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生物工程与生物材料

编辑:语际翻译     2009-5-7         转载请注明来自  语际翻译公司 http://www.scientrans.com

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        PHA家族中由于单聚物、共聚物及共混物种类的众多。同时有具备了多种多样的性能,原则上,PHA能够满足多种人体组织器官的需求,如:心血管系统、角膜胰腺、胃肠系统、肾脏、泌尿生殖系统、肌肉骨骼各系统、神经系统、牙齿与口腔、皮肤等等。目前已经商品化的PHA产品主要有PHB、PHBV和PHBHHx[3]。

        近年来,一种新型的PHA,聚羟基丁酸己酸酯(PHBHHx)因其良好的物理性能引起了广泛的关注。清华大学微生物实验室发现PHBHHx与PHB在无定形态和结晶态都完全相容,并开发了PHB/PHBHHx共混体系作为新型的组织工程材料。他们的研究表明PHBHHx/PHB共混体系呈现比传统组织工程材料PLA更好的生物相容性[45],其中PHBHHx的生物相容性比PHB更优越。培养在PHBHHx/PHB共混支架上的软骨细胞不但能够生长、增殖,而且保持了正确的分化形态,胞外基质(ECM)中发现大量磷酸钙盐生成,其成分为天然骨及软骨中的主要无机成分羟基磷灰石(HAp),表明培养在PHBHHx/PHB三维支架上的软骨细胞保持了其正常的生理功能。进一步的研究表明PHBHHx是通过对PHB结晶行为的影响而使共混体系的生物相容性有所提高的。研究中还发现用脂肪酶进行表面处理可以极大增强PHBHHx/PHB体系的生物相容性[46-47]。

1.3.  PHA研究的前景展望

        PHA的生物相容性和生物降解性使其可以作为体内植入材料包括组织工程材料和药物控制释放载体等。这种特性也可用于农业上包裹肥料或农药的载体,使被包裹的物质在PHA缓慢降解的过程中缓慢释放出来,从而保持长期的肥效或药效,同时减少用药量,延长作用时间,保护耕地的长期可种植性。构成PHA的单体都具有手性,它们是许多药物化学合成的的中间体,有高附加值应用。通过体内合成PHA和体内降解PHA的方法,可以得到许多不同的手性单体。

        随着菌种筛选手段的进一步发展,越来越多的能合成新型PHA的菌种被发现了,从而新的PHA材料也不断地被合成出来。但是,目前对PHA微生物合成的工艺改进远远落后与PHA新材料的开发。所以,目前真正实现了大量生产的PHA还只有PHB、PHBV和PHBHHx,还有一百多种的PHA没有被大量的生产出来,从而限制了这些PHA的应用开发。另一方面,与PHA合成有关的基因越来越多的被克隆出来[48-50],通过对这些基因的分子进化诱变和基因的交换(gene  shuffling),将有可能得到高产的菌种和得到新的PHA。最近十年,多方面的努力已经把PHA的一些合成基因在植物如拟蓝介和烟草甚至土豆中成功地表达。但是,目前植物生产PHA都存在着产率低的问题,在未来的工作中,提高植物PHA的表达量是降低PHA生产成本的最关键的步骤。

2 聚乳酸(PLA)

        聚乳酸(PLA)最早由美国著名高分子化学家Carothers发现,但是在几十年之间,由于聚合物分子量低,机械性能差而没有引起人们的重视。二十世纪七十年代,研究者开始合成高分子量的具有旋光性的PLA,优良的生物相容性和可生物降解性使PLA的研制与开发受到越来越多的重视。常用的聚乳酸产品有聚内消旋乳酸(Poly-D,  L-lactide,  PDLLA0和聚左旋乳酸(Poly-L-Lactide,  PLLA)两种,PDLLA是无定形高分子,PLLA是结晶性高分子;在降解方面PLLA比PDLLA慢,在生物相容性方面PLLA比PDLLA差。

        PLA的合成通常有两种方法,一种是乳酸直接缩合法,这种方法生产工艺简单,是降低PLA成本的重要途径,但缩聚反应进行到一定程度时体系会出现平衡态,因此很难得到高分子量的PLA。另一种是先由乳酸合成丙交酯,再在催化剂作用下的开环聚合法,目前制备高分子量的PLA一般采用这种方法;但这种方法在聚合时对催化剂的纯度、单体的纯度要求极高,即使是极微量的杂质也会使PLA的分子量低于10万,而且聚合条件如温度、压力、催化剂的种类和用量、反应时间等等也会极大地影响PLA的分子量,所以高分子量PLA的合成是一个技术难点[51]。我国的邓先模、熊成东、冯新德、沈之荃等学者在PLA及其共聚物合成的催化体系方面进行了大量的研究工作,并且在温和的反应条件下,合成得到了超高分子量的PLA(MW>100万)。

        聚乳酸作为可完全生物降解性塑料,越来越受到人们重视。美国的Cargill公司已将PLA制成纤维用于农用药膜等许多领域,还以PLA为原料制备包装材料,这可缓解目前日益严重的环境问题。聚乳酸具有优良的生物相容性,无毒、可生物降解,降解产物不会在重要器官聚集;同时,聚乳酸及其共聚物具有良好的物理、化学性能。其强度、机械性能、降解速率等可通过分子量控制、共聚体的组成及配比得以方便的调节,而且制成制品的形状可从微球、纤维、膜到模塑成品等,因此除了作为环境材料外,聚乳酸更广泛应用于医药及医用行业[52],包括医用缝合线[53],药物缓释材料[53-56],骨固定及修复材料[55]及其它组织工程用材料等。

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