可降解高分子材料的降解途徑范文
時(shí)間：2024-01-02 17:49:07
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篇1
【關(guān)鍵詞】 高分子材料 可降解 循環(huán)利用
生物可降解高分子材料是指在一定的時(shí)間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學(xué)分解作用下發(fā)生降解的高分子材料。生物可降解的機(jī)理大致有以下三種方式：生物的細(xì)胞增長(zhǎng)使物質(zhì)發(fā)生機(jī)械性破壞；微生物對(duì)聚合物作用產(chǎn)生新的物質(zhì)；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導(dǎo)致裂解。一般認(rèn)為，高分子材料的生物可降解是經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)程進(jìn)行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結(jié)合，通過(guò)水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物攝入人體內(nèi)，經(jīng)過(guò)種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉(zhuǎn)化為微生物活動(dòng)的能量，最終都轉(zhuǎn)化為水和二氧化碳。因此，生物可降解并非單一機(jī)理，而是一個(gè)復(fù)雜的生物物理、生物化學(xué)協(xié)同作用，相互促進(jìn)的物理化學(xué)過(guò)程。到目前為止，有關(guān)生物可降解的機(jī)理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在機(jī)體內(nèi)的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關(guān)外，還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環(huán)境有關(guān)。
2 生物可降解高分子材料的類(lèi)型
按材料來(lái)源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類(lèi)。按用途分類(lèi)，有醫(yī)用和非醫(yī)用生物可降解高分子材料兩大類(lèi)。按合成方法可分為如下幾種類(lèi)型。
2.1 微生物生產(chǎn)型
通過(guò)微生物合成的高分子物質(zhì)。這類(lèi)高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染環(huán)境的生物可降解塑料。
2.2 合成高分子型
脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點(diǎn)低，強(qiáng)度及耐熱性差，無(wú)法應(yīng)用。芳香族聚酯（PET）和聚酰胺的熔點(diǎn)較高，強(qiáng)度好，是應(yīng)用價(jià)值很高的工程塑料，但沒(méi)有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯（或聚酰胺）制成一定結(jié)構(gòu)的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。
2.3 天然高分子型
自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質(zhì)素等均屬可降解天然高分子，這些高分子可被微生物完全降解，但因纖維素等存在物理性能上的不足，由其單獨(dú)制成的薄膜的耐水性、強(qiáng)度均達(dá)不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質(zhì)制得的脫乙酰基多糖等共同混制。
2.4 摻混型
在沒(méi)有生物可降解的高分子材料中，摻混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得產(chǎn)品具有相當(dāng)程度的生物可降解性，這就制成了摻合型生物可降解高分子材料，但這種材料不能完全生物可降解。
