2024年1月16日发(作者：)
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生物质复合材料介绍
篇一：生物质复合材料综述 摘要：生物质炭复合材料是一种原材料价格低廉,制造成本合理,性能独特,具有广阔的开发应用前景的新型炭复合材料。本文综述了生物质资源状况、竹炭的特性及研究现状,着重对多孔固体和生物质炭复合材料的结构与性能的研究进展进行了分析,并对生物质炭复合材料目前存在的问题进行了分析,对多孔固体材料和生物质炭复合材料的发展方向进行了展望。
关键词：生物质，复合材料，研究进展
我国有比较丰富的生物质资源,据联合国粮农组织资料,我国每年有亿吨麦秸,居世界第一位。具体到林业可利用生物质方面,我国目前拥有用材林7 万公顷,薪炭林2139万公顷,竹林万公顷。每年约有亿吨森林采伐剩余物和木材加工产生的废弃物,每年约有1亿吨疏伐树木整枝生物质。这些林业生物质资源为我国林产工业发展生物质产业提供了丰富的原料,展现了林化行业发展生物质产业的良好前景。同时,在我国石油资源短缺、能源严重依赖进口、“白色污染”严重的背景下,作为可循环利用天然资源的生物质及其废弃物的资源化利用,具有良好的经济、社会和生态效益,已逐渐成为21世纪主要的新材料和新能源之一。推动物质材料的应用,乃至催生一个新的生物质材料产业已成为我国新材料发展的一个重大方向。
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1生物质资源概述
生物质是指任何可再生的或可循环的有机物质，包括专用的能源作物与能源林木,粮食作物和饲料作物残留物,树木和木材废弃物及残留物,各种水生植物、草、残留物、纤维和动物废弃物、城市垃圾和其它废弃材料。2003年11月在日本召开的第一届生物基聚合物国际会议上提出了可持续发展的生物基聚合物全新概念,对生物基聚合物定义为:生物基聚合物是由可再生资源(如淀粉、秸秆等)、二氧化碳等为原料生产的聚合物。生物质资源在中国主要包括农业废弃物和能源生物资源(能源/化工专用动植物和藻类)。目前,能源生物资源主要是指能源农业、能源林业种质资源,包括现有种质资源的挖掘、保护和开发及专用品种的培育。同时也包括利用高效能源植物进行的规模化、商品化的生物质原料生产
。从国外研究情况来看,生物质能源为主的生物质资源的开发利用早已引起世界各国政府和科学家的关注。有许多国家都制定了相应的开发研究计划,如日本的阳光计划、印度的绿色能源工程、美国的能源农场和巴西的酒精能源计划等发展计划。其它诸如丹麦、荷兰、德国、法国、加拿大、芬兰等国,多年来一直在进行各自的研究与开发,并形成了各具特色的生物质能源研究与开发体系,拥有各自的技术优势。在国内,国家中长期科技发展规划(2005～2020)中,“农2016
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林生物质工程”被列为重大专项之列,并作为国家能源战略的重要组成部分。通过走农业工业化之路,解决农民的增收和“三农”问题。生物质产业可望在未来15～20年内为解决21世纪中国面临的能源短缺、环境污染、食品安全等重大社会经济问题,乃至全面建设“小康”社会作出重大贡献。同时,在由中国工程院主办的2005年中国生物质工程论坛上,活跃在生物质工程技术前沿领域的专家指出,我国发展生物质产业的时机已经成熟,要不失时机地利用我国在资源、技术、人才等方面的优势发展这一朝阳产业。田野里不仅生产粮食,还能提供优质原料生产
清洁能源和化工产品,显著改善生态环境。但是,现实与远景还有很大差距。生物质产业为我国提供了一次历史机遇,生物质产业使农林废弃物和污染物无害化、资源化,这是继传统农业由初级农产品生产向农产品加工领域拓展之后,为农业和农民增收开辟的第三战场。
2复合材料概述
复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各组元材料的优点，克服单一组元的缺陷。复合材料按用途可分为结构复合材料和功能复合材料，根据基体种类可分为金属基复合材料、陶瓷基复合材料、聚合物基复合材料和炭基复合材料等，按增强相可分为颗粒增强、晶须增强或纤维增强复合材料。复合材料已广2016
