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一、生物工程包裝材料的概念

　　什么是生物材料?由于生物材料的內(nèi)涵豐富，而且從事生物材料研究的又是來自于不同領(lǐng)域的科學(xué)工作者，因此目前對生物材料尚無一個(gè)很確切的定義。廣義的生物材料可以理解為一切與生物體相關(guān)的應(yīng)用性材料。按其應(yīng)用可分為生物工程材料、生物醫(yī)用材料和其它生物應(yīng)用材料。而按生物材料來源可分為天然生物材料和人工生物材料；與此同時(shí)材料學(xué)的發(fā)展使有些材料兼具天然和人工合成的特性。狹義的生物材料指的是能夠用來制作各種人工器官和制造與人工生理環(huán)境相接觸的醫(yī)療用具和制品的材料，即生物醫(yī)用材料及生物包裝材料。

本文所指的生物包裝材料是指生物工程材料中的包裝材料。其定義是，指利用生物技術(shù)，并與生物體相關(guān)的包裝應(yīng)用性材料?；蚍Q為生物工程包裝材料。

二、生物工程包裝材料的現(xiàn)狀與趨勢

當(dāng)代生物材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，尤以生物工程材料中的包裝材料和生物醫(yī)用材料的發(fā)展zui為迅猛。

在包裝材料方面，*，由于人類的生產(chǎn)和生活活動(dòng)在自然界中遺棄了很多不能自然降解的塑料制品，造成的白色污染是世界各國在工業(yè)化之后遇到的zui嚴(yán)重的環(huán)境和社會問題之一。在過去的50年中，石油塑料和各種聚合物在包裝上的應(yīng)用增長是驚人的，現(xiàn)在每年生產(chǎn)1．5X108t價(jià)值1500億美元的各種塑料相關(guān)材料。對此國內(nèi)外已經(jīng)提出了很多解決方案，但大都只能部分解決污染問題或用污染轉(zhuǎn)移的方法來掩蓋?，F(xiàn)在很多發(fā)達(dá)國家已經(jīng)通過立法來減少非環(huán)保塑料的使用，我國也作出相應(yīng)的規(guī)定。這些都為生物可降解塑料的開發(fā)使用提供了很好的機(jī)遇。同時(shí)世界范圍的石油緊張也是促使可持續(xù)發(fā)展的生物包裝材料走向市場的動(dòng)力。與生物包裝材料相比，當(dāng)代生物用材料已更為產(chǎn)業(yè)化，其中生物醫(yī)用材料及制品已占到醫(yī)療器械*的一半。而在我國等發(fā)展中國家，生物醫(yī)用材料增長則更快。

預(yù)計(jì)在今后15—20年間，生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)可達(dá)到相當(dāng)于藥物*的規(guī)模。與此同時(shí)，隨著生物材料前沿研究不斷取得進(jìn)展，將開拓更為廣闊的市場空間，并為常規(guī)材料的改進(jìn)和創(chuàng)新提供導(dǎo)向。

三、研究與應(yīng)用熱點(diǎn)

在生物材料中，人工合成的生物材料是研究得zui早zui多的，研究得較多的還有生物陶瓷、無機(jī)材料、金屬及合金材料等。其中金屬材料應(yīng)用zui早，已有數(shù)百年的歷史。、而羥基磷灰石是另一種現(xiàn)在研究得較多的合成生物材料，它是哺乳動(dòng)物硬組織的主要無機(jī)成分。自從20世紀(jì)70年代日本的青木秀希和美國的Jarcho成功地人工合成了羥基磷灰石，它便成為硬組織修復(fù)材料的研究熱點(diǎn)。

