简述生物高分子材料的研究进展

来源：塑胶五金网发布时间：2008-01-02 15:46:58点击率：

在自然界，通过二氧化碳、水和阳光周而复始地合成天然材料，这些天然材料具有优良的性能，废弃物可以靠微生物降解，参加自然界生态大循环；同时生物界奇妙的遗传技术将材料的特性一代一代地传递下去。因此，如何运用生物技术来合成高分子材料得到广大科学工作者的关注，他们不断致力于该领域的研究，并且取得了重大的进展。本文主要介绍蜘蛛丝、聚乳酸纤维以及生物医用材料的研究情况。蜘蛛丝的研究数百万年来，蜘蛛制造着细的丝。这种蛋白质蜘蛛丝是人们所知道的强度的纤维，并且具有优异的弹性，其特性很像高强度合成纤维芳纶1414和弹性纤维氨纶。就强度而论，蜘蛛丝甚至优于高性能的Kevlar纤维，虽然两种纤维都有类似的高强度水平，但Kevlar纤维在断裂之前仅能延伸其原长的4％，而蜘蛛丝的断裂伸长可达30％。蜘蛛丝的特殊品质引起了科学工作者的兴趣。美国杜邦公司在该领域进行了多年的研究。他们提出获得这种新结构材料的基础是要有能力从分子层面开始控制材料构架的所有方面，切实可行的方法是重组DNA技术，即使用生物合成过程的能量来控制聚合的顺序和链的长度。他们收集所有数据，通过计算机模拟技术设计出一种分子模型，并将迄今所得到的有关这种纤维的结构信息全部集成进去，他们还设计了合成基因为这种丝蛋白的复制品编码。这些基因被植入酵母和细菌，蛋白质的复制品由此产生。不管采用哪种方法，细菌和酵母都制出了类似的蛋白质，其结构等同于蜘蛛用来拉出网丝的蛋白质，研究人员把这种蛋白质溶解于一种化学溶剂中，溶液通过湿法成型由小孔挤出，纺出了坚固的纤维。研究者通过实验室造蜘蛛丝的研究，期望得到与蜘蛛丝相同的生物纤维。这些生物纤维有许多可能的用途，它既轻又结实又有弹性，可能在卫星和飞机上得到应用，用制造轻量型防弹背心、头盔乃至降落伞绳索，蜘蛛丝尤其适宜应用在那些零下40℃下仍需保持弹性而只有在极低温度下才变脆的应用领域；另外，在桥梁建筑、复合材料、生物医学等方面均有应用潜力。聚乳酸纤维聚乳酸（PLA）是一种聚羟基酸。乳酸是乳酸杆菌产生的一种碳水化合物，是生物体（包括人体）中常见的天然化合物。通过乳酸环化二聚物的化学聚合或乳酸的直接聚合可以得到高分子量的聚乳酸。以聚乳酸为原料得到的制品，具有良好的生物相容性和生物可吸收性，以及很好的生物降解性，并且在可降解热塑性高分子材料中PLA具有的抗热性。聚乳酸纤维是一种新型的可完全生物降解的合成纤维，系从谷物中取得，其制品废弃后在土壤或海水中经微生物作用可分解为二氧化碳和水，燃烧时不会散发毒气，不会造成污染。目前，学术界对聚乳酸纤维的研究很多，主要以日本钟纺公司为代表。由玉米、甘蔗或甜菜通过发酵和蒸馏的方法提取乳酸，聚合成聚乳酴，通过溶液纺丝方法得到聚乳酸纤维，它具有与聚酯几乎同等强度和伸长，加工成短纤维、复丝和单丝形式，与棉、羊毛或粘胶等可分解性纤维混纺，可制得类似丝的织物，制成内衣和衬衫等服装，不但耐用、吸湿性好，而且通过加工形成优良的形态稳定性和抗皱性能。生物医用材料生物医用纺织品既属于产业用纺织品领域，又属于医疗器材范畴，它是生命科学和材料科学交叉的产物，目前已经成为各国研究的热点。生物医用材料是现代临床医学发展的重要物质基础，其产业规模虽然不大，但知识密集，产出很高，因此世界各国对此均十分重视，其发展势头十分强劲，东华大学（原中国纺织大学）在该领域的研究处于国际地位，其专利成果已经进驻上海浦东张江高科技园区，建成上海高校（浦东）重点实验室，其天纯生物材料有限公司的医用甲壳质敷料等产品已经被医院作为临床器材使用，为病人解除痛苦。生物医用纺织品所用的材料，包括短纤维、单丝、复丝和机织、针织织物及复合材料，其中代表品种有：甲壳质纤维、骨胶原纤维以及海藻酸纤维。 1.甲壳质纤维甲壳质（也称甲壳素）来自虾和蟹等节足动物的甲壳中，每年海洋产甲壳量达10亿t，在天然高分子的产量仅次于纤维素。甲壳质是一种天然多糖物质，由于其具有较好的晶状结构和较多的氢键，因此，其溶解性能很差。甲壳经脱乙酰化合成为甲壳胺（也称脱乙酰甲壳素）其溶解性能比甲壳质好。将精制的甲壳质或甲壳胺溶解于合适的溶剂，通过湿法纺丝制成为甲壳质纤维或甲壳胺纤维。由于甲壳质或甲壳胺具有良好的生物相容性和适应性，并具有消炎、止血、镇痛和促进肌体组织生长等功能，可促进伤口愈合，因此被公认为保护伤口的理想材料。 2.骨胶原纤维骨胶原纤维是通过重新组构牛屈肌腱的骨胶原悬浮液制成的。它作为医用材料的特点在于：生物适应性优良、无抗原性、生物体吸收性良好等，因此国内外正将其开发和应用于伤口保护。 3.海藻酸纤维海藻酸是从海藻植物中提炼的多糖物质。当它用于伤口接触层时，它与伤口之间相互作用，会产生海藻酸钠、海藻酸钙凝胶。这种凝胶是亲水性的，可使氧气通过而细菌不能通过，并促进新组织的生长。

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