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泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、体育器材、医疗器械等领域，近几年更是得到了突飞猛进的发展。
复合材料使用的历史可以追溯到古代。从古至今沿用的稻草或麦秸增强粘土和已使用上百年的钢筋混凝土均由两种材料复合而成。20世纪40年代，因航空工业的需要，发展了玻璃纤维增强塑料，从此出现了复合材料这一名称。50年代以后，陆续发展了碳纤维、石墨纤维和硼纤维等高强度和高模量纤维。70年代出现了芳纶纤维和碳化硅纤维。这些高强度、高模量纤维能与合成树脂、碳、石墨、陶瓷、橡胶等非金属基体或铝、镁、钛等金属基体复合，构成各具特色的复合材料。
现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料对现代科学技术的发展，有着十分重要的作用。复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。进入21世纪以来，全球复合材料市场快速增长，亚洲尤其中国市场增长较快。2003～2008年间中国年均增速为15%，印度为%，而欧洲和北美年均增幅仅为4%。
2007年中国行业中，复合材料玻璃纤维产量160万吨，其中万吨用于玻璃钢工业；不饱和聚酯树脂产量135万吨，其中万吨用于玻璃钢领域、占51%；乙烯基树脂产量12640吨，胶衣树脂产量15870吨。2008年我国复合材料整个行业2016
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全年经济运行平稳，产量增长达12%左右。行业规模以上企业全年实现工业增加值亿元，工业总产值258亿元，新产品产值亿元，销售产值253亿元。现阶段，我国玻璃钢、复合材料行业面临一个新的大发展时期，如城市化进程中大规模的市政建设、新能源的利用和大规模开发、环境保护政策的出台、汽车工业的发展、大规模的铁路建设、大飞机项目等。在巨大的市场需求牵引下，复合材料产业的发展将有很广阔的发展空间。 从2010年年初起，国家发改委、科技部、财政部、工信部四部委联合制定下发了《关于加快培育战略性新兴产业的决定》代拟稿，经过半年的意见征求，主要领域从7个扩为9个，其中“新材料”中分列了特种功能和高性能复合材料两项。 在“十大产业振兴规划”之后，“战略性新兴产业”已经被认为是振兴经济的又一重大举措，此后的政府大规模投资也被市场普遍期待，所以这也被认为是继国家“4万亿”投资计划之后又一个大型产业投资计划。
3复合材料领域的国际前沿热点及进展
金属基复合材料
金属基复合材料是包括颗粒、晶须、纤维增强金属基体的复合材料。金属基复合材料兼具金属与非金属的综合性能，材料的强韧性、耐磨性、耐热性、导电
导热性及耐候性能适应广泛的工程要求，且比强度、比模量及耐热性超过基体金属，对航空航天等尖端领域的发展2016
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具有重要作用。在该类材料中，所用基体金属包括轻合金、高温合金与金属间化合物，以及钢、铜、锌、铅等；增强纤维包括炭、碳化硅、硼、氧化铝、不锈钢及钨等纤维；增强颗粒包括碳化硅、氧化铝、氧化锆、硼化钛、碳化钛、碳化硼等；增强晶须包括碳化硅、氧化硅、硼酸铝、钛酸钾等。以上各种基体和增强体可组成大量金属基复合材料，但目前多数处于研发阶段，只有少数得到应用。如硼、石墨纤维增强铝用于卫星、航天飞机结构、空间望远镜部件，碳化硅纤维与颗粒增强钛合金用于大推比飞机压气机部件，颗粒增强铝基复合材料广泛用于航空、航天及汽车、电子领域。在金属基复合材料中颗粒增强铝基复合材料最具发展潜力。该材料具有比强度和比模量高，耐磨性、阻尼性及导热性好，热膨胀系数小等优异性能。其主要应用领域一是航空、航天和军事领域，二是汽车、电子信息和高速机械等民用领域。发展目标是代替铝合金、钛合金、钢等用于制造高性能的构件，减重并提高性能和仪器精度。电子器件用金属基复合材料使用性能要求高、用量大，将成为金属基复合材料最主要的发展方向之一。汽车、高速列车和高速机械用金属基复合材料是当前及今后另一个重要研究方向。铝基复合材料具有重量轻、导热性好和耐磨的特点，是一种新型的刹车盘、活塞、连杆材料，成为汽车及高速列车轻量化的关键新材料。