隨著人們對于環(huán)保要求的提高，同時(shí)也是應(yīng)生物材料自身生物化的要求，天然及半天然的生物材料受到越來越多的重視。天然生物材料就是由生物過程形成的天然材料，如貝殼、骨、牙齒、蠶絲、蜘蛛絲、木材、蛋殼、皮膚、腱等。由于生物材料是由千萬年進(jìn)化形成，因陋就簡，其*的結(jié)構(gòu)導(dǎo)致天然生物材料具有很多較合成材料優(yōu)異的綜合性能。而眾多的這類材料中，由生物合成的乳酸聚合而成的聚乳酸(PLA)作為天然材料的典型代表，因其良好的性能及同時(shí)兼具生物工程材料和生物醫(yī)用材料應(yīng)用特性，成為近年來研究zui活躍的生物材料。

(一)聚乳酸(PLA)

聚乳酸是由生物發(fā)酵生產(chǎn)的乳酸經(jīng)人工化學(xué)合成而得的聚合物，但仍保持著良好的生物相容性和生物可降解性。具有與聚酯相似的防滲透性，同時(shí)具有與聚苯乙烯相似的光澤度、清晰度和加工性。并提供了比聚烯烴更低溫度的可熱合性，可采用熔融加工技術(shù)，包括紡紗技術(shù)進(jìn)行加工。因此聚乳酸可以被加工成各種包裝用材料，像農(nóng)業(yè)、建筑業(yè)用的塑料型材、薄膜，以及化工、紡織業(yè)用的無紡布、聚酯纖維等。而PLA的生產(chǎn)耗能只相當(dāng)于傳統(tǒng)石油化工產(chǎn)品的20％—50％，產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w則只為相應(yīng)的50％。

除作為包裝材料以外，PLA可成為這些藥物包裹材料、組織工程材料中的研究熱點(diǎn)之一。PLA可制成無毒并可進(jìn)行細(xì)胞附著生長的組織工程支架材料，其支架內(nèi)部可形成供細(xì)胞生長和運(yùn)輸營養(yǎng)的多孔結(jié)構(gòu)，還可為支持和指導(dǎo)細(xì)胞生長提供合適的機(jī)械強(qiáng)度和幾何形狀。其缺點(diǎn)是缺乏與細(xì)胞選擇性作用的能力。PLA在生物醫(yī)用材料中的應(yīng)用是廣泛的，可用于醫(yī)用縫合線(無須拆線)，藥物控釋載體(減少給藥次數(shù)和給藥量)，骨科內(nèi)固定材料(避免了二次手術(shù))，組織工程支架等。

目前市場上出售的PLA有5種：

(1)(ECOPLA)美國CargillDow公司產(chǎn)品，1998年建成3600t／年的半工業(yè)化裝置，當(dāng)年底生產(chǎn)能力擴(kuò)大一倍。在Nebrasla的廠子2002年可生產(chǎn)7X10St的PLA，在2003年達(dá)到1X106t(其生產(chǎn)能力為1．5X106t／年)。CargillDow公司首先和日本的4家打算用PLA做應(yīng)用包裝材料的企業(yè)(PacificDunlop，Sony，NTFDocomo和MitsdubishiPlastics公司)合作。然后再擴(kuò)展到歐洲和美國(上述信息來自CargillDow公司主頁：WWW．cdpoly。com)。

(2)LACEA日本三井化學(xué)公司產(chǎn)品，生產(chǎn)能力500t／年。

(3)LACTY日本島津制作所產(chǎn)品，主要生產(chǎn)聚乳酸薄膜。生產(chǎn)能力1000t／年。

(4)CPLA大日本油墨與化學(xué)工業(yè)公司產(chǎn)品，生產(chǎn)能力1000t／年，在今后幾年內(nèi)，該公司將建成幾千噸的CPLA裝置。

