生物可降解材料的研究现状
生物降解材料的研究现状
摘要：介绍了生物降解材料和光降解材料的研究背景、研究内容、研究成果和应用现状。分析了其产品对环境的改善和不足，提出了对其降低成本、提高性能和扩大应用范围的建议。关键词：生物降解材料；光降解材料；塑料；成本；环境
近年来，塑料生产技术有了很大的发展，塑料已经渗透到人们生产和生活的各个领域，与水泥、钢铁和木材并称四大工业材料。由于塑料本身具有质量轻，耐腐蚀和易于成型加工等优点，使其成为人们不可或缺的材料。然而现在塑料的使用却面临巨大的挑战。在自然界中塑料很难降解，使用后产生大量固体废弃物。目前在处理这些塑料垃圾时大部分采用焚烧和掩埋的方法，但都未能解决污染问题，例如焚烧后产生的一些有毒气体反而进一步导致了污染的扩散；塑料掩埋地下需要近300 年才能够完全降解。另外石油，天然气等能源都已经面临枯竭的危机，全世界的石油储量大约只能再用40 多年，以石油为原料的塑料生产受到很大的阻力。为了减轻废旧塑料对环境的污染和缓解能源危机，多年来人们尝试开发可降解塑料，用以代替普通塑料制品。
随着可生物降解塑料技术的发展,聚乳酸(PLA) 、生物聚酯等生物降解材料的逐渐成熟,将推进塑料制品可生物降解化,为减少废旧塑料制品带来的污染,并为最终实现资源和环境的可持续性发展找到出路。目前可降解塑料的研制开发十分活跃,并部分进入工业化生产,但从总体上看,当前降解仍处于有待于对技术进行更深入研究、提高性能、降低成本、拓宽用途并逐渐推向市场的阶段。本文对生物可降解材料的发展和应用现状进行了简介，并指出其不足。
1 目前各国生物课可降解塑料的应用现状
生物降解塑料[1]不仅在生产过程中有节能减排效果,而且在使用过程也具有环境友好的特征。普通聚烯烃塑料的合成会排放大量CO2 等尾气及污染物,而塑料制品大量使用,尤其是农用薄膜和包装材料又造成了日益严重的白色污染。但生物降解塑料则不然,其原料来源是可以再生的农作物,农作物在生长过程中通过光合作用可以吸收CO2 放出氧气,其制品废弃物可以在掩埋堆肥条件下完全降解成水和CO2 ,无污染物产生。我国已成功开发的新型降解塑料------二氧化
碳塑料[2],是以工业废弃CO2 和烃为原料共聚而制成,其中CO2 含量为31 %～50 %。与普通塑料相比,CO2 塑料不仅利用工业废气CO2变废为宝,有效减少温室效应,而且对烃及上游原料石油的消耗也大大减少。近年来,用转基因植物生产生物降解塑料的研究已经取得很大进展。随着重组DNA 技术的发展,未来用转基因植物生产生物降解塑料的商业化,必将促进生物降解塑料的广泛应用,进一步节约石油资源,减轻环境压力。因此,生物降解塑料产业规模不断扩大的过程,其实就是CO2 减排的过程,可逐渐消除困扰全世界多年的温室效应和白色污染两大难题,促进人类、经济与环境和谐发展。
现生产降解塑料的主要国家有美国、意大利、德国、加拿大、日本、中国等。美国是开发降解塑料的主要国家之一,如有专门的塑料降解研究联合体(PDRC) 、生物/ 环境降解塑料研究会(BEOPS) 等,其宗旨在于进行有关降解材料合成、加工工艺、降解试验、测试技术和方法标准体系的建立。近年日本相继成立了生物降解塑料研究会、生物降解塑料实用化检讨委员会,日本通产省已将生物降解塑料作为继金属材料、无机材料、高分子材料之后的“第四类新材料”。欧洲Bhre-Eurae对生物降解塑料建立了完善的降解评价体系。意大利政府立法将于2010年禁用非生物可降解塑料袋。
生物降解塑料应用瓶颈正在打破。虽然从全球范围内看,几年前就形成了生物降解塑料热,但由于可生物降解塑料价格相对高昂、某些性能指标与传统塑料还有一定差距,其市场接受度还不是很高。价格高是生物塑料推广难的最主要原因,尤其是在国际油价相对比较低的时候,传统塑料的价格优势非常明显。现在,国际油价长时间徘徊在百美元以上,传统塑料的价格优势正在逐渐缩小,寻找石油路线合成塑料替代品,尤其是可循环利用的无污染材料的工作变得更为迫切,这就为生物塑料提供了一个有利的市场支撑条件。
在推广的初始阶段,生物塑料很需要政策[3] 的支持。一些发达国家采用的办法是,政府出面规定商场和超市必须采用经PLA 等生物塑料改性、具有可降解性能的塑料薄膜制品,这样的政府调节行为对推动生物塑料产业和相关的传统塑料/生物塑料改性及其制品加工业的良性发展是十分必要的。
2007 年3 月2 日,美国旧金山市议会通过了禁止超市、药店等零售商使用传统塑料袋的法案。该法案规定,超市和药店等零售商只能向顾客提供纸袋、布
袋或以玉米副产品为原料生产的可生物降解塑料袋,化工塑料袋被严格禁止。该法案的实施就大大推动了生物塑料袋的应用推广速度。
为积极推动生物降解塑料、践行绿色奥运的理念,北京奥运会期间,在集中用餐地点有选择地使用了生物降解塑料餐具;在使用一次性餐具场所全部使用生物降解塑料餐具。北京奥运村使用了800 多万个生物降解塑料袋,以解决传统塑料袋造成的环境污染问题。这无疑将是我国大力推广生物塑料应用的一个良好开端。
2 生物可降解材料的研究现状
2.1 产品分类
塑料按其降解机理主要分为光降解塑料、生物降解塑料和光- 生物双降解塑料。
降解塑料按降解的环境条件分类,可分为非(或不完全) 生物降解塑料和全生物降解塑料两大类,包括光降解塑料、热氧化降解塑料、淀粉基部分生物降解塑料等。
2.2 光降解塑料[4],
光降解塑料在日光照射下吸收紫外线后发生光引发作用，使键能减弱，长链分裂成较低分子量的碎片，聚合物的完整性受到破坏，物理性能下降。较低分子量的碎片在空气中进一步发生氧化作用，产生自由基断链反应，降解成能被生物
分解的低分子量化合物，最后被彻底氧化为CO
2和H
2
O。整个降解过程是由光降
解和自由基断链氧化反应相结合的Norish反应[5]:
碳基聚合物的光降解
光降解塑料是在普通塑料如聚乙烯(PE) 、聚丙烯(PP)中加入光敏剂、热氧
化剂、生物诱发剂(如淀粉) 等,使一次性塑料制品在完成使用寿命后,加速降解。这些塑料袋的应用性能和价格接近普通塑料袋,而且其废弃物在光、热、微生物等环境条件下,也会发生质量劣化、力学性能下降或部分被微生物吞噬等,但不能在较短时间内完全降解成二氧化碳和水。长期跟踪实验发现,塑料只要降解破碎成一定程度的小碎片或粉末,不但不会对植物的根系造成危害,还能够起到疏松土壤的作用。
2.2.1 合成型光降解材料[6]
在高聚物中引入感光基使其具有光降解性,己工业化的有以下几种:
（1）乙烯与一氧化碳共聚物本世纪年代美国杜邦公司开发了
,即为光降解高分子材料的最早代表产品。该共聚物中的羧基能吸收270~360mm的紫外光,即为光敏感基团。用该共聚物制成的薄膜等产品己工业化生产。
（2）乙烯酮共聚物将乙烯酮引入聚合物主链中,可制成光降解高聚物。与乙烯酮相似的单体还有含酮羧基的甲乙酮和苯乙烯酮等。此类光降解材料也己实现了工业化生产。
比外以下聚合物均有光降解性：结晶度为20%~30%的间规1,2-聚丁二烯；氯乙烯和一氧化碳共聚物；苯乙烯、MMA和甲乙酮、苯基乙烯基酮、苯基丙基酮等的其中之一组成的共聚物。
2.2.2 添加型光降解材料
将具有光增敏作用的助剂添加到高聚物中即可制备出光降解高分子材料。具有光增敏作用的助剂较多,目前应用的有以下几种：过滤金属络合物、二茂铁、羧酸铁乙烯-CO共聚物（ECO）、甲基乙烯基酮等酮类化合物、苯乙烯-苯基乙烯基酮共聚物等。
我国在光降解高分子材料（主要是光降解塑料）方面的研究从80年代开始,主要集中在农用地膜的开发。有10多个科研或生产企业在这一领域进行了开发研究,取得了可喜的成绩。如长春应化所开发的光降解地膜，短寿命50~70，天衰变期两周，长寿命60~90天,衰变期4周,已在山东、山西、新疆等地进行应用试验；天津轻院合成的可控光降解剂加入中,制成的地膜也开展了应用试验；北京高分子材料科技开发公司与长春应化所合作,经过多年推广应用已取得较大成