3. 2 陶瓷基复合材料
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陶瓷基复合材料(CMC)的增韧材料主要有碳纤维、碳化硅纤维、玻璃纤维、氧化物纤维，以及碳化物和氧化物颗粒等，基体材料主要有氧化物陶瓷、碳化物陶瓷和氮化物陶瓷等。CMC种类繁多，由于其“耐高温和低密度”特性优于金属和金属间化合物，因而美国、英国、法国、日本等发达国家一直把 CMC列为新一代航空发动机材料的发展重点，而连续纤维增韧的CMC是重中之重。Cf/SiC、SiCf/SiC和SiCf/Al2O3等连续纤维增韧的 CMC 具有耐高温、密度低、耐腐蚀、类似金属的断裂行为、对裂纹不敏感和没有灾难性损毁的特点。目前，Cf/SiC、SiCf/SiC和SiCf/Al2O3等连续纤维增韧的CMC已在推重比 9～10一级的多种型号军用发动机和民用发动机中等载荷静止件上试验成功，主要试验应用的部位有燃烧室、燃烧室浮壁、涡轮外环、火焰稳定器和尾喷管调节片等。实践表明，航空发动机采用 CMC 构件大大节约了冷却气量，提高了工作温度，降低了结构重量并提高了使用寿命。美国、英国和法国在推重比5～20 发动机的研制中，CMC更成为不可缺少的材料，应用部位显著增加，目前已进行了大批试验和应用。在 CMC 中碳化硅陶瓷基复合材料还是一种新型制动材料。
聚合物基复合材料
聚合物基复材料是以热固性或热塑性树脂为基体材料和另外不同组成、不同性质的短切的或连续纤维及其织物复2016
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合而成的多相材料。常用的增强纤维材料有玻璃纤维、碳纤维、高密度聚乙烯纤维等。聚合物基复合材料密度低、比强度高，耐腐蚀、减振性能好，模量高和热膨胀系数低，是一种高性能工程复合材料，广泛应用于汽车、航空航天和军事等领域。聚合物基复合材料应用于汽车，可显著减轻汽车自重，降低油耗，提高汽车安全舒适性，降低汽车的制造与使用综合成本。另外聚合物基复合材料在交通、建筑、环保体育用品等方面的应用也日趋广泛，已占复合材材料天地47料用量的90%以上。在民用领域，某些功能性聚合物基复合材料具有防静电、抗菌除臭的效果，市场上出现的抗菌冰箱，
无菌塑料餐具等便是这种技术的应用。
自20世纪90年代以来，纳米技术和纳料材料得到飞速发展，科学家将具有纳米尺寸的金属或金属氧化物材料采用填充、共混、增强等技术分布于聚合物基体中，利用纳米材料独特的小尺寸效应、界面效应及量子效应引起的一系列特异的声、光、热、电等性能，开发出具有特殊功能的聚合物基纳米复合材料，能吸收和衰减电磁波、减少反射和散射，用于隐形飞机、隐形军舰等其他需要电磁波屏蔽场所的涂敷。
炭/炭复合材料
炭/炭复合材料是以碳纤维增强炭基体的复合材料，其使用温度高达 2000℃以上，密度低于 /cm3，比强度是高温2016
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合金的5倍，是一种优秀的轻质高温结构材料。从 20 世纪60年代美国 NASA的Apollo登月计划实施以来,C/C 复合材料已成为航空航天领域不可替代的热结构材料。当今,无论是火箭发动机喷管、导弹的再入防护，还是航空刹车副，C/C
复合材料都是首选材料。C/C 复合材料早在20世纪70年代末80年代初已成功用于航天飞机的鼻锥帽和机翼前缘，满足了航天飞机多次往返飞行的需求。C/C 复合材料在高温非结构方面因能够很好地满足各种苛刻技术要求而崭露头角，其应用正向多个方向发展，其中最重要的应用对象有：①火箭喷管；②导弹鼻锥。更具有挑战性的应用是在多次重复的高温氧化环境下长期工作初级或次级承力结构，这是当前C/C研究的重点和热点。C/C 复合材料还是一种优异的航空刹车材料，它不仅重量轻、寿命长、热容大，而且工作更加可靠。因此，国内外新一代的飞机，其刹车副已大多采用 C/C
复合材料，它代表了新型航空刹车材料的发展方向。
4功能性生物质炭复合材料的研究进展
