生物可降解材料按降解机理和破坏方式可分为完全生物降解材料和破坏性生物降解材料两种。
01、完全生物降解材料
完全生物降解材料是指本身可以被细菌、真菌、放线菌等微生物全部分解的生物降解材料。它能在细菌或其水解酶作用下,最终分解成CO2和水等物质回归自然,所以被称为“绿色材料”。从制备方法上可分为3种:微生物发酵法、化学合成和天然高分子共混。
微生物发酵法
微生物发酵法是指以有机物为碳源,通过微生物发酵而得到的生物降解材料,主要是以聚羟基脂肪酸酯类为主。聚烃基脂肪酸脂(PHA)是由很多细菌合成的一种细胞内聚酯,具有生物可降解性、生物相容性和可食用性等许多优良性能。在生物医学材料、组织工程材料、缓释材料、电学材料以及包装材料等方面发挥了重要的作用。
美国宝洁公司先已开发成功作为缝合线、无纺布和各种包装用材料的PHA系列产品及其多种应用。目前PHA在全球的研究主要集中在利用其生物可降解性、生物相容性等特征,开发在医疗、制药、电子等高附加值领域的用途。
化学合成法
化学合成高分子型降解材料是指利用化学方法合成制造的生物降解材料。大多是在分子结构中引入能被微生物降解的含酯基结构的脂肪族聚酯,目前具有代表性的工业化产品有聚己内酯(PCL)、聚琥珀酸丁二脂(BS)、聚乳酸(PLA)、脂肪族聚酯/芳香族聚酯共聚物(CPE)等。
聚乳酸具有优良的生物相容性和可吸收性,无毒、无刺激性,它在自然界中能完全分解为CO2和H2O,对环境无污染,是目前最有前途的可生物降解的聚合物之一。聚乳酸用途广泛,目前已被应用于生物医用高分子、纺织和包装等行业。聚己内酯(PCL)则具有优良的生物相容性、记忆性以及生物可降解性等,其产品多集中在医疗和日用方面如矫正器、缝合线、绷带、降解塑料等。
天然高分子共混
天然高分子生物降解材料是利用生物可降解的天然高分子,如植物来源的生物物质和动物来源的甲壳质等为基材制造的材料以使产品具有降解性。植物来源包括细胞壁组成的纤维素、半纤维素、木质素、淀粉、多糖类及碳氢化合物;动物来源主要是虾、螃蟹等甲壳动物。主要品种有PHB/ PCL糊化淀粉/ PCL糊化淀粉/ PHBV等。
此类降解材料原料来源丰富、可完全生物降解,而且产物安全无毒性,正日益受到人们重视。然而,天然高分子材料虽具有完全生物降解性。但是它的热学、力学性能差,不能满足工程材料的性能要求,因此目前的研究方向是通过天然高分子改性,以得到有使用价值的天然高分子降解材料。
02、生物破坏性材料