3 生物可降解高分子材料的研發(fā)
3.1 傳統(tǒng)方法
傳統(tǒng)利用生物可降解高分子材料的方法主要包括：天然高分子的改造法、化學(xué)合成法和微生物發(fā)酵法等。（1）天然高分子的改造法。通過(guò)化學(xué)修飾和共混等方法，對(duì)自然界中存在大量的多糖類(lèi)高分子，如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進(jìn)行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足，但一般不易成型加工，而且產(chǎn)量小，限制了它們的應(yīng)用。②化學(xué)合成法。模擬天然高分子的化學(xué)結(jié)構(gòu)，從簡(jiǎn)單的小分子出發(fā)制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，這些高分子化合物結(jié)構(gòu)單元中含有易被生物可降解的化學(xué)結(jié)構(gòu)或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。化學(xué)合成法反應(yīng)條件苛刻，副產(chǎn)品多，工藝復(fù)雜，成本較高。（2）微生物發(fā)酵法。許多生物能以某些有機(jī)物為碳源，通過(guò)代謝分泌出聚酯或聚糖類(lèi)高分子。但利用微生物發(fā)酵法合成產(chǎn)物的分離有一定困難，且仍有一些副產(chǎn)品。
3.2 酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學(xué)的發(fā)展，酶在有機(jī)介質(zhì)中表現(xiàn)出了與其在水溶液中不同的性質(zhì)，并擁有了催化一些特殊反應(yīng)的能力，從而顯示出了許多水相中所沒(méi)有的特點(diǎn)。
3.3 酶促合成法與化學(xué)合成法結(jié)合使用
酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學(xué)聚合則能有效的提高聚合物的分子量，因此，為了提高聚合效率，許多研究者已開(kāi)始用酶促法與化學(xué)法聯(lián)合使用來(lái)合成生物可降解高分子材料。
4 結(jié)語(yǔ)
隨著高分子材料合成與加工的技術(shù)進(jìn)步，生物可降解高分子材料在各行業(yè)得到廣泛、深入的應(yīng)用。生物可降解高分子材料助劑、樹(shù)脂原料和加工機(jī)械一起組成了生物可降解高分子加工的三大基本要素。此外，加工工藝水平、配方技術(shù)以及相關(guān)配套服務(wù)設(shè)施也成為完美展現(xiàn)制品性能的不可或缺的因素。我國(guó)生物可降解高分子材料工業(yè)起步較晚，發(fā)展遲緩，難以適應(yīng)目前的發(fā)展趨勢(shì)，必須借助行業(yè)發(fā)展，探索一條具有中國(guó)特色的工業(yè)之路。在消化、吸收、仿制國(guó)外先進(jìn)品種和技術(shù)的基礎(chǔ)上，針對(duì)不同行業(yè)要求和特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)出高效、多功能、復(fù)合化、低（無(wú)）毒、低（無(wú)）污染、專(zhuān)用化的生物可降解高分子品種，提高規(guī)模化生產(chǎn)和管理能力，改變目前行業(yè)規(guī)模小、品種少、性能老化且雷同、針對(duì)性（專(zhuān)用性）差、性能價(jià)格比明顯低于國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品、創(chuàng)新能力低下、污染嚴(yán)重、無(wú)序競(jìng)爭(zhēng)的局面，一些新型功能的生物可降解高分子材料的發(fā)展時(shí)間不長(zhǎng)，消費(fèi)量較低，卻帶來(lái)了產(chǎn)業(yè)新的突破點(diǎn)和增長(zhǎng)點(diǎn)，豐富完善了整個(gè)體系，其高技術(shù)含量和巨大的增幅顯示了強(qiáng)大的生命力，創(chuàng)造一個(gè)投入產(chǎn)出比明顯高于其他化工產(chǎn)品的新產(chǎn)業(yè)。
篇2
（一）知識(shí)脈絡(luò)