利用生物质生产一些材料的替代品也是将来材料发展的一个方向,如利用生物质热压成板材,中国林科院木材工业研究所对利用农业剩余物秸秆作原料生产人造板重大课题进行了研究,并获得了国家专利。1200万吨可供作人造板生产原料,生产约2000万方人造板,可代替6000万方木材。目前,世界人造板产量的15%～20%是利用农业剩余物生产2016
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的。秸秆热压板材具有质轻、强度高、剖面密度均匀等特点,并且经特殊处理后还可阻燃、防火、防虫。利用生物质炭本身具有的吸附性、研磨性、吸光性、隔热性和较强的反应性,再加上复合的其它材料的性能,制成新的具有特殊用途的功能材料,是开发生物质炭的新用途的重要途径。目前国内生物质炭化复合材料的研究非常有限,且主要集中于对木陶瓷和C/C复合材料的研究。在日本岗部敏弘于1990年首次提出木陶瓷后,李淑君等、李坚等对木陶瓷的生产工艺、力学性能进行了研究,并采用低温氮吸附法对比木炭研究了木陶瓷的孔隙结构。林铭等对不同材料制造木陶瓷得炭率和硬度进行了研究,结果表明:试样的得炭率和硬度随升温速率升高而减小;材质不同,硬度差异显著;该研究结果为木陶瓷的生产和利用提供了科学的理论依据。谢志勇等对毡体密度对C/C复合材料增密和结构的影响进行了研究,研究表明,化学气相渗透工艺增密速度随毡体密度的增加呈下降趋势,而较高的毡体密度有利于获得较高石墨化度的高结构的粗糙层结构(RL)热解炭。韩红梅等对C/C复合材料高温力学行为进行了研究,研究表明,界面在C/C复合材料中起着重要作用,界面状态的改变会直接影响材料的破坏方式及力学性。陈腾飞对基体炭结构对C/C复合材料的界面结合强度的影响进行了研究,结果表明:基体炭的结构
和类型影响炭纤维,基体炭间的界面强度,粗糙层热解2016
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炭与炭纤维间的界面强度比光滑层热解炭的高,而树脂炭和沥青炭由于与炭纤维间存在化学键合,因而界面强度较高。曹伟等对C/C复合材料CVI工艺的各种结构模型进行了研究,指出对C/C复合材料CVI工艺的精确数值模拟必须建立在完备的、精确的动力学描述的基础上,需对热解炭的沉积机理以及沉积过程有清楚的认识,对预制体结构的变化有准确的描述;而目前这两方面都还有待于进一步探索。
随着科学技术的发展,竹炭已不再是一种简单的能源性材料,对其利用的范围和领域将会更加宽广。尤其是纳米技术和高新材料制备技术的发展使竹炭的应用范围扩大到整个材料领域,其作为环保材料和功能性材料将会取得更为广泛的应用。把导电性的竹炭粉和助剂混合后装入衣物、织物、蒲团、枕头、帽子、垫子和宠物用具等物品中缝合或黏合,具有空气清净、按摩、消臭、抗红外线、调温调湿、抗菌和抑制毒性的作用。因此由竹炭开发的上述保健炭枕、床垫、坐垫等生活用品十分有利于健康。张齐生等成功地把不具催化性能的纳米材料负载到竹炭上,使竹炭的性质发生根本的变化,得到了纳米改性竹炭光催化吸附、杀菌剂,使竹炭的吸附作用和纳米材料的优异性能得到了完善的结合。纳米改性竹炭催化吸附、杀菌剂材料除了具有较强的吸附能力外,同时具有很好的抑菌、杀菌能力,能将吸附过来的有毒、有害物质分解为无毒、无害的二氧化碳和水,也能将吸附过来的2016
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细菌杀死,起到杀菌的作用。利用纳米技术将竹炭粉化,再通过熔融纺丝程序把竹炭均匀地融入聚酯纤维中,从而制成竹炭纤维,竹炭纤维在日本市场有“黑钻石”的美誉,不仅具有自然和环保特性,更有抗菌、负离子等多种功能,适用于生产贴身衣物和防护型纺织品。目前日本正在进行大型的研究计划,利用竹炭极好的电磁特性开发可用于磁悬浮列车的超导体材料。
5展望
生物质炭复合材料研究还处于初始阶段,因其具有耐火、防腐防霉、热膨胀系数低、吸振性好等一系列优点,开始引起科技工作者的关注。目前国内在生物质炭化复合材料领域的研究非常有限,大量的资源得不到利用,更谈不上相关的新材料开发。目前主要存在的问题和发展方向有以下几点：
1)国内外在生物质固化成型方面进行了大量的研究,“八五”期间,我国重点对生物质固体成型技术进行了科技攻关,引进国外先进机型,经消化、吸收,研制出各种类型的适合我国国情的生物质压缩成型机,其螺杆使用寿命达500h以上,属国际先进水平。但粉体炭化材料的固体成型工艺和设备的研究尚未成熟,离实现工业化生产炭化复合材料还有较大距离。