绩。安徽农大开发成功的光降解银色薄膜获21届日内瓦国际展览会金奖。上海塑料制品研究所研究开发的光降解塑料包装袋己商品化。
多年的研究结果表明,光降解地膜诱导期60天左右可确保增产效果；光降解地膜与普通地膜相比,土壤中有关化学元素含量差别不大,证明无化学污染；曝晒部分光降解地膜经过一季作物后可降解成小于44cm2碎片。光降解地膜的主要问题是埋土部分降解不理想。
2.3 生物降解塑料[6][7]
生物降解塑料是指在自然环境下通过微生物的生命活动能很快降解的高分子材料。按其降解特性可分为完全生物降解塑料和生物破坏性塑料。按其来源则可分为天然高分子材料、微生物合成材料、化学合成材料和掺混型材料等。
天然高分子型是利用淀粉、纤维素、甲壳质、蛋白质等天然高分子材料制备的生物降解材料。这类物质来源丰富,可完全生物降解,而且产物安全无毒性,日益受到重视。
微生物合成高分子聚合物是由生物发酵方法制得的一类材料,主要包括微生物聚酯和微生物多糖,其中以前者研究较多。
化学合成型材料大多是在分子结构中引入酯基结构的脂肪族聚酯,在自然界中其酯基易被微生物或酶分解。目前已开发的主要产品有聚乳酸、聚己内酯(PCL)、聚丁烯琥珀酸酯(PBS)等。
掺混型是将两种或两种以上的高分子共混聚合,其中至少有一种组分为生物可降解物,该组分多采用淀粉、纤维素等天然高分子,其中又以淀粉居多。
2.3.1 天然高分子型
自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属降解性天然高分子,这些高分子可被微生物完全降解。但因纤维素存在物理性能上的不足,由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到要求。因此,它大多与其它高分子,如由甲壳质制得的脱乙酞基多糖等共混制得。如日本以纤维素和脱乙酞基壳多糖进行复合,制得了生物降解塑料,采用流涎法制得的薄膜与普通的膜的强度相似,并可在个月后完全分解,盒状制品天可完全分解,但目前尚未工业化生产。
近年来,我国有不少单位利用从稻草、麦秸等草本植物中提取的纤维素为原
料,经过一定处理加工制成地膜,也有利用废纸为原料制成纸质地膜,并在报刊、电视、广播中广泛宣传“草纤维农用地膜实验成功”,“第二次白色革命,草纤维地膜问世”等等。有些单位还大张齐鼓地进行转让推广,一时给社会以极大的鼓舞。实践证明这类地膜目前技术尚不成熟,经有关单位在新疆山东、北京等地田间试验表明,这种地膜在强度、耐水性、透光性等许多方面均达不到普通地膜的标准,也达不到地膜的增产效果。技术上尚有许多难题有待进一步解决。
2.3.2 微生物生产型
许多微生物能合成高分子,这类高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖,具有生物降解性。研究表明,若给予合适的有机化合物作食物碳源,许多微生物都具有合成聚酯的能力。如一些微生物以3HB（3-羟基丁酸）为食物碳源可合成P（3HB）（聚3-羟基丁酸酯）。P(3HB)的熔点Tm=175~180℃,是一种具有降解性的热塑性塑料,易于成型加工,但结晶性高,脆而易碎,实用意义不大。英国ICI公司首先以丙酸和葡萄糖为食物碳源经发酵合成了3HV（3-羟基戊酸酯）含量为0%~47%的P （3HB-co-3HV）共聚物,己商品化,牌号为“Biopol”可制成膜和丝。此外,许多微生物能合成各种多糖类高分子,其中有一些多糖类高分子具有良好的物理性能和生物降解性，可望用于制造不污染环境的生物降解性塑料。
2.3.3 合成高分子型
脂肪族聚酯（如数均分子量为25000左右的聚己内酯）具有较好的生物降解性,但其熔点Tm低、强度及耐热性差,无法应用。芳香族聚酯（PET）和聚酰胺的Tm高、强度好,是应用价值很高的工程塑料,但没有生物降解性。将脂肪族聚酯和芳香族聚酯（或聚酰胺）制成一定结构的共聚物,这种共聚物既有良好的性能,又有一定的生物降解性。如聚己内酯（PCL）和PBT以不同比例进行共聚即可制成不同性能的降解共聚物,这种共聚物可制成0.02mm厚的无色透明薄膜,其拉伸强度与PE相当。此外,聚乳酸（PLA）和聚乙醇酸（PGA）作为新型生物降解的医用高分子材料正日益受到广泛重视。早在30年代,W.H.Carothers就曾对PLA做过报道,由于当时合成方法仅限于直接缩聚,所得PLA的分子量低,机械强度差,没有利用价值。70年代以后,由于合成方法的改进及R.K.Kulkarni等的研究结果表明,PLA与人体组织有良好的生物相容性、无排异效应、不引起周围炎症等机体反应。且其降解产物可参与人体内糖类代谢循环、无残留。因此PLA被大量
用于医用手术缝合线、控释药物载体、生物植片等。PLA还被用作制造一次性食品包装袋、农用药膜等。
2.3.4 掺合型
在没有生物降解性的高分子材料中, 掺混一定量有生物降解性的高分子物, 使所得产品具有相当程度的生物降解性, 这就制成了掺合型生物降解高分子材料, 但这种材料不能完全生物降解。
这类材料以淀粉填充型为主, 以70年代英国L.Griffin的专利技术为代表：以颗粒状淀粉为填料, 以非偶联方式与聚烯烃结合, 淀粉添加量在15%以下。这种未经改性的淀粉与聚烯烃相容性差,难以加工成型, 且仅有少量的淀粉可降解, 达不到保护环境的目的。后来对淀粉进行改性, 与聚烯烃共混制成母料, 淀粉含量提高到40%~60%。这种淀粉填充型塑料在80年代中期在欧美等发达国家风靡一时。当时, 在欧美谈起生物降解塑料, 往往即意味着淀粉填充型塑料, 而淀粉填充型塑料也往往标志为生物降解塑料。这种材料被作为保护环境的商品大量推向市场。但经过一段时间的应用, 发现这种生物降解性塑料, 只是一种人为的错觉。因为在微生物作用下, 这种所谓的生物降解塑料仅仅是填充的淀粉被降解, 而剩余的大部分PE是无法生物降解的,并于自然界中残留相当长的时间, 且因无法对其处理而造成更大的环境污染和麻烦。因为这些残留的PE碎片无法回收, 只能等其自然分解, 但这往往要几十年甚至上百年的时间。据报导, 欧美国家已将这类淀粉填充型塑料排斥在生物降解塑料范畴之外。目前主要开发改性淀粉与可生物降解或可水溶性塑料的降解塑料合金母料, 如意大利开发的“MaterBi”, 或以淀粉为主要原料的可完全生物降解塑料,如美国的“Novon”等。这种商品名为“Novon”的降解塑料, 由美国新泽西州的Warber-Lambert公司开发, 是以玉米和马玲著等淀粉为主要成份, 再配以少量其它可生物分解性添加剂而构成的天然聚合物材料, 可以100%地分解, 其分解速度可按要求控制在数分钟到一年的时间。目前, “Novon”已有挤出、注射、层压、吹塑等成型加工用的各种品级, 其产品可广泛用于食品包装、日用品、化妆品包装容器、医疗器具、缓冲材料等。
我国在淀粉填充型塑料方面的研究, 始于70年代。研究的单位主要有中科院长春应化所、天津大学、中山大学、华南理工大学、华中农业大学、吉林省塑
料研究所、中科院兰州化物所、江西科学院化学所、重庆化工所等。研究的品种主要有淀粉/PP、淀粉/PVC、淀粉/PVA、淀粉/PE等。其中以改性淀粉填充型PE 最多。因为同种原因, 以上这些研究均未能真正应用于生产实践中。前几年, 我国引进美国技术设备, 而且转让了十多条生产线, 并宣传为“高科技产品”等。但该技术所采用的专利在美国也没能付诸实施, 国内投产后也未生产出合格的地膜产品, 给国家造成了巨大的经济损失。
3 对环境的改善和不足