本節(jié)教材在學(xué)生學(xué)習(xí)了淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等天然有機(jī)高分子化合物之后，很自然地過(guò)渡到學(xué)習(xí)合成有機(jī)高分子化合物，首先介紹有機(jī)高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量，然后初淺地以聚乙烯、聚氯乙烯為例介紹有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)與基本性質(zhì)，合成高分子化合物在溶劑中的溶解和在不同溫度時(shí)的性能變化等性質(zhì)是與合成高分子化合物的科學(xué)研究及生產(chǎn)加工密切相關(guān)的；最后簡(jiǎn)單介紹了常見(jiàn)高分子塑料、橡膠、纖維中某些有代表性的品種。
（二）知識(shí)框架
（三）新教材的主要特點(diǎn)：
新教材依然保持緊密聯(lián)系實(shí)際和新的化學(xué)知識(shí)從生活和生產(chǎn)實(shí)際切入的風(fēng)格，也注意了緊密聯(lián)系學(xué)生已學(xué)過(guò)的知識(shí)如烯烴的加成反應(yīng)、羧酸的酯化反應(yīng)等，以幫助他們理解高分子化合物的性質(zhì)、正確書(shū)寫(xiě)重要高聚物加聚反應(yīng)的化學(xué)方程式，復(fù)習(xí)鞏固已學(xué)的有機(jī)化學(xué)知識(shí)，也為他們選擇后續(xù)的選修模塊“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”奠定必要基礎(chǔ)。
二．教學(xué)目標(biāo)
（一）知識(shí)與技能目標(biāo)
1.引導(dǎo)學(xué)生初步認(rèn)識(shí)有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其應(yīng)用，學(xué)會(huì)書(shū)寫(xiě)重要加聚反應(yīng)的化學(xué)方程式，了解合成高分子化合物的主要類(lèi)別及其在生產(chǎn)、生活、現(xiàn)代科技發(fā)展中的廣泛應(yīng)用。
2.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)由塑料廢棄物所造成的白色污染和防治、消除白色污染的途徑和方法，培養(yǎng)他們的綠色化學(xué)思想和環(huán)境意識(shí)，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。
3.通過(guò)多樣化的學(xué)習(xí)活動(dòng)（自主檢索、收集、分類(lèi)比較、展示等）使學(xué)生了解塑料、合成橡膠、合成纖維的主要品種以及它們的原料來(lái)源與石油化工、煤化工的密切聯(lián)系，同時(shí)提高他們的學(xué)習(xí)能力，豐富他們的學(xué)習(xí)方式。
（二）過(guò)程與方法目標(biāo)
1.讓學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、書(shū)籍等途徑收集各種各樣的材料及圖片、實(shí)物，課堂上采用互動(dòng)式教學(xué)，激發(fā)學(xué)生探究有機(jī)合成材料的組成、性能的興趣。。
2、通過(guò)“遷移•應(yīng)用”、“交流•研討”、“活動(dòng)•探究”等活動(dòng)，提高學(xué)生分析、聯(lián)想、類(lèi)比、遷移以及概括的能力。
（四）情感態(tài)度與價(jià)值觀目的
1、通過(guò)“遷移•應(yīng)用”、“交流•研討”、“活動(dòng)•探究”活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生探索未知知識(shí)的興趣，讓他們享受到探究未知世界的樂(lè)趣。
2.引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)和認(rèn)識(shí)由塑料廢棄物所造成的白色污染和防治、消除白色污染的途徑和方法，培養(yǎng)他們的綠色化學(xué)思想和環(huán)境意識(shí)，提高他們的科學(xué)素養(yǎng)。