2)对竹炭等生物质炭的物理性质、力学性能、特殊功能2016
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等方面进行了一定的研究,表明竹炭等生物质炭是环境友好型的多功能材料,为其精深加工提供了一定的依据。但各种添加剂对其成型后所具备的功能及其影响机理尚未可知。
3)生物质炭化复合材料的耐火、防腐、防霉等功能已较明确,但缺少从化学成分、微观结构、加工工艺3个方面进行理论研究,使得生物质炭复合材料无法产业化。
4)金属、聚合物、玻璃和陶瓷等发泡体多孔固体作为一种优秀的工程材料,具有功能和结构的双重属性,是一类广为使用而又具有巨大应用潜力的功能结构材料,其结构与性能的研究已达到较高水平。而作为天然改性多孔固体的生物质炭复合材料,其结构和性能相关性研究还处于初始阶段,结构和性能模型化将是其发展方向。
篇二：生物医用复合材料 生物医用复合材料(biomedical composite materials)是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料，它主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造。长期临床应用发现，传统医用金属材料和高分子材料不具生物活性，与组织不易牢固结合，在生理环境中或植入体内后受生理环境的影响，导致金属离子或单体释放，造成对机体的不良影响。而生物陶瓷材料虽然具有良好的化学稳定性和相容性、高的强度和耐磨、耐蚀性，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的疲劳与破坏强度不高，在没有补强措施的条件下，它只能应用2016
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于不承受负荷或仅承受纯压应力负荷的情况。因此，单一材料不能很好地满足临床应用的要求。利用不同性质的材料复合而成的生物医用复合材料，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能，为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径，生物医用复合材料必将成为生物医用材料研究和发展中最为活跃的领域。
1.生物医用复合材料组分材料的选择要求
生物医用复合材料根据应用需求进行设计，由基体材料与增强材料或功能材料组成，复合材料的性质将取决于组分材料的性质、含量和它们之间的界面。常用的基体材料有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸钙基或其他生物陶瓷、医用不锈钢、钴基合金等医用金属材料；增强体材料有碳纤维、不锈钢和钛基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。
植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求：(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象；(2)具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变2016
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化，同时材料组成不引起生物体的生物反应；(3)具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能；(4)具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困难而使其应用受到限制。
2.生物医用复合材料的研究现状与应用
陶瓷基生物医用复合材料
陶瓷基复合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基体，通过不同方式引入颗粒、晶片、晶须或纤维等形状的增强体材料而获得的一类复合材料。目