3.1 改善
资源和环境问题是人类社会发展面临的两大挑战，也是塑料工业现可持续发展的两大瓶颈。传统塑料工业的发展在满足社会需求，丰富人们生活的同时也伴随着大量的石油等不可再生资源的耗费以及大量不可降解垃圾的产生，导致日益严峻的能源危机和环境危机。随着油价持续上涨，人们对可再生能源的关注以及对环境安全的日益重视，引起了全球对生物降解塑料的高度关注，生物降解塑料作为治理塑料废弃物“白色污染”、保护环境和生态平衡、缓解石油资源矛盾、减少污染物排放的有效途径之一。
降解材料的原料来源主要是可再生资源，即实现了对石油资源的节约和代替，又能有效的消除白色污染，保护环境。虽然现阶段可降解材料的成本较以石油为原料的化工产品高，但世界石油资源日益短缺，以石油为原料的产品价格持续上涨，可降解材料技术的发展使其成本下降，从综合性能和价格因素考虑，可降解材料在环保性、经济性及其使用性等各方面的优势，必将成为新一代最有发展前景的材料之一。
3.2 问题
经过一段时间的发展，部分可降解材料已经实现了工业化生产，但大部分还处于市场推广阶段，还需要在改进产业化技术、降低生产成本、下游产品应用开发等方面进一步努力。
3.2.1 成本
成本问题一直是困扰生物降解塑料产业发展的核心。降低成本的主要措施有两方面，一是降低原料成本，二是通过技术进步降低成本，还可以随着产量的增
加而降低成本。未来的发展趋势是进一步扩大生产规模，提高产品性能，以规模效应降低成本，提高性价比，满足市场需求。降解塑料的成本与石油基塑料接近，解决了降解塑料走向市场、走进寻常百姓家中的最大难题。
3.2.2 性能
目前市场上已有的生物降解塑料品种众多，生物降解塑料虽然在环保方面具有优势，但每种材料本身的机械和加工性能只是某一方面有突出的特性，综合性能还存在些许不足，这也是制约其市场应用推广的瓶颈之一。应进一步改进技术，提高产品的加工和使用性能。
3.2.3 资源消耗
尽管生物降解塑料作为石油资源的替代，可有效地节约资源、保护环境。然而，一些反对的声音指出，利用土豆或者玉米制造生物塑料将造成粮食作物作为食品消费价格的提升。为了避免这个问题的出现，其办法之一是开发微生物发酵和转基因生物塑料；办法之二是开发利用作物秸秆、树枝、植物油等来自自然界的高分子物质开发生物降解塑料，同样可以达到节约资源，保护环境的目的，而且还将带来巨大的经济效益。
4加强自主创新和知识产权保护
国外对生物降解塑料制品研发和生产应用相对较早，已经申请了许多专利，从而给国内企业开发新产品时，造成了一定的技术壁垒。目前，我国还有相当数量的生物降解塑料企业缺乏自主开发的产品和专利技术；同时，拥有自主开发的产品和专利技术的企业对专利技术和专利产品的开发也还不够，还需要大幅度提高自主知识产权和原创性发明专利的数量和质量。鉴于目前国内外生物降解塑料技术水平基本同步，也都处于不同程度的市场开发阶段，我国的生物降解塑料企业尤应注意尽早申请专利，未雨绸缪，保护好自己的知识产权，防范未来可能产生的知识产权纠纷。
4 前景展望
虽然现在有关可降解材料的研发比较活跃，但里实现产业化生产还有很大差距。要使可降解塑料在我国能够推向市场，被广泛应用应遵循以下4个方向：一是必须对其技术进行进一步深入研究，提高性能。而是降低成本，寻求便宜的原
料和更合理、经济的合成新方法。三要搞清降解机理及研究降解速度的控制手段，使不同领域产品均能满足使用要求。四是钥匙降解材料的研究成果能转化成工业化产品。
未来的研究应该注重提高可降解材料的性能，扩大其适用范围，扩大其使用环境，注重各种降解方式的结合。
5 结论
经过一段时间的发展，可降解材料已经得到了很多成果，部分已经形成了产业化的应用，但是存在的问题还很多，发展情景也十分广阔，加强可降解材料的研究非常重要，同时国家应加大对这方面研究的政策和资源支持。
参考文献
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海洋石油污染现状及生物修复研究 摘要：简述了石油污染的来源和现状及主要危害。对生物修复的概念、类型进行详细的介绍，讨论了生物修复过程中的影响因素及恢复对策。提出了对当前和今后研究的一些建议。 关键词：海洋石油污染危害生物修复 1 引言 石油污染是与石油的发现和使用伴随而生的。目前，石油约占世界能源总量的42%(IEA1998)。石油及其产品的广泛应用，对环境产生了严重影响。据统计每年倾注到海洋的石油总量在200~1000万吨之间[1]。随着我国石油工业的发展，受石油污染的海洋面积不断扩大，污染程度也日益严重。在我国油污染也非常严重，全国每年直接排入近海的石油约10余万吨，仅渔业损失每年就达数亿元。据全国海洋环境监测网监测，我国近海油类含量超过一二类海水水质标准的海域面积已达到5.6万平方公里[2]。 由于石油的主要成分有烷烃、苯、甲苯、二甲苯等多种复杂芳香烃，这些物质毒性大，有的有致癌致突变作用，难以去除，而且会随着径流进入周围的流域和地下水，从而给油田及周围的生态环境带来了严重的环境问题。石油污染的生物修复技术由于生产费用低、不产生二次污染而被视为一项具有广阔前景的高新技术[3]。 2 海洋石油污染的来源 海洋水体油污染主要来源于海底溢油、海上石油生产、海洋运输、大气输送、城市污染水排放等。其中自然来源约占92%，人类活动来源约占8%。而对环境影响最严重的是人类活动造成的突发性溢油事故[4]。据联合国有关组织统计，每年海上油井井喷事故和油轮事故造成的溢油高达2.2×107t。大量石油瞬间溢出进入海洋环境，通过扩散、漂移等作用可对海洋生态环境以及社会造成严重破坏。 海洋石油污染按石油输入类型，可分为突发性输入和慢性长期输入。突发性输入包括油轮事故和海上石油开采的泄漏与井喷事故，而慢性长期输入则有港口和船舶的作业含油污水排放、天然海底渗漏、含油沉积岩遭侵蚀后渗出、工业民用废水排放、含油废气沉降等[1]。而造成污染的原因主要体现在：石油的海上运输频繁使海上溢油事故发生几率增大；港口装卸油作业频繁，存在溢漏油的隐患；油轮的大型化增添了发生重大海上溢油事故的可能性，提高了溢油处理的难度；海上油田石油勘探开发中的泄漏和采油废水排放等[3]。 3 海洋石油污染的危害 石油污染物进入海洋环境后，会造成多方面的危害，主要体现在以下几个方面[5]：
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使填埋地不稳定;又因其发出热量大,当进行焚烧处理时,易损坏焚烧炉,并排出二恶英,有时还可能排放出有害气体，而对于回收利用,往往难以收集或即使强制收集进行回收利用，经济效益甚差甚至无经济效益[6]。 不可降解的大众塑料塑料对地球的危害: （1）两百年才能腐烂。塑料袋埋在地下要经过大约两百年的时间才能腐烂，会严重污染土壤；如果采取焚烧处理方式，则会产生有害烟尘和有毒气体，长期污染环境。 （2）降解塑料难降解。市场上常见的“降解塑料袋”，实际上只是在塑料原料中添加了淀粉，填埋后因为淀粉的发酵、细菌的分解，大块塑料袋会分解成细小甚至肉眼看不见的碎片。这是一种物理降解，并没有从根本上改变塑料产品的化学性质。 （3）影响土壤的正常呼吸。塑料袋本身不是土壤和水体的基本物质之一，强行进入到土壤之后，由于它自身的不透气性，会影响到土壤内部热的传递和微生物的生长，从而改变土壤的特质。这些塑料袋经过长时间的累积，还会影响到农作物吸收养分和水分，导致农作物减产。 （4）易造成动物误食。废弃在地面上和水面上的塑料袋，容易被动物当做食物吞入，塑料袋在动物肠胃里消化不了，易导致动物肌体损伤和死亡因而越来越多的学者提倡开发和应用降解塑料,并将它看作是解决这一世界难题 的理想途径。目前,世界发达国家积极发展降解塑料,美国、日本、德国等发达国家都先后制定了限用或禁用非降解塑料的法规。[7] 可降解塑料的出现，不仅扩大了塑料功能，而且在一定程度上可缓解和抑制环境矛盾，对石油资源是一个补充，而且从合成技术上展示了生物技术和合金化技术在塑料材料领域中的威力和前景，它的发展已经成为世界研究开发的热点。 随着降解技术的完善，降解性能在不断提高而成本在不断降低，可降解