三、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)
（一）知識(shí)上重點(diǎn)、難點(diǎn)
重要高聚物的加聚反應(yīng)及其化學(xué)方程式
（三）方法上重點(diǎn)、難點(diǎn)
有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系的理解
四、教學(xué)準(zhǔn)備
（十二）學(xué)生準(zhǔn)備
1.課前讓學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、書(shū)籍等途徑收集各種各樣的材料及圖片、實(shí)物。
2.收集有關(guān)廢棄塑料造成的白色污染、危害及其防治方法的資料。
（十三）教師準(zhǔn)備
教學(xué)媒體、課件；準(zhǔn)備“活動(dòng)•探究”實(shí)驗(yàn)用品。
五、教學(xué)方法
問(wèn)題激疑、實(shí)驗(yàn)探究、交流討論、
六、課時(shí)安排
3課時(shí)
七、教學(xué)過(guò)程
第一課時(shí)
【引入】人類(lèi)的生產(chǎn)和生活離不開(kāi)各種各樣的材料，請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)自己收集的資料結(jié)合已有的知識(shí)對(duì)材料進(jìn)行分類(lèi)。
【點(diǎn)評(píng)】課前讓學(xué)生通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、書(shū)籍等途徑收集各種各樣的材料及圖片、實(shí)物，課堂上采用互動(dòng)式教學(xué)。
【交流、投影】
無(wú)機(jī)非金屬材料（如：晶體硅、硅酸鹽材料等）
無(wú)機(jī)材料
無(wú)機(jī)金屬材料（包括金屬和合金）
材料天然有機(jī)高分子材料（如：棉花、羊毛、蠶絲、天然橡膠等）
有機(jī)材料合成有機(jī)高分子材料（如：塑料、涂料、合成纖維、合成橡膠等）
新型有機(jī)高分子材料（如：高分子分離膜等）
【聯(lián)想、質(zhì)疑】在日常生活中，你一定接觸過(guò)許多塑料、合成橡膠、合成纖維制品。你能舉例說(shuō)明嗎？它們是什么原料制造的？它們具有哪些優(yōu)于天然材料的性能？
【點(diǎn)評(píng)】通過(guò)回憶生活中的常識(shí)激發(fā)學(xué)生探究有機(jī)合成材料的組成、性能的興趣。
【練習(xí)】計(jì)算葡萄糖和硬脂酸甘油酯的相對(duì)分子質(zhì)量。
【質(zhì)疑】經(jīng)計(jì)算，它們的相對(duì)分子質(zhì)量分別為180和890。數(shù)值已經(jīng)不小，但是，我們?nèi)苑Q(chēng)它們?yōu)榈头肿踊衔铮?jiǎn)稱(chēng)小分子；那么，什么是高分子化合物或高分子呢？
【講述】如果有機(jī)化合物的相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)到幾萬(wàn)到幾百萬(wàn)，我們就稱(chēng)它們?yōu)橛袡C(jī)高分子化合物，簡(jiǎn)稱(chēng)高分子或聚合物。像以前所學(xué)過(guò)的淀粉、纖維素、蛋白質(zhì)等物質(zhì)都屬于有機(jī)高分子化合物。有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)有哪些特點(diǎn)呢？
【引題、板書(shū)】一、有機(jī)高分子化合物
1.有機(jī)高分子化合物的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
【講述】有機(jī)高分子化合物雖然相對(duì)分子質(zhì)量很大，但是它們的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，通常是由簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)單元連接而成的，例如，聚乙烯是由結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接而成的，聚氯乙烯是由結(jié)構(gòu)單元重復(fù)連接
而成的，其中的n表示結(jié)構(gòu)單元重復(fù)的次數(shù)。