前生物陶瓷基复合材料虽没有多少品种达到临床应用阶段，但它已成为生物陶瓷研究中最为活跃的领域，其研究主要集中于生物材料的活性和骨结合性能研究以及材料增强研究等。
Al2O3、ZrO3等生物惰性材料自70年代初就开始了临床应用研究，但它与生物硬组织的结合为一种机械的锁合。以高强度氧化物陶瓷为基材，掺入少量生物活性材料，可使材料在保持氧化物陶瓷优良力学性能的基础上赋予其一定的生物活性和骨结合能力。将具有不同膨胀系数的生物玻璃用高温熔烧或等离子喷涂的方法，在致密Al2O3陶瓷髋关节植2016
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入物表面进行涂层，试样经高温处理，大量的Al2O3进入玻璃层中，有效地增强了生物玻璃与Al2O3陶瓷的界面结合，复合材料在缓冲溶液中反应数十分钟即可有羟基磷灰石的形成。为满足外科手术对生物学性能和力学性能的要求，人们又开始了生物活性陶瓷以及生物活性陶瓷与生物玻璃的复合研究，以使材料在气孔率、比表面积、生物活性和机械强度等方面的综合性能得以改善。近年来，对羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)复合材料的研究也日益增多。30% HA与70%TCP在1150℃烧结，其平均抗弯强度达155MPa，优于纯HA和TCP陶瓷，研究发现HA-TCP致密复合材料的断裂主要为穿晶断裂，其沿晶断裂的程度也大于纯单相陶瓷材料。HA-TCP多孔复合材料植入动物体内，其性能起初类似于β-TCP，而后具有HA的特性，通过调整HA与TCP的比例，达到满足不同临床需求的目的。45SF1/4玻璃粉末与HA制备而成的复合材料，植入兔骨中8周后取出，骨质与复合材料之间的剪切破坏强度达27MPa，比纯HA陶瓷有明显的提高。
生物医用陶瓷材料
生物医用陶瓷材料由于其结构本身的特点，其力学可靠性(尤其在湿生
理环境中)较差，生物陶瓷的活性研究及其与骨组织的结合性能研究，并未能解决材料固有的脆性特征。因此生物陶瓷的增强研究成为另一个研究重点，其增强方式主要有颗2016
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粒增强、晶须或纤维增强以及相变增韧和层状复合增强等。当HA粉末中添加10%～50%的ZrO2粉末时，材料经1350～1400℃热压烧结，其强度和韧性随烧结温度的提高而增加，添加50%TZ-2Y的复合材料，抗折强度达400MPa、断裂韧性为～/2。ZrO2增韧β-TCP复合材料，其弯曲强度和断裂韧性也随ZrO2含量的增加而得到增强。纳米SiC增强HA复合材料比纯HA陶瓷的抗弯强度提高倍、断裂韧性提高2倍、抗压强度提高倍，与生物硬组织的性能相当。晶须和纤维为陶瓷基复合材料的一种有效增韧补强材料，目前用于补强医用复合材料的主要有：SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2、HA纤维或晶须以及C纤维等，SiC晶须增强生物活性玻璃陶瓷材料，复合材料的抗弯强度可达460MPa、断裂韧性达/2，其韦布尔系数高。
生物医学材料中的应用
人工皮肤、人工食道、人工心肺气管、烧伤保护膜、手术缝合线、填充
物、注射针筒、血袋、引流插管及植入体(implant)、人工脏器止血剂、微胶囊、皮下注射剂、避孕海绵等，其在国外发达国家中已进入运
用普及阶段。
1、胶原基生物材料的应用
(1)心脏瓣膜
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目前已发展的有2类:一类是机械瓣膜,一类是生物瓣膜。用胶原基材料制 作成的生物瓣膜的缺点是植入人体后会产生钙化,一般在前10a使用期内性能
良好。现在,材料科学家正竭力合成新的医用瓣膜材料,目的是大幅度延长材料的使用寿命,减少二次手术,减轻患者痛苦。
(2)血管修复
由于心血管疾病日益增加,对替换血管装置的要求越来越多。应用生物组织基心血管装置的主要优势,是直径小于5mm的心血管置换器。与合成材料相比,生物材料的多样性为改善置换器的性能提供了有利条件,并且胶原基装置还具有感染性低、宿主组织能向装置中渗入生长,而不需要高密度孔结构,以及可与天然血管在物理性质上较好的匹配等优点。
(3)可溶性胶原