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生物可降解材料项目可行性研究报告 泓域咨询丨规划设计·投资分析
第一章项目绪论 一、项目名称及建设单位 （一）项目名称 生物可降解材料项目 （二）项目建设单位 某某有限公司 二、项目拟建地址及用地指标 （一）项目拟建地址 该项目选址在某某工业园区。 （二）项目用地性质及用地规模 1、该项目计划在某某工业园区建设，用地性质为工业用地。 2、项目拟定建设区域属于工业项目建设占地规划区，建设区总用地面积56667.0 平方米（折合约85.0 亩），代征地面积510.0 平方米，净用地面积56157.0 平方米（折合约84.2 亩），土地综合利用率100.0%；项目建设遵循“合理和集约用地”的原则，按照生物可降解材料行业生产规范和要求进行科学设计、合理布局，
符合生物可降解材料制造和经营的规划建设需要。 （三）项目用地控制指标 1、该项目实际用地面积56157.0 平方米，建筑物基底占地面积38523.8 平方米，计容建筑面积63401.4 平方米，其中：规划建设生产车间51552.1 平方米，仓储设施面积7075.8 平方米（其中：原辅材料库房4267.9 平方米，成品仓库2807.9 平方米），办公用房2471.0 平方米，职工宿舍1403.9 平方米，其他建筑面积（含部分公用工程和辅助工程）898.6 平方米；绿化面积3706.4 平方米，场区道路及场地占地面积13926.9 平方米，土地综合利用面积56157.1 平方米；土地综合利用率100.0%。 2、该工程规划建筑系数68.6%，建筑容积率1.1 ，绿化覆盖率6.6%，办公及生活用地所占比重5.2%，固定资产投资强度3532.5 万元/公顷，场区土地综合利用率100.0%；根据测算，该项目建设完全符合《工业项目建设用地控制指标》（国土资发【2008】24号）文件规定的具体要求。 三、项目建设的理由 表征制造强国的一些指标，如单位制造业增加值的全球发明
(完整版)可降解高分子材料
可降解高分子材料 1 可生物降解高分子材料的定义 可生物降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。 2 生物降解高分子材料降解机理 生物降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物(有机酸、酯等)；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。降解除有以上生物化学作用外，还有生物物理作用，即微生物侵蚀聚合物后，由于细胞的增大，致使高分子材料发生机械性破坏。因此，生物降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物降解的机理尚未完全阐述清楚：除了生物降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。 人们深入研究了不同的生物可降解高分子材料的生物降解性，发现与其结构有很大关系，包括化学结构、物理结构、表面结构等。高分子材料的化学结构直接影响着生物可降解能力的强弱，一般情况下：脂肪族酯键、肽键>氨基甲酸酯>脂肪族醚键> 亚甲基。当同种材料固态结构不同时，不同聚集态的降解速度有如下顺序：橡胶态>玻璃态>结晶态。一般极性大的高分子材料才能与酶相粘附并很好地亲和，微生物粘附表面的方式受塑料表面张力、表面结构、多孑L性、环境的搅动程度以及可侵占表面的影响。生物可降解高分子材料的降解除与材料
生物可降解材料的研究现状
生物降解材料的研究现状 摘要：介绍了生物降解材料和光降解材料的研究背景、研究内容、研究成果和应用现状。分析了其产品对环境的改善和不足，提出了对其降低成本、提高性能和扩大应用范围的建议。关键词：生物降解材料；光降解材料；塑料；成本；环境 近年来，塑料生产技术有了很大的发展，塑料已经渗透到人们生产和生活的各个领域，与水泥、钢铁和木材并称四大工业材料。由于塑料本身具有质量轻，耐腐蚀和易于成型加工等优点，使其成为人们不可或缺的材料。然而现在塑料的使用却面临巨大的挑战。在自然界中塑料很难降解，使用后产生大量固体废弃物。目前在处理这些塑料垃圾时大部分采用焚烧和掩埋的方法，但都未能解决污染问题，例如焚烧后产生的一些有毒气体反而进一步导致了污染的扩散；塑料掩埋地下需要近300 年才能够完全降解。另外石油，天然气等能源都已经面临枯竭的危机，全世界的石油储量大约只能再用40 多年，以石油为原料的塑料生产受到很大的阻力。为了减轻废旧塑料对环境的污染和缓解能源危机，多年来人们尝试开发可降解塑料，用以代替普通塑料制品。 随着可生物降解塑料技术的发展,聚乳酸(PLA) 、生物聚酯等生物降解材料的逐渐成熟,将推进塑料制品可生物降解化,为减少废旧塑料制品带来的污染,并为最终实现资源和环境的可持续性发展找到出路。目前可降解塑料的研制开发十分活跃,并部分进入工业化生产,但从总体上看,当前降解仍处于有待于对技术进行更深入研究、提高性能、降低成本、拓宽用途并逐渐推向市场的阶段。本文对生物可降解材料的发展和应用现状进行了简介，并指出其不足。 1 目前各国生物课可降解塑料的应用现状 生物降解塑料[1]不仅在生产过程中有节能减排效果,而且在使用过程也具有环境友好的特征。普通聚烯烃塑料的合成会排放大量CO2 等尾气及污染物,而塑料制品大量使用,尤其是农用薄膜和包装材料又造成了日益严重的白色污染。但生物降解塑料则不然,其原料来源是可以再生的农作物,农作物在生长过程中通过光合作用可以吸收CO2 放出氧气,其制品废弃物可以在掩埋堆肥条件下完全降解成水和CO2 ,无污染物产生。我国已成功开发的新型降解塑料------二氧化
生物信息学现状与展望
研究生课程考试卷 学号、姓名： j20112001 苗天锦 年级、专业：2011生物化学与分子生物学 培养层次：硕士 课程名称：生物信息学 授课学时学分： 32学时 2学分 考试成绩： 授课或主讲教师签字：
生物信息学现状与展望 摘要：生物信息学是一门新兴学科，起步于20世纪90年代，至今已进入"后基因组时代"，本文对生物信息学的产生背景及其研究现状等方面进行了综述，并展望生物信息学的发展前景。生物信息学的发展在国内、外基本上都处在起步阶段。 关键词：生物信息学；生物信息学背景；发展前景 一、生物信息学概述 1.生物信息学发展历史 随着生物科学技术的迅猛发展，生物信息数据资源的增长呈现爆炸之势，同时计算机运算能力的提高和国际互联网络的发展使得对大规模数据的贮存、处理和传输成为可能，为了快捷方便地对已知生物学信息进行科学的组织、有效的管理和进一步分析利用，一门由生命科学和信息科学等多学科相结合特别是由分子生物学与计算机信息处理技术紧密结合而形成的交叉学科——生物信息学(Bioinformatics)应运而生,并大大推动了相关研究的开展, 被誉为“解读生命天书的慧眼”【1】。 研究生物细胞的生物大分子的结构与功能很早就已经开始，1866年孟德尔从实验上提出了假设：基因是以生物成分存在。1944年Chargaff发现了著名的Chargaff规律，即DNA中鸟嘌呤的量与胞嘧定的量总是相等，腺嘌呤与胸腺嘧啶的量相等。