【投影講述】高分子中的結(jié)構(gòu)單元連接成長(zhǎng)鏈，這就是通常所說(shuō)的高分子的線型結(jié)構(gòu)。具有線型結(jié)構(gòu)的高分子，可以不帶支鏈，也可以帶支鏈。高分子鏈上如果有能起反應(yīng)的原子或原子團(tuán)，當(dāng)這些原子或原子團(tuán)發(fā)生反應(yīng)時(shí)，高分子鏈之間將形成化學(xué)鍵，產(chǎn)生一定的交聯(lián)形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，這就是高分子的體型結(jié)構(gòu)。
【過(guò)渡】由于有機(jī)高分子化合物的相對(duì)分子質(zhì)量大及其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，因而使它們具有與小分子不同的一些性質(zhì)。
【活動(dòng)、探究】將教材的“觀察•思考”涉及的實(shí)驗(yàn)改成學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)（2～4人一組）。
1.從廢舊輪胎上刮下的一些橡膠粉末約0.5g放入試管中，加入5mL汽油，觀察粉末能否溶解。
2.取內(nèi)徑比實(shí)驗(yàn)室用導(dǎo)氣膠管外徑稍大的試管，膠管與試管等長(zhǎng)。向試管中加入少量汽油后，將膠管插入試管，再用滴管向膠管內(nèi)孔中滴滿汽油，稍侯，可見(jiàn)膠管伸長(zhǎng)。
3.取一小塊聚乙烯塑料碎片，用酒精燈加熱直至熔化時(shí)停止加熱，等冷卻后再加熱，反復(fù)幾次后點(diǎn)燃，觀察變化的全過(guò)程。
【交流、討論、板書(shū)】2.有機(jī)高分子化合物的主要性質(zhì)
⑴溶解性：難溶于水，在有機(jī)溶劑中也只能溶脹并極緩慢。
⑵熱塑性和熱固性
⑶電絕緣性
⑷不耐高溫易燃燒
【講述】聚乙烯塑料受熱到一定溫度范圍時(shí)，開(kāi)始變軟，直到熔化成流動(dòng)的液體。冷卻后又變?yōu)楣腆w。加熱后又熔化，這種現(xiàn)象就是線型高分子的熱塑性。有些體型高分子一經(jīng)加工成型就不會(huì)受熱熔化，因而具有熱固性，如酚醛樹(shù)脂。高分子化合物中的原子是以共價(jià)鍵結(jié)合的，因此它們一般不導(dǎo)電。
【小結(jié)】結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途，正因?yàn)橛袡C(jī)高分子化合物有以上的主要性質(zhì)，決定了高分子材料在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)中的重要作用。
作業(yè)：探究活動(dòng)：學(xué)生分為若干小組通過(guò)去圖書(shū)館、上網(wǎng)查閱資料探究以下問(wèn)題：
1．我們身邊有哪些高分子化合物；
2．高分子化合物對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活有哪些重要作用；
3．了解高分子化合物的新發(fā)展，例如可導(dǎo)電的高分子材料、可降解塑料等。
并動(dòng)員學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)回答下列問(wèn)題：
1．為什么聚乙烯塑料涼鞋破裂可以熱補(bǔ)，而電木插座不能熱修補(bǔ)。
2．裝苯的試劑瓶不能用普通的膠塞的原因。
3．家貿(mào)市場(chǎng)上出售的香油的膠塞為什么要用玻璃紙包起來(lái)，如果不包起來(lái)會(huì)出現(xiàn)什么后果。
第二課時(shí)
【聯(lián)想、質(zhì)疑】現(xiàn)在，人們?cè)谌粘Ｉ钪薪?jīng)常與塑料打交道，工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防建設(shè)也大量使用塑料。那么，究竟什么是塑料？它們是怎樣制成的？
【講述】塑料的主要成分是被稱(chēng)為合成樹(shù)脂的有機(jī)高分子化合物。例如，聚乙烯就是生產(chǎn)聚乙烯塑料的合成樹(shù)脂。聚乙烯是以石油化工產(chǎn)品乙烯為原料，在適宜的溫度、壓強(qiáng)和引發(fā)劑存在的條件下發(fā)生反應(yīng)而制得的。反應(yīng)時(shí)，乙烯分子中碳碳雙鍵中的一個(gè)鍵斷裂，然后相互兩兩加成而聚成含n個(gè)結(jié)構(gòu)單元的相對(duì)分子質(zhì)量達(dá)幾萬(wàn)以上的聚乙烯樹(shù)脂。