可溶性胶原在适当的缓冲液中,加热至体温时,便可在组织中原位形成纤维,或在进入组织之前形成纤维。其对软组织的扩增、恢复,特别是对矫正各种皮肤断面缺陷非常有用,还可用于食管包括肌声带的修复、牙周方面的治疗。
(4)创伤、烧伤修复材料
胶原敷料有多种形式,如膜扁、海绵状及粒状等,能重新溶解,并吸收创伤渗出液,可与宿主细胞外基质相互作用,以2016
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促进细胞在新结缔组织上的粘附、移动、生长和沉积;能诱导分化及成纤维细胞的趋化性,延迟伤口收缩,加速创伤修复。
(5)胶原止血剂
胶原与血小板作用后,引起后继的与血液聚集相关联的一系列过程的进行,从而可迅速凝血。作为止血剂使用的胶原,可以是粉状、扁状及海绵状等多种物理形态。与胶原类止血材料相竞争的有纤维素、明胶和纤维衍生物,后者优势是价格较低,但是胶原的止血效果更好。
(6)明胶
胶原经温和水解而产生肽键的不可逆断裂后,所得的主要产物是明胶。
最近的研究表明:明胶特别是水解明胶,对多种皮肤病均有治疗作用,其用于手足皲裂、皮肤搔痒、鱼鳞病等皮肤病,效果非常显著。在治疗中水解明胶无刺激性和副作用,它能滋润皮肤、修补和促进伤口愈合。此外,它在内科病学中也有用武之地,对慢性胃炎、十二指肠溃疡、胃溃疡有更佳的治疗效果。
(7)人工皮肤
众所周知,第一个面市的组织工程材料的商品是人工皮肤,也是到目前为止在临床应用方面最为成功的组织工程材料。国内在这方面有较多的研究,其一般方法是:先从某种含2016
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有胶原的原料中提取胶原,经过酶消化、纯化,制成胶原的分散液,再向其中加入其它物质(一般是壳聚糖或高分子物质等),均匀混合制成胶原膜。必要时,还可以用甲醛进行交联。Yan2nas等人报道了在气相醛介质中,胶原与糖胺聚糖交联,制备分子量Mc为800～60000的胶原糖胺聚糖材料的方法。由这种材料制造的人造皮肤,比其它方法制备的同类材料的长期贮存更稳定。
(8)固定化酶载体和胶囊
胶原蛋白分子肽链上具有多种反应基团,如羟基、羧基和氨基等,易于吸收和结合多种酶和细胞,实现固定化,它具有与酶和细胞亲合性好、适应性强的特点。另外胶原是一种成膜性好的物质,并具有生物相容性,在体内可被逐步吸收,因此,胶原蛋白固定化酶特别适合于人工应用材料。
胶原在医药工业中的另一重要用途是基于胶原微囊包封的药物输送系统。微囊包封就是把细小颗粒独立包裹上保护性的涂层。涂层起到分离、贮存和运输的作用,以便被包裹物在预定的条件下释放出来,从而起到控制或缓释的效果。释放的条件取决于湿度、pH、化学结合作用,释放的机理与保护层的构造有关,如膜的过滤性、腐蚀、破裂等。微胶囊的直径一般在3～800μm之间,核的重量占10%～90%。被包裹的核材料种类很多,包括粘合剂、农药、活细胞、香水、药剂和墨水等。胶囊外壳材料多数为有机聚合物,也有2016
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的采用脂类和蜡。现在,以明胶改性聚合物制造控制药物释放的微球和微胶囊正越来越常见。
篇三：未来材料的发展方向 日新月异的现代技术的发展需要很多新型材料的支持。自从第三次科技浪潮席卷全球以来，新型材料同信息、能源一起，被称为现代科技的三大支柱。新材料的诞生会带动相关产业和技术的迅速发展，甚至会催生新的产业和技术领域。材料科学现已发展成为一门跨学科的综合性学科。根据我国当前及未来发展的实际情况，新材料领域值得注意的新发展方向主要有半导体材料、结构材料、有机／高分子材料、敏感与传感转换材料、纳米材料、生物材料及复合材料。 1. 半导体材料
随着高科技发展的需要，半导体及其应用研究的中心正向直接影响市场的微型或低维量子器件、改善传输质量和效率、增大功率和距离等方向发展，半导体化合物具有重要的应用前景。半导体材料领域的重要研究主题有：
Si基积分电路设计，就材料物性而言涉及用于门电路控制的纳米尺寸电介质制造及特性研究。
有重要应用前景。大能隙材料则在光电子学领域中具有关键的作用。可以预期，Ⅲ
2016
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