与此同时，Wilkins与Franklin用X射线衍射技术测定了DNA纤维的结构。1953年James Watson 和FrancisCrick在Nature杂志上推测出DNA 的三维结构（双螺旋）。Kornberg于1956年从大肠杆菌（E.coli）中分离出DNA 聚合酶I（DNA polymerase I），能使4种dNTP连接成DNA。Meselson与Stahl （1958）用实验方法证明了DNA复制是一种半保留复制。Crick于1954年提出了遗传信息传递的规律，DNA是合成RNA的模板，RNA又是合成蛋白质的模板，称之为中心法则（Central dogma），这一中心法则对以后分子生物学和生物信息学的发展都起到了极其重要的指导作用。经过Nirenberg和Matthai（1963）的努力研究，编码20氨基酸的遗传密码得到了破译。限制性内切酶的发现和重组DNA的克隆（clone）奠定了基因工程的技术基础【2】。自1990年美国启动人类基因组计划以来，人与模式生物基因组的测序工作进展极为迅速。迄今已完成了约40多种生物的全基因组测序工作，人基因组约3x109碱基对的测序工作也接近完成。至2000年6月26日，被誉为生命“阿波罗计划”的人类基因组计划终于完成了工作草图，预示着完成人类基因组计划已经指日可待。生物信息学已成为整个生命科学发展的重要组成部分，成为生命科学研究的前沿。 2.生物信息学研究方向 2.1 序列比对
生物降解材料
生物降解材料： 1.天然生物材料如淀粉、纤维素的改性材料制成的塑料； 2.化学合成聚脂：PLA、PCL、PBS、PPC等； 3.微生物发酵合成高分子化合物：PLA、PHA； 4.转基因植物合成高分子化合物：PHA。 生物基含量和价格 材料优缺点
1.可完全生物降解 2.可替代大部分塑料，价格可以和石油塑料 竞争 3.分子结构多样性，综合性能好 4.可单独使用或和淀粉等其他生物质共同 使用 5.可取代PCL、Ecoflex等石油基可降解材 料 6.核心技术门槛高竞争者很难模仿进入材料具体价格
生物降解塑料生产厂家 种类公司型号产能（吨/年）
PLA PLA产业链
→ → → 产业链分析： 1.PLA改性材料生产企业：其生产受到上下游的影响比较严重。 2.PLA生产企业：此类企业上游供给影响不大，来源和供应量很充足，关键在于企业的生产技术和产能。美国的natureworks处于领先地位，每年14万吨的产能，巴斯夫、日本三井和荷兰普拉克都有超万吨的产能。国内海正生物和金发科技分别拥有5000吨左右的产能，在国内PLA生产商中实力较强。 3.PLA原料（中间物）生产商：PLA生产主要有一步法和两步法两种工艺，两步法应用较多，即先由乳酸聚合并解聚得到中间体丙交酯，再由丙交酯开环聚合得到PLA，两步法中，中间体丙交酯的生产成本和纯度直接影响PLA产品的成本和性能。 4.PLA改性材料使用企业：这些企业使用PLA改性材料作为生产进一步产品的原料，成品涵盖范围包括农业、工业、门用等等领域。PLA材料经过改性和复合，其理化性质得到相应改进，可以采用传统吹塑、热塑机械生产成品，传统成品生产企业的转换成本并不高，而此类企业在国内数量巨大，并不构成对于PLA改性材料生产企业的直接瓶颈。 5.消费者终端：消费者的最终需求，决定了PLA改性和复合材料使用企业对PLA改性材料的间接需求，成为真正的、可能的需求瓶颈。因此，分析PLA改性和复合材料行业下游的关键，在于消费者终端的分析。 PLA改性材料企业
生物修复概述及国内外研究进展
辽宁大学学报 自然科学版 第30卷 第4期 2003年 JOURNAL OF LIAONING UNIV ERSITY Natural Sciences Edition V ol.30 N o.4 2003 生物修复概述及国内外研究进展 罗 义1Ξ 毛大庆2 (1.辽宁大学环境科学系,辽宁沈阳110036;2.比利时鲁文大学农业与应用生物科学系,比利时) 摘 要:重点从微生物与植物的角度阐述了生物修复的概念与类型,分析了微生物、植物在生物修复中所起的作用及近年来来国内外在生物修复研究方面所取得的进展,评价了生物修复特别是植物修复所具有的优势,也指出了生物修复的缺点与不足. 关键词:生物修复;植物修复. 中图分类号:X171.4 文献标识码:A 文章编号:100025846(2003)0420298205 生物修复(biormediation)又称生物改良(bioreclamation),目前比较被大家共同接受的基本定义为[4,21]:生物修复是生物特别是微生物催化降解有机污染物,从而修复被污染环境或消除环境中的污染物的一个受控或自发进行的过程,这是狭义的定义.生物修复还有更广泛的定义[21,29],除了微生物修复外,还包括植物修复和动物修复,也就是说,生物修复是指利用细菌、真菌、水生藻类、陆生植物等的代谢活性降解减轻有机污染物的毒性,改变重金属的活性或在土壤中的结合态,通过改变污染物的化学或物理特性而影响它们在环境中的迁移、转化和降解速率.生物修复技术与传统的物理、化学修复方法相比,具有投入低、治理效果好以及基本不产生副作用等优点,近年来在国内外引起广泛的关注[10,24].例如,荷兰在20世纪80年代花费15亿美元进行污染土壤修复,德国在1995年投资60亿美元净化土壤,美国在20世纪90年代以来也在土壤恢复方面进行了数百亿美元的投资[1]. 1 微生物修复技术 微生物修复技术是在人为强化的条件下,用自然环境中的土著微生物或人为投加外源微生物的代谢活动,对环境中的污染物进行转化、降解与去除的方法. 1.1 国内外研究概况 目前,利用微生物治理环境有机污染的研究正受到世界各国的普遍重视,发展非常迅速,相关研究十分活跃.如M onhn(2001)等[17]研究了北极冻原油滴污染土壤,现场接种抗寒微生物混合菌种进行生物修复处理,一年后,土壤中油浓度降到初处理浓度的二十分之一.Whiteley(2001)等[23]进行了酚污染的生物修复中P seudomonad细菌的生态学和生理学研究.陈勇(2000)[5]研究了在堆肥过程中,加入经过驯化的降解菌,结果表明,降解菌对堆肥中的多环芳烃有明显的降解作用.徐向阳(1999)[26]等以生物修复方法研究受酚污染地表水.有关石油烃类污染的生物修复等方面的研究,还有张旭(2000)[32]做的石油烃污染土层生物修复模拟实验研究,郭楚玲(2000)[9]关于多环芳烃的微生物降解与生物修复研究,宋玉芳等(2001)[20]进行了土壤中石油烃及多环芳烃生物修复调控的研究,以及李丽(2001)[13]就石油烃类化合物降解菌进行了研究.杨国栋、丁克强、张海荣[7,27,30]则分别进行了石油污染土壤生物修复技术的微生物研究.这些研究表明,用微生物进行生 Ξ作者简介:罗 义(19712),女,抚顺人,南京大学在职博士生,从事环境毒理学方面的研究 收稿日期:2003201201
生物降解高分子材料研究