【板書(shū)】二、塑料
【講述】講述聚合反應(yīng)和加聚反應(yīng)的概念。
【講述、投影】塑料與合成樹(shù)脂
⑴塑料是由合成樹(shù)脂及填料、增塑劑、穩(wěn)定劑、色料、防老劑等添加劑組成的。
⑵樹(shù)脂是指還沒(méi)有跟各種添加劑混合的高聚物。
⑶有些塑料基本上是由合成樹(shù)脂所組成的，不含或少含其它添加劑，如有機(jī)玻璃等。
【遷移、應(yīng)用】氯乙烯、苯乙烯、四氟乙烯在引發(fā)劑作用下經(jīng)過(guò)聚合反應(yīng)所得聚合物都是重要的合成樹(shù)脂。⑴它們?yōu)槭裁春鸵蚁┮粯樱材馨l(fā)生加聚反應(yīng)？⑵寫(xiě)出化學(xué)反應(yīng)式。
【交流、討論】組織學(xué)生交流討論聚合反應(yīng)的書(shū)寫(xiě)技巧，尤其苯乙烯的聚合反應(yīng)，可以適當(dāng)點(diǎn)撥：將苯基（—C6H5）當(dāng)作支鏈，使雙鍵碳原子作為端點(diǎn)碳原子，以便于兩兩加成聚合。
【閱讀】塑料王與工程塑料ABS的用途。
【過(guò)渡】聚乙烯是當(dāng)今世界上產(chǎn)量最大的塑料產(chǎn)品，它有著廣泛的應(yīng)用。
【閱讀、討論】聚乙烯的性質(zhì)和用途。
【講述】塑料工業(yè)的發(fā)展，極大地提高了人們的生活質(zhì)量，但是這些結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、難以分解的塑料廢棄物的急劇增加也帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。全世界每年產(chǎn)生數(shù)千萬(wàn)噸的廢舊塑料，比如聚乙烯、聚苯乙烯等它們聚集在海洋里、地面上、土壤中，造成白色污染。白色污染已成為困擾人類(lèi)社會(huì)的一大公害。減少與消除白色污染既要全社會(huì)共同努力，從我做起，少用并及時(shí)回收、再生，也要依靠科技，生產(chǎn)可降解的塑料。
【指導(dǎo)閱讀】塑料的回收利用與可降解塑料。
作業(yè)：探究活動(dòng)：
1.收集有關(guān)廢棄塑料造成的白色污染、危害及其防治方法，在各社區(qū)進(jìn)行宣傳或提出倡議。
2.課外實(shí)驗(yàn)，參照教材第97頁(yè)動(dòng)手實(shí)踐的方法進(jìn)行廢舊塑料裂解得燃?xì)馀c燃油的實(shí)驗(yàn)。
3.收集橡膠制品的圖片
第三課時(shí)
【引題】今天我們討論第二大合成材料合成橡膠。
三、合成橡膠
【展示】展示課前同學(xué)們收集的橡膠制品的圖片。
【交流、研討】結(jié)合你已有的知識(shí)和生活常識(shí)思考：
1.橡膠的特性是什么？由此決定著它有哪些用途？
2.根據(jù)來(lái)源和組成不同，常用的橡膠有哪幾種？
【講述】構(gòu)成橡膠的高分子鏈在無(wú)外力作用時(shí)呈卷曲狀，而且有柔性，受外力時(shí)可伸直，但取消外力后又可恢復(fù)原狀，因此橡膠是具有高彈性的高分子化合物。根據(jù)來(lái)源和組成不同，橡膠可分為天然橡膠和合成橡膠。合成橡膠往往具有高彈性、絕緣性以及耐油、耐酸堿、耐高溫或低溫等特性，因此具有廣泛的應(yīng)用。
【講述】順丁橡膠是化學(xué)家們最早模擬天然橡膠制得的合成橡膠，它具有較高的耐磨性，廣泛用于制造輪胎、耐寒制品及膠鞋、膠布、海綿膠等。利用工具欄講解順丁橡膠的合成，并以順丁橡膠的高分子鏈的卷曲認(rèn)識(shí)橡膠的高彈性。
【質(zhì)疑】為什么實(shí)驗(yàn)室的橡膠管在空氣中易老化？為什么盛酸的試劑瓶要用玻璃塞？
【過(guò)渡】常用的橡膠除天然橡膠、順丁橡膠外還有其它的通用橡膠。
【閱讀、講述】閱讀表3-4-1幾種常用橡膠的性能和用途，以說(shuō)明當(dāng)今合成橡膠的廣泛應(yīng)用，以及“挑戰(zhàn)者”航天飛機(jī)失事的悲慘事件就是由于橡膠密封圈失靈造成的。
【過(guò)渡】接下來(lái)討論第三大合成材料合成纖維。
【交流、研討】生活中你們知道哪些是纖維制品呢？棉花、羊毛、蠶絲與錦綸、滌綸有何區(qū)別？纖維素是如何分類(lèi)的？
【投影、講述】1.纖維素分類(lèi)
纖維素：棉、麻
天然纖維蛋白質(zhì)：絲、毛