(5) HEPLON 美國Chronopol公司產(chǎn)品，2000t／年，計(jì)劃建成一套*的
生產(chǎn)裝置。

在PLA作為塑料產(chǎn)品方面， 國外一家企業(yè)——Chronopol公司將PLA的生產(chǎn)成本由80000—120000元／t降低到30000—40000元／t；國內(nèi)總生產(chǎn)成本至少為45000元／t，略高于美國。而通用塑料，如聚丙烯價(jià)格低至6200元／t，僅為PLA成本的1／7左右。要使聚乳酸大量用作包裝材料和一次性用品，其價(jià)格應(yīng)降低到20000元／t以下，才有一定的市場接受性。所以加快相應(yīng)的研究開發(fā)有著重要的社會效益。但目前PLA絕大多數(shù)的生產(chǎn)加工和應(yīng)用仍掌握在一些發(fā)達(dá)國家手中，因而我們要很好地發(fā)展PLA產(chǎn)業(yè)必須在基礎(chǔ)應(yīng)用研究中更多地投入，以期取得我們自己的自主知識產(chǎn)權(quán)。今后人工合成生物材料的生物化和多種材料的復(fù)合研究將受到重視。

現(xiàn)在*塑料的年生產(chǎn)量為1．5X10St，而其中目前可為PLA替代的為2X105t(如果有足夠生產(chǎn)量的話)。而隨著石油產(chǎn)品的價(jià)格上漲，PLA產(chǎn)品的環(huán)保性能優(yōu)勢逐漸體現(xiàn)，PLA將占有更多的*。根據(jù)日本有關(guān)專家預(yù)測，若干年內(nèi)*對聚乳酸制品的年需求量將達(dá)到3X106t，對聚乳酸的發(fā)展將是一個(gè)很大的促進(jìn)。因此進(jìn)一步降低乳酸的發(fā)酵成本，改進(jìn)乳酸的聚合工藝，提高PLA在組織工程上的應(yīng)用性將是PLA研究的重點(diǎn)。

(二)聚羥基脂肪酸酯(PHA)

近20多年迅速發(fā)展起來的生物高分子材料——聚羥基脂肪酸酯(PHA)，是很多微生物合成的一種細(xì)胞內(nèi)聚酯，是一種天然的高分子生物材料。因?yàn)镻HA同時(shí)具有良好的生物相容性能、生物可降解性和塑料的熱加工性能。因?yàn)橥瑫r(shí)可作為生物醫(yī)用材料和生物可降解包裝材料，這已經(jīng)成為近年來生物材料領(lǐng)域zui為活躍的研究熱點(diǎn)。PHA還具有非線性光學(xué)性、壓電性、氣體相隔性很多高附加值性能。

天然的或合成的生物可降解的高分：材料往往有很高的水蒸氣透過性，這在食品保鮮中是不利的。而PHA則具有良好的氣體阻隔性，使其可能應(yīng)用在較長時(shí)間的鮮品保鮮包裝上。因?yàn)樗拇┩甘潜ｕr包裝中的重要指標(biāo)，PHA在這一點(diǎn)上的性能是*可以和現(xiàn)在的PET、PP等產(chǎn)品等相比的。另—方面，PHA’還具有較好的水解穩(wěn)定性，將PHA用75℃的自動(dòng)洗碗機(jī)總洗20個(gè)循環(huán)，PHA制成杯的形狀和分子量都沒有發(fā)生變化，表明PHA可以很好地用于器具生產(chǎn)。此外與其它聚烯烴類、·聚芳烴類聚合物比，PHA還具有很好的紫外穩(wěn)定性。PHA還可作為生物可降解的環(huán)保溶劑的來源，如乙基羥基—酸EHB(ethyl 3—hydroxy—butyrate)是水溶性的，聚有低揮發(fā)性，可以用于清潔劑、膠)粘劑、染料、墨水的溶劑。正因?yàn)镻HA匯集了這些優(yōu)良的性能，使其可以在包裝材料、粘合材料、噴涂材料和衣料、器具類材料、電子產(chǎn)品、耐用消費(fèi)品、農(nóng)業(yè)產(chǎn)品、自動(dòng)化產(chǎn)品、化學(xué)介質(zhì)和溶劑等領(lǐng)域中得到應(yīng)用。