生物降解高分子材料研究 [摘要] 本文作者对天然高分子材料、微生物合成高分子材料、化学合成高分子材料及掺混型高分子材料四类生物降解高分子材料进行了综述，并对可生物降解高分子材料在包装、餐饮业、农业及医药领域的应用作了简要介绍。 [关键词] 生物降解；高分子材料；应用 塑料是应用最广泛的高分子材料，按体积计算已居世界首位，由于其难以降解，随着用量的与日俱增，废弃塑料所造成的白色污染已成为世界性的公害。意大利、德国、美国等国家已率先以法律形式，规定了必须使用降解性塑料的塑料产品范围；我国目前的塑料生产和使用已跃居世界前列，每年产生几百万吨不可降解的废旧物，严重污染着环境和危害着我们的健康。可见开发可降解高分子材料、寻找新的环境友好高分子材料来代替塑料已是当务之急。 降解高分子材料是指在使用后的特定环境条件下，在一些环境因素如光、氧、风、水、微生物、昆虫以及机械力等因素作用下，使其化学结构能在较短时间内发生明显变化，从而引起物性下降，最终被环境所消纳的高分子材料。根据降解机理的不同，降解高分子材料可分为光降解高分子材料、生物降解高分子材料、光一生物降解高分子材料、氧化降解高分子材料、复合降解高分子材料等，其中生物降解高分子材料是指在自然界微生物或在人体及动物体内的组织细胞、酶和体液的作用下，使其化学结构发生变化，致使分子量下降及性能发生变化的高分子材料。生物降解高分子材料的应用广泛，在包装、餐饮业、一次性日用杂品、药物缓释体系、医学临床、医疗器材等诸多领域都有广阔的应用前景所以开发生物降解高分子材料已成为世界范围的研究热点。 1 生物降解高分子材料的分类 根据生物降解高分子材料的降解特性可分为完全生物降解高分子材料(Biodegradable materials)和生物破坏性高分子材料(或崩坏性，Biodestructible materials)；按照其来源的不同主要分为天然高分子材料、微生物合成高分子材料、化学合成高分子材料和掺混型高分子材料四类。 1．1 天然高分子材料 天然高分子物质如淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、果胶、甲壳素、蛋白质等来源丰富、价格低廉，特别是天然产量居首位的纤维素和甲壳素，年生物合
我国污染土壤生物修复技术的发展及现状
我国污染土壤生物修复技术的发展及现状 摘要：本文简要回顾了近30年来我国污染土壤生物修复技术的发展过程，主要包括生物修复技术在我国的发展阶段、生物修复的4大类型及其所适用对象与范围、生物修复用菌株的筛选与特性研究、活性菌株(菌剂)在典型污染土壤中的应用及其效果等，并针对土壤污染和生物修复技术的发展现状，简要讨论了未来生物修复技术的发展。 1环境修复技术的发展阶段 据2014年国家环境保护部和国土资源部联合公布的《全国土壤污染调查公报》显示，全国土壤总的超标率为16.1%，其中耕地土壤点位超标率高达19.4%;在调查的重污染企业用地和工业废弃地点位中，超标率分别高达36.3%和34.9%。因此，我国土壤污染的总体形势严峻，在重污染企业或工业密集区、工矿开采区及周边地区、城市和城郊地区出现了土壤重污染区和高风险区。土壤污染类型多样，呈现出新老污染物并存、无机有机复合污染的局面。其中有机污染物主要有六六六、滴滴涕、多环芳烃以及来源于化工厂、采油区、工业区、氮肥厂、电子厂、焦化厂、农药厂等的废弃物。无机污染物主要有镉、铅、砷等重金属元素;另外耕种过程中过度施用化肥、农药、固体废弃物等都不同程度地造成了土壤污染。据不完全统计调查，因土壤污染而减产粮食1000万t，全国每年因重金属污染的粮食达1200万t，造成的直接经济损失超过200亿元。 我国土壤修复技术经历3个阶段：第1阶段为20世纪80年代以前，土壤治理方式为物理修复，主要是土地资源的稳定利用，相关基本环境工程的配套。第2阶段是20世纪90年代，土壤治理方式为物理、化学和生物恢复，但主要修复技术是土地复垦，选用先锋植物、耐性植物恢复土壤特性。第3阶段是21世纪以来，土壤治理方式为物理、化学和生物恢复，修复技术主要采用微生物、植物、动物、固化/稳定化、土壤气提、化学氧化还原、热脱附、淋洗、化学萃取等，其中以微生物修复、植物修复、微生物-植物联合修复为研发应用重点。可见，我国的生物修复处于刚刚起步阶段，最初的生物修复主要是利用细菌治理石油、农药之类的有机污染。随着研究的不断深入，生物修复又应用在地下水、土壤等环境的污染治理上。生物修复已由细菌修复拓展到真菌修复、植物修复、微生物-植物联合修复、动物修复，由有机污染物的生物修复拓展到无机污染物的生物修复。 2环境生物修复技术类型 生物修复(Bioremediation)是一项清洁环境的低投资、高效益、便于应用、发展潜力较大的新兴技术，它具有成本低、操作简单、无二次污染、处理效果好且能大面积推广应用等优点，生物修复利用生物(包括植物、微生物和原生动物)的代谢功能，吸收、转化、清除或降解环境污染物，实现环境净化、生态恢复。从参与修复过程的生物类型来划分，生物修复包括微生物修复、植物修复、动物修复和联合修复等类型。 2.1微生物修复技术 土壤中存在着丰富的微生物，这些微生物具有多种多样的代谢功能，驱动着土壤环境中的物质元素循环。微生物修复技术就是利用土壤中的土著微生物的代谢功能，或者补充具有降解转化污染物能力的人工培养的功能微生物群，通过创造适宜环境条件，促进或强化微生物代谢功能，从而降解并最终消除污染物的生物修复技术。微生物修复的实质是生物降解或
最新完全生物降解材料
完全生物降解材料 摘要：可完全生物降解材料是指在适当和可表明期限的自然环境条件 下，能够被微生物（如细菌、真菌和藻类等）完全分解变成低分子化合物的材料，对环境有积极的作用。本文介绍了完全生物降解材料的定义、分类、降解性能的评价及其发展趋势。 关键词：生物降解，测试，应用 前言：人类在创造现代文明的同时，也带来负面影响----白色污染。 一次性餐具、一次性塑料制品以及农用地膜等均难以再回收利用，其处理方法以焚烧和掩埋为主。焚烧会产生大量的有害气体，污染环境；掩埋则其中的聚合物短时间内不能被微生物分解，也污染环境。残弃的塑料膜存在于土壤中，阻碍农作物根系的发育和对水分、养分的吸收，使土壤透气性降低，导致农作物减产；动作食用残弃的塑料膜后，会造成肠梗阻而死亡；流失到海洋中或废弃在海洋中的合成纤维渔网和钓线已对海洋生物造成了相当的危害，因此提倡绿色消费与加强环境保护势在必行。面对日益枯竭的石油资源，符合潮流的生物降解材料作为高科技产品和环保产品正成为一个研发热点。 1、生物降解材料 理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废气后可被环境微生物完全分解、最终被无机化合成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。 1.1、生物降解材料的分类 生物降解材料按其生物降解过程大致可分为两类。 一类为完全生物降解材料，如天然高分子纤维素、人工合成的聚己内酯等，其分解作用主要来自：①由于微生物的迅速增长导致塑料结构的物理性崩溃；②由于微生物的生化作用、酶催化或酸碱催化下的各种水解； ③其他各种因素造成的自由基连锁式降解。 另一类为生物崩解性材料，如淀粉和聚乙烯的掺混物，其分解作用主要由于添加剂被破坏并削弱了聚合物链，使聚合物分子量降解到微生物能够消化的程度，最后分解为二氧化碳（CO2）和水。 生物崩解性材料大多采用添加淀粉和光敏剂的方法，与聚乙烯和聚苯乙烯共混生产。研究表明，淀粉基生物降解塑料袋最终将进入垃圾场，不接触阳光，即使其中有发生物双降解作用，所发生的降解作用也主要以生物降解为主。一定时间的试验表明：垃圾袋无明显的降解现象，垃圾袋没有自然破损，甚至对袋里的垃圾起到一定的“保鲜”作用。
生物可降解塑料塑料的最新研究现状