纖維人造纖維：人造棉、人造絲
化學(xué)纖維合成纖維：錦綸、腈綸
篇3
國(guó)際生物降解聚合物學(xué)術(shù)討論會(huì)(InternationalSymposiumonBIOdegradablepoly-Iner:)于1995年n月14一15日在日本東京舉行，主要討論生物降解聚合物的設(shè)計(jì)、合成、性質(zhì)及其應(yīng)用。與會(huì)者150余人。會(huì)議收集論文近70篇，有20位世界著名專(zhuān)家、學(xué)者作了特遨報(bào)告.會(huì)議分PHA(生物聚酷)生產(chǎn)的生物學(xué)及生物技術(shù)、PHA的合成與生物降解、分子設(shè)計(jì)與生物降解等專(zhuān)題進(jìn)行討論。徽生物合成的聚合物，一般稱(chēng)為生物聚合物(Bi叩olymer)，具有可完全生物降解的特征。在廢棄的合成高分子材料產(chǎn)品對(duì)環(huán)境造成日益嚴(yán)重污染的今天，開(kāi)發(fā)出與通用高分子材料性能相似，且又可完全生物降解的生物聚合物已成為高分子材料科學(xué)與工程，以及生物工程領(lǐng)域的熱點(diǎn)之一。本文主要介紹采用生物技術(shù)進(jìn)行生物聚合物研究的最新進(jìn)展。
1生物梁合物的主要種類(lèi)與結(jié)構(gòu)
生物體內(nèi)合成的大分子物質(zhì)，均可稱(chēng)為生物聚合物，如蛋白質(zhì)、核酸、淀粉等。這里所說(shuō)的生物聚合物，是指由徽生物合成的聚醋，它是不同于蛋白質(zhì)、核酸、淀粉的一類(lèi)新的天然高分子物質(zhì)。徽生物合成的聚醋，因既具有生物可降解性，又具有通用高分子材料的可加工性而受到人們的關(guān)注。這種由徽生物合成的聚醋，統(tǒng)稱(chēng)為聚經(jīng)墓鏈烷酸醋(氏lyhydroxyalkanoate，簡(jiǎn)稱(chēng)PHA)，許多細(xì)菌都能在體內(nèi)合成和積累PHA.在細(xì)菌細(xì)胞缺乏營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)時(shí)，將水解PHA以攝取養(yǎng)料.現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)百余種細(xì)菌具有合成和積累PHA的功能，并已從20多種細(xì)菌中克隆出了PHA合成醉的結(jié)構(gòu)基因。最近又發(fā)現(xiàn)合成與積累PHA的細(xì)菌可分為兩組，一組以八女口左矛陰es翻tr’功hus為代表，主要合成C:~CS單體單元的短鏈PHA;另一組以尸，-己動(dòng)”洲a，。醞卯俐二，為代表，可合成具有C‘~cl‘的中等鏈長(zhǎng)的PHA單元。PHA實(shí)際上包括一系列的聚酷，最常見(jiàn)的聚醋與它們的結(jié)構(gòu)如下:甲墓側(cè)鏈聚經(jīng)墓T酸醋[Poly(卜hydroxybutyrate)，pHB〕（圖略）這種結(jié)構(gòu)特征有利于A在環(huán)境中的降解證明，PHA能被環(huán)境中廣泛存在的某些細(xì)菌所降解.這些細(xì)菌可分泌出PHA的解菜I或水解醉。
2PHA的生物合成
在限載而碳像充足的條件下，許多好暇或厭氧菌都可合成和積爪亞徽米大小、由PHA（圖略）一般情況下，PHB在細(xì)胞中積爪約為細(xì)胞干t的0%一30%，在限載情況下，一些A-:璐必“‘盯和月以‘a(chǎn)ligen毋s菌株可積爪自身干!90%的PHB.對(duì)PH舊的生物合成過(guò)程的研究表明，Pl王B的“建筑塊”是乙隴一輔醉A，并以圖5和圖6的途徑進(jìn)行合成。合成的PH衛(wèi)分子t的大小取決于細(xì)曹的種類(lèi)，也與分離方法有關(guān).若分離方法沮和，如用溶荊萃取，或直接分離出天然的PHB東粒，則可獲得高分子t的PHB，分子t可從10萬(wàn)至上百萬(wàn)，甚至更高.研究還表明，在一個(gè)PHB碩位中，往往包含，幾千個(gè)PHB分子，并發(fā)現(xiàn)在可合成PHB細(xì)，的一個(gè)細(xì)胞內(nèi)，至少有1800。個(gè)PHB聚合醉分子，而且在PHB的積累過(guò)程中始終保持著這一數(shù)量在限氮、限磷培養(yǎng)基中加入有萄精和丙酸，A女口左g翻esotroPhu，菌可合成和積累PH-BV.PHBV中的HB對(duì)HV的單體比可用有萄糖對(duì)丙酸的比率加以調(diào)節(jié)，而PHBV的機(jī)械性能和熱塑性直接依賴(lài)于聚醋中HB和HV的比例。
