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功能高分子材料的制备及研究进展

发布时间:2017-10-11 23:38

  一.引言

  功能高分子材料一般指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料,或具体地指在原有力学性能的基础上,还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料。功能高分子材料是上世纪60年代发展起来的新兴领域,是高分子材料渗透到电子、生物、能源等领域后开发涌现出的新材料。近年来,功能高分子材料的年增长率一般都在10%以上,其中高分子分离膜和生物医用高分子的增长率高达50%。


  所谓功能性高分子材料,一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料,但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括,不一定很确切,较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出,这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多,而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。


  二.功能高分子材料

  功能高分子材料按照功能特性通常可分成:分离材料和化学功能材料;电磁功能高分子材料;光功能高分子材料;生物医用高分子材料。功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支,它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。

  随着时代的发展,在医学领域中越来越迫切地需要开发出能应用于医疗的各种新型材料,经多年的研究已发现有多种高分子化合物可以符合医用要求,我们也把它归属于功能性高分子材料。


  一般归纳起来医用高分子材料应符合下列要求:化学稳定性好,在人体接触部分不能发生影响而变化;组织相容性好,在人体内不发生炎症和排异反应;不会致癌变;耐生物老化,在人体内材料长期性能无变化;耐煮沸,灭菌、药液消毒等处理方法;材料来源广、易于加工成型。

  经多年研究,能较好符合上述要求的高分子化合物主要有两大类,一类是有机硅化合物,第二类是有机氟化物,最主要的两种产品是硅橡胶和聚四氟乙烯,例如美国GE公司开发了一批主要是有机硅方面的用于医学领域的功能高分子化合物。


  三.生物医用高分子材料

  目前,除人脑外的大部分人体器官都可用高分子材料来制作。对生物医用高分子材料,除了要求具有医疗功能外,还要强调安全性,即要对人体健康无害。目前在血液相容性高分子、组织相容性高分子、生物降解吸收高分子、硬组织材料用高分子和生物复合高分子材料、医用高分子现场固化材料、医用粘合剂、固定化酶、高分子药物释放和送达体系等都有相应的研究。随着环保概念的提出,生态可降解高分子材料的开发和应用也随之日益受到重视。如聚乳酸塑料PLA,在废弃后自然条件下,通过微生物的分解作用,只需六个月至两年时间即可完全降解,降解反应的产物为水、二氧化碳、乳酸等是植物生长良好的促进剂,对环境无任何污染。


  离子交换与吸附树脂是一类带有可离子化基团或其他功能性基团如亲油基团的二维网状交联聚合物。常用的离子交换与吸附树脂多为球状珠粒,其粒径为0.3-1.2mm。此外,还要具有高的机械性能、较好的化学稳定性、热稳定性、亲水或亲油性、渗透稳定性和高的交换/吸附容量。在水/油中具有足够大的凝胶孔或大孔结构,由于它具有高效快速分析和分离功能,目前已广泛用于硬水软化、废水净化、高纯水制备、海水淡化特别是在食品工业、制药行业、治理污染和催化剂中应用的更为广泛,而且发展迅速。除一般用的离子交换树脂外,近来还发展了具有特殊吸附功能的离子吸附树脂:如高吸油树脂等,这些高分子吸附剂可以从有机溶剂或有机无机混合相体系中吸附有机溶剂如各种油类。

  随着医用科技的蓬勃发展和环境污染的日益严重,当今材料技术的发展趋势一是从均质材料向复合材料发展,二是由结构材料往功能材料、多功能材料并重的方向发展。这种发展趋势使得医用复合材料和环境处理材料得到了快速发展。


  四.医用高分子材料的发展方向

  可生物降解医用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重视,无论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材料,都将得到巨大的发展。其中高分子纳米粒子以其特有的优点是近年来国内外一个极为重要的研究热点。


  任何一种材料都是通过其表面与环境介质相接触的,因此材料的开发与应用必然涉及其表面问题的研究。一般高分子材料的表面对外界响应性较弱,但有些高分子表面的结构形态会因外界条件(如pH、温度、应力、光及电场等)的改变在极短时间内发生相应的变化,从而造成表面性质的改变,此乃智能高分子表面。因此设计这类智能表面将是生物医用高分子材料发展的一个重要方面。通常,在组织工程的应用中,高分子材料支架要负载上生长因子,以促进组织在生物体内的再生,另一方面,把特殊的粘附因子,如粘连蛋白结合到支架上,可使聚合物表面能够促进对某种细胞的粘附,而排斥其它种类的细胞,即支架对细胞进行有选择的粘附。为了使生长因子和粘附因子能够结合到可降解高分子材料上,就需要对材料进行表面改性,而有时表面改性很困难,因此,可利用与天然聚合物杂化的方法来达到上述目的,同时由于这些材料有良好的机械性能,又可以弥补天然聚合物强度不高、稳定性差的缺点。可见,生物杂化材料在这方面的表现是相当突出的,必将成为医用生物高分子材料发展的一个主要趋势。


  参考文献

  1、焦剑.功能高分子材料.化学工业出版社,2007.7

  2、俞耀庭,张兴栋等.生物医用材料.天津:天津大学出版社,2000.

  3、陈先红,郑建华.生物降解高分子材料——聚酸酐的研究进展高分子材料科学与工程2003


  来源:商品与质量·学术观察 2012年6期

  作者:陈佳佳


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