生物可降解塑料的研究现状 摘要：生物可降解材料因其具有可降解的特性越来越受到人们的关注。本文主要介绍生物可降解塑料的应用背景，塑料的最新研究及其成果。其中可降解塑料包括淀粉基高分子材料、聚乳酸和PHB。 关键词：生物可降解塑料白色污染淀粉基材料聚乳酸PHB 现代材料包括金属材料、无机非金属材料和高分子材料作为现代文明三大支柱（能然、材料、信息）之一在人类的生产活动中起着越来越重要的作用。[1]传统的高分子塑料在给国民经济带来快速发展，人民生活带来巨大改变的同时也给人类的生存环境带来了巨大的破坏。当今社会“白色污染”的问题变得越来越受关注。这类塑料由于在自然环境下难以降解处理，以致造成了城市环境的视觉污染，同时由于它们不能像草木一样被生物降解，还常常引起动物误食，并造成土壤环境恶化。塑料制品在食品行业中广泛使用，高温下塑料中的增塑剂、稳定剂、抗氧化剂等助剂将渗入到食物中，会对人的肝脏、肾脏及中枢神经系统造成损害。塑料的大量使用必然会带来如何处理废弃塑料的难题。传统的塑料处理方法主要包括直接填埋、焚烧、高温炼油等方法。这些处理方法不仅对环境造成破坏，同时也对人类健康构成巨大威胁。石油、天然气等能然已面临危机，以石油为原料的塑料生产将受到很大的阻力。为了减少废弃塑料对环境的污染和缓解能然危机，多年来人们努力开发生物可降解材料，用以替代普通塑料。生物可降解塑料是指一类由自然界存在的微生物如细菌、霉菌（真菌）和藻类的作用而引起降解的塑料。理想的生物降解塑料是一种具有优良的使用性能、废弃后可被环境微生物完全分解、最终被无机化而成为自然界中碳素循环的一个组成部分的高分子材料。生物降解过程主要分为三个阶段：（1）高分子材料表面被微生物粘附；（2）微生物在高分子表面分泌的酶作用下，通过水解和氧化等反应将高分子断裂成相对分子量较低的小分子化合物；（3）微生物吸收或消化小分子化合物，经过代谢最终形成二氧化碳和水。 一、生物可降解材料的种类 按照原料组成和制造工艺不同可分为以下三种：天然高分子及其改性材料、微生物合成高分子材料和化学合成高分子材料。天然高分子中含量最丰富的资源包括纤维素、甲壳素、木质素、淀粉、各种动植物蛋白质以及多糖类等，他们具有多种官能团，可通过物理或化学的方法改性成为新材料，也可通过物理、化学及生物技术降解成单体或低聚物用作能源及化工原料。微生物合成高分子降解塑料是由生物发酵方法制的一类材料。 二、最新研究成果及其应用 2.1天然高分子及其改性材料 天然合成高分子降解塑料天然高分子大多数可以生物降解，但热学、力学性能差，不能满足工程材料的性能要求。通过对天然高分子改性可以得到能有实用价值的天然高分子降解塑料。其中天然高分子聚合物降解塑料包括淀粉、纤维素、木质素、多糖以及蛋白质等为基材的复合材料。淀粉是植物经光合作用而形成的碳水化合物，由于其来源广泛、价格低廉、降解后仍以二氧化碳和水的形式回归到自然，被认为是完全没有污染的可再生能源，以淀粉基高分子材料的塑料制品已在非食用领域得到了广泛的开发和研究。 淀粉基高分子材料包括淀粉填充塑料和完全淀粉基塑料。其中，淀粉基填充塑料主要是指以淀粉作为填充剂，与PE、PP等通用塑料共混。[2]传统的淀粉填
生物信息学的主要研究内容
常用数据库 在DNA序列方面有GenBank、EMBL和等 在蛋白质一级结构方面有SWISS-PROT、PIR和MIPS等 在蛋白质和其它生物大分子的结构方面有PDB等 在蛋白质结构分类方面有SCOP和CATH等 生物信息学的主要研究内容 1、序列比对（Alignment） 基本问题是比较两个或两个以上符号序列的相似性或不相似性。序列比对是生物信息学的基础，非常重要。两个序列的比对有较成熟的动态规划算法，以及在此基础上编写的比对软件包BLAST和FASTA，可以免费下载使用。这些软件在数据库查询和搜索中有重要的应用。 2、结构比对 基本问题是比较两个或两个以上蛋白质分子空间结构的相似性或不相似性。已有一些算法。 3、蛋白质结构预测，包括2级和3级结构预测，是最重要的课题之一 从方法上来看有演绎法和归纳法两种途径。前者主要是从一些基本原理或假设出发来预测和研究蛋白质的结构和折叠过程。分子力学和分子动力学属这一范畴。后者主要是从观察和总结已知结构的蛋白质结构规律出发来预测未知蛋白质的结构。同源模建（Homology）和指认（Threading）方法属于这一范畴。虽然经过30余年的努力，蛋白结构预测研究现状远远不能满足实际需要。 4、计算机辅助基因识别(仅指蛋白质编码基因)。最重要的课题之一 基本问题是给定基因组序列后，正确识别基因的范围和在基因组序列中的精确位置.这是最重要的课题之一，而且越来越重要。经过20余年的努力，提出了数十种算法，有十种左右重要的算法和相应软件上网提供免费服务。原核生物计算机辅助基因识别相对容易些，结果好一些。从具有较多内含子的真核生物基因组序列中正确识别出起始密码子、剪切位点和终止密码子，是个相当困难的问题，研究现状不能令人满意，仍有大量的工作要做。 5、非编码区分析和DNA语言研究，是最重要的课题之一 在人类基因组中，编码部分进展总序列的3~5%，其它通常称为“垃圾”DNA，其实一点也不是垃圾，只是我们暂时还不知道其重要的功能。分析非编码区DNA 序列需要大胆的想象和崭新的研究思路和方法。DNA序列作为一种遗传语言，不仅体现在编码序列之中，而且隐含在非编码序列之中。 6、分子进化和比较基因组学，是最重要的课题之一 早期的工作主要是利用不同物种中同一种基因序列的异同来研究生物的进化，构建进化树。既可以用DNA序列也可以用其编码的氨基酸序列来做，甚至于可通过相关蛋白质的结构比对来研究分子进化。以上研究已经积累了大量的工作。近年来由于较多模式生物基因组测序任务的完成，为从整个基因组的角度来研究分子进化提供了条件。 7、序列重叠群（Contigs）装配 一般来说，根据现行的测序技术，每次反应只能测出500或更多一些碱基对的序列，这就有一个把大量的较短的序列全体构成了重叠群（Contigs）。逐步把它们拼接起来形成序列更长的重叠群，直至得到完整序列的过程称为重叠群装配。拼接EST数据以发现全长新基因也有类似的问题。已经证明，这是一个NP-完备
可生物降解高分子材料的分类及应用_王周玉
四川工业学院学报 Journa l of S ich ua n Uni vers ity o f Sc ience and Tec hnolog y 文章编号:1000-5722(2003)增刊-0145-03 收到日期:2003-03-22 基金项目:中国石油天然气集团公司中青年创新基金项目(部(基)349):四川工业学院人才引进项目(0225964) 作者简介:王周玉(1977-),女,四川省彭州市人,西华大学生物工程系助教,硕士,主要从事高聚物的合成、改性性质及其应用的研究。 可生物降解高分子材料的分类及应用 王周玉,岳 松,蒋珍菊,芮光伟,任川宏 (西华大学生物工程系,四川成都 610039) 摘 要: 本文作者对天然高分子材料、微生物合成高分子材料、化学合成高分子材料及掺混型高分子材料四类生物降解高分子材料进行了综述,并对可生物降解高分子材料在包装、餐饮业、农业及医药领域的应用作了简要介绍。 关键词: 生物降解;高分子材料;应用 中图分类号:O631.2 文献标识码:B 0前言 塑料是应用最广泛的高分子材料,按体积计算已居世界首位,由于其难以降解,随着用量的与日俱增,废弃塑料所造成的白色污染已成为世界性的公害。意大利、德国、美国等国家已率先以法律形式,规定了必须使用降解性塑料的塑料产品范围;我国目前的塑料生产和使用已跃居世界前列,每年产生几百万吨不可降解的废旧物,严重污染着环境和危害着我们的健康。可见开发可降解高分子材料、寻找新的环境友好高分子材料来代替塑料已是当务之急。 降解高分子材料[1]是指在使用后的特定环境条件下,在一些环境因素如光、氧、风、水、微生物、昆虫以及机械力等因素作用下,使其化学结构能在较短时间内发生明显变化,从而引起物性下降,最终被环境所消纳 的高分子材料。