造甜味剂和动物饲料。伴随技术进步，将玉米中糖分提炼出来，经过发酵、动物饲料。伴随技术进步，将玉米中糖分提炼出来，经过发酵、蒸馏、萃取，得到制造塑料和纤维基础材料，基础材料再被加工蒸馏、萃取，得到制造塑料和纤维基础材料，基础材料再被加工成直径只有成直径只有457mm聚交酯聚交酯(PLa)
13、细微颗料。最终，这些小颗料细微颗料。最终，这些小颗料被制成包装袋、泡沫塑料或餐具。国外企业已看好这种新环境保被制成包装袋、泡沫塑料或餐具。国外企业已看好这种新环境保护材料，如可口可乐企业在盐湖城冬奥会上用了护材料，如可口可乐企业在盐湖城冬奥会上用了50万只一次性万只一次性杯子，全部是用玉米塑料制成，这种杯子只需杯子，全部是用玉米塑料制成，这种杯子只需40天就在露天环天就在露天环境下消失得无影无踪。境下消失得无影无踪。l美国一家研究所利用土豆和乳清制成了一个能生物降解塑料薄膜。美国一家研究所利用土豆和乳清制成了一个能生物降解塑料薄膜。其制法是：先用酶将制酪时形成乳清和废弃土豆转化为葡萄糖浆，其制
14、法是：先用酶将制酪时形成乳清和废弃土豆转化为葡萄糖浆，然后用细菌发酵成含乳酸液体。液体中乳酪经电渗析分离出来后，然后用细菌发酵成含乳酸液体。液体中乳酪经电渗析分离出来后，加热使水分蒸发，留下便是能够制薄膜和涂层聚乳酸分子。这么加热使水分蒸发，留下便是能够制薄膜和涂层聚乳酸分子。这么制成塑料薄膜能够制成保鲜袋和代替涂有聚乙烯和防水蜡包装材制成塑料薄膜能够制成保鲜袋和代替涂有聚乙烯和防水蜡包装材料，最大优点是能够分解为对环境无害乳酸。料，最大优点是能够分解为对环境无害乳酸。第14页l天然甲壳素也是一个非常好原料。因为原料来自天天然甲壳素也是一个非常好原料。因为原料来自天然，无毒、无味、耐热，而且有
15、良好吸湿性、纺丝然，无毒、无味、耐热，而且有良好吸湿性、纺丝性和成膜性，抑菌除臭。能满足食品、卫生、医药性和成膜性，抑菌除臭。能满足食品、卫生、医药等行业对包装材料卫生要求。所以用甲壳素加工制等行业对包装材料卫生要求。所以用甲壳素加工制备包装材料，有良好透气性能，吸水保湿性也好。备包装材料，有良好透气性能，吸水保湿性也好。该材料还含有很好化学稳定性、耐光性、耐药品性、该材料还含有很好化学稳定性、耐光性、耐药品性、耐油脂性、耐有机溶液性、耐寒性等，其稳定性优耐油脂性、耐有机溶液性、耐寒性等，其稳定性优于纸张。因为甲壳素起源于生物体结构物质，与人于纸张。因为甲壳素起源于生物体结构物质，与人体细胞有很强亲和性和生物相溶性，可被体内酶分体细胞有很强亲和性和生物相溶性，可被体内酶分解而吸收，对人体无毒性和副作用，能有效地保护解而吸收，对人体无毒性和副作用，能有效地保护人体免受自然界微辐射、重金属离子等对皮肤侵害，人体免受自然界微辐射、重金属离子等对皮肤侵害，可用于制造纺织品。可用于制造纺织品。第15页第16页