3生物技術(shù)
在PHA合成中的應(yīng)用生物聚合物將成為下世紀(jì)重要的工業(yè)材料，PHA的大規(guī)模生產(chǎn)就成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)而迫切需要解決的首要間題。為了提高細(xì)菌對(duì)PHA的合成能力，80年代后期，科學(xué)界已逐漸開(kāi)始采用徽生物技術(shù)，用基因工程的方法解決這一問(wèn)題，其過(guò)程（圖略）由PHB的生物合成過(guò)程可知，該過(guò)程涉及到3種醉:卜酮硫解醉，乙酞乙酞一輔醉A，PHB合成酶。這3種酶是使合成PHB得以實(shí)現(xiàn)的生物催化劑。即是說(shuō)，在合成PHB細(xì)菌的染色體DNA上存在著對(duì)應(yīng)于這3種醉的基因。日本的T.Yamane等人已從尸ara~，d活月泣七嘆方“n:菌中克隆出這3種基因，分別表示為PhbA，PhbB和Ph掃C，并分析了這3種基因的核昔酸順序，確定了3種墓因所編碼的醉的氛墓酸組成及分子（圖略）對(duì)醉結(jié)構(gòu)的分析表明，來(lái)像于尸a、~。J胡it八fiea。中的戶(hù)陰硫解陣與乙曦乙跳一輔醉A與來(lái)自其他菌種的這兩種醉有，較高的氮基破同像性，同探性分別為“.7%與74.0%.對(duì)PhbA和phbB基因的結(jié)構(gòu)及表達(dá)研究表明，在重組的大腸桿菌中滬劫峨和州幼B墓因能同時(shí)被轉(zhuǎn)錄，而且只能在PhbA墓因的上游檢側(cè)到啟動(dòng)子活性，因而斷定這兩個(gè)墓因形成了一個(gè)操縱子.phbC基因則與戶(hù)肋A和PhbB墓因操縱子間隔10kb的核昔破.戶(hù)艦(墓因的開(kāi)放閱讀框架前是一段啟動(dòng)子序列和一核搶體結(jié)合位點(diǎn)，開(kāi)放閱讀框架之后是轉(zhuǎn)錄終止子。對(duì)PhbC墓因表達(dá)的研究，是將啟動(dòng)子、Ph掃C開(kāi)放閱讀框架和終止子的整個(gè)系統(tǒng)擂人一高拷貝、且具有廣泛宿主菌適應(yīng)性的載體，再導(dǎo)進(jìn)尸，J翻.戊命。。，，結(jié)果使，體內(nèi)積早的PHAt有較大幅度獷提高.如以正一戊醉為原料，積早的PHA的t是原始出發(fā)菌的2.4倍。在基因工程中，提高外撅墓因表達(dá)水平的方法很多，較常用的是選排強(qiáng)的啟動(dòng)子，提商羞因的轉(zhuǎn)錄水平，從而提高墓因表達(dá)產(chǎn)物的產(chǎn)t。日本N.Toyoda等人為了提高PHB合成相關(guān)基因在光自養(yǎng)型菌種偽“”砧叫州a中的表達(dá)水平，提高PHB的產(chǎn)t，首先用啟動(dòng)子探針型穿梭質(zhì)粒從光自養(yǎng)型細(xì)菌勿.echococcoPcc7942中克隆出了強(qiáng)啟動(dòng)子，用該強(qiáng)啟動(dòng)子與戶(hù)肋A，PhbB和Ph掃C，以及合適的克隆載體進(jìn)行了體外，組，再將盆組體導(dǎo)入偽口，砧配才叮匆，構(gòu)建了墓因工程菌，希望戶(hù)劫叭，Ph五B和Ph夕C墓因能在其中高拷貝表達(dá)，產(chǎn)生更多的PHB合成醉，合成出更多的P婦舊.日本K.Kataoka等則致力于尋找可高拷貝復(fù)制的質(zhì)粒，他們從足阿“爪拍昭“:sP.MA4篩選出pMA4質(zhì)粒，采用電沖擊法將pMA4導(dǎo)入匆”ech~，sP.MA19藺株，發(fā)現(xiàn)pMA4在.勺月echococc“:sP.MA19中的拷貝數(shù)達(dá)300以上.若以這種高拷貝質(zhì)位做毅體，嵌人與PHB合成相關(guān)的3種墓因，再克隆進(jìn)入MA19菌株，就可能使PHB的產(chǎn)t有較大幅度的提高。奧地利維也納大學(xué)的科學(xué)家們?cè)谝攒跻蚬こ讨凶畛Ｒ?jiàn)的大腸桿菌為宿主，，組建能合成PHB的基因工程菌的同時(shí)，在重組體中還引人了曦菌體的熱教溶解簽因，使細(xì)菌易裂解而自動(dòng)釋放出PHB，大大簡(jiǎn)化了提取時(shí)所要求的苛刻條件和過(guò)程.也降低了成本。
4PHB解二研究
在對(duì)Pl犯合