根据降解机理[1,2] 的不同,降解高分子材料可分为光降解高分子材料、生物降解高分子材料、光-生物降解高分子材料、氧化降解高分子材料、复合降解高分子材料等,其中生物降解高分子材料是指在自然界微生物或在人体及动物体内的组织细胞、酶和体液的作用下,使其化学结构发生变化,致使分子量下降及性能发生变化的高分子材料。生物降解高分子材料的应用广泛,在包装、餐饮业、一次性日用杂品、药物缓释体系、医学临床、医疗器材等诸多领域都有广阔的应用前景,所以开发生物降解高分子材料已成为世界范围的研究热点。 1 生物降解高分子材料的分类 根据生物降解高分子材料的降解特性可分为完全 生物降解高分子材料(Biodegradable materials )和生物破坏性高分子材料(或崩坏性,Biodestructible materials );按照其来源的不同主要分为天然高分子材料、微生物合成高分子材料、化学合成高分子材料和掺混型高分子材料四类。 1.1 天然高分子材料 [3,4] 天然高分子物质如淀粉、纤维素、半纤维素、木质素、果胶、甲壳素、蛋白质等来源丰富、价格低廉,特别是天然产量居首位的纤维素和甲壳素,年生物合成量超过1010 吨。利用它们制备的生物高分子材料可完全降解、具有良好的生物相容性、安全无毒,由此形成的产品兼具天然再生资源的充分利用和环境治理的双重意义,因而受到各国的重视,特别是日本。如日本四国工业技术实验所用纤维素和从甲壳素制得的脱乙酰壳聚糖复合,采用流延工艺制成的薄膜,具有与通用薄膜同样的强度,并可在2个月后完全降解;他们还对壳聚糖—淀料复合高分子材料进行了大量的研究工作,发现调节原料的比例、热处理温度,可改变高分子材料的强度和降解时间。 天然高分子材料虽然具有价格低廉、完全降解等诸多优点,但是它的热力学性能较差,不能满足工程高分子材料加工的性能要求,因此对天然高分子进行化学修饰、天然高分子之间的共混及天然高分子与合成高分子共混以制得具有良好降解性、实用性的生物降解高分子材料是目前研究的一个主要方向。1.2 微生物合成高分子材料[3,4,5] 微生物合成高分子材料是由生物通过各种碳源发
国内外生物信息学发展状况
国内外生物信息学发展状况 1.国外生物信息发展状况 国外非常重视生物信息学的发展各种专业研究机构和公司如雨后春笋般涌现出来，生物科技公司和制药工业内部的生物 信息学部门的数量也与日俱增。美国早在1988年在国会的支持 下就成立了国家生物技术信息中心（NCBI），其目的是进行计 算分子生物学的基础研究，构建和散布分子生物学数据库；欧 洲于1993年3月就着手建立欧洲生物信息学研究所（EBI）， 日本也于1995年4月组建了信息生物学中心（CIB）。目前， 绝大部分的核酸和蛋白质数据库由美国、欧洲和日本的3家数 据库系统产生，他们共同组成了 DDBJ/EMBL/Gen Bank国际核 酸序列数据库，每天交换数据，同步更新。以西欧各国为主的 欧洲分子生物学网络组织（EuropeanMolecular Biology Network, EMB Net）是目前国际最大的分子生物信息研究、开 发和服务机构，通过计算机网络使英、德法、瑞士等国生物信 息资源实现共享。在共享网络资源的同时，他们又分别建有自 己的生物信息学机构、二级或更高级的具有各自特色的专业数 据库以及自己的分析技术，服务于本国生物（医学）研究和开 发，有些服务也开放于全世界。 从专业出版业来看,1970年，出现了《Computer Methods and Programs in Biomedicine》这本期刊；到1985年4月， 就有了第一种生物信息学专业期刊《Computer Application
in the Biosciences》。现在，我们可以看到的专业期刊已经很多了。 2 国内生物信息学发展状况 我国生物信息学研究近年来发展较快,相继成立了北京大学生物信息学中心、华大基因组信息学研究中心、中国科学院上海生命科学院生物信息中心,部分高校已经或准备开设生物信息学专业。2002年国家自然科学基金委在生物化学、生物物理学与生物医学工程学学科设立了生物信息学项目,并列入生命科学部优先资助的研究项目。国家 863计划特别设立了生物信息技术主题,从国家需求的层面上推动我国生物信息技术的大力发展[3]。 但是由于起步较晚及诸多原因，我国的生物信息学发展水平远远落后于国外。在PubMed收录的以关键词“Bioinformatics”检索到的历年发表的文章数，可以看出大量的研究文献出现在21世纪以后。其中我国共有138篇占全部5548篇的2.5%，而美国则发表2160篇占全部的39%之多（统计数据截至2004年2月15日）。我国学者在生物信息学领域发表的有高影响力的论文只有不到美国学者发表数量的6%，差距相当大[4]。在生物信息学领域，一些著名院士和教授在各自领域取得了一定成绩，显露出蓬勃发展的势头，有的在国际上还占有一席之地。如北京大学的罗静初和顾孝诚教授在生物信息学网站建设方面、中科院生物物理所的陈润生研究员在EST
生物降解高分子材料
生物降解高分子材料 肖群 （东北林业大学材料科学与工程学院,黑龙江哈尔滨 150040） 摘要：高分子材料在日常生活中的使用量越来越大．然而高分子材料给人们生活带来便利、改善生活品质的同时，其使用后的大量塑料废弃物也与日俱增。给人类赖以生存的环境造成了不可忽视的负面影响。本文简要介绍生物降解高分子材料的定义、降解机理及影响因素的基础上，较为全面的阐述了当前生物降解高分子材料的应用领域。 关键词：生物降解，医用生物材料， 1 前言 聚合物工业蓬勃发展的同时也导致了环境污染的加剧，引起了人们对聚合物废料处理的关注。目前全世界每年生产塑料约1．2亿吨．用后废弃的大约占生产量的50％～60％。废塑料的处理以掩埋和焚烧为主，但这两种处理方法会产生新的有害物质。对此，一些国家实行了3R工程，即减少使用、重复使用和回收循环。但对一些回收困难、不宜回收或需要追加很大能量才能回收的领域(如食品包装、卫生用品)，实施3R工程很困难，而如果使用生物降解材料则十分有利[1]。 2生物降解高分子材料定义降解机理 2．1生物降解高分子定义 根据美国ASTM定义生物降解高分子材料是指在一定的条件下．一定的时间内能被细菌、霉菌、藻类等微生物降解的高分子材料[2，3,4]。真正的生物降解高分子在有水存在的环境下，能被酶或微生物水解降解，从而高分子主链断裂，分子量 逐渐变小，以致最终成为单体或代谢成CO 2和H 2 O[5]。 2.2生物降解高分子材料的降解机理 生物降解机理和光一生物降解机理．完全生物降解机理大致有三种途径：①生物物理作用：由于生物细胞增长而使聚合物组分水解，电离质子化而发生机械性的毁坏．分裂成低聚物碎片：②生物化学作用：微生物对聚合物作用而产生新 物质(CH 4、C0 2 和H 2 0)：③酶直接作用：被微生物侵蚀部分导致材料分裂或氧化崩 裂。而光一生物降解机理则是材料中的淀粉等生物降解剂首先被生物降解，增大表面／体积比，同时，日光、热、氧引发光敏剂等使高聚物生成含氧化物，并氧化断裂．分子量下降到能被微生物消化的水平。进一步研究发现．不同的生物降解高分子材料的生物降解性与其结构有很大关系，包括化学结构、物理结构、表面结构等。 对不同种类的生物降解材料而言．它们降解机理的不同决定了它们具有不同的性质。天然降解高分子材料．其本身来源于生物体，能保证足够的细胞及组织亲和性．降解周期一般较短．最终降解产物为多糖或氨基酸．容易被机体吸收．但是这种材料力学性能差。难于满足组织构建的速度要求，应用时需要进行改性。化学合成的生物降解材料的组成、结构和降解行为更易于控制。比如降解速度和强度可调．易构建高孔隙率三维支架．但材料本身对细胞亲和力弱．往往需要引入适量能促进细胞黏附和增值的活性基团、生长因子或黏附因子等。[6] 3生物降解高分子材料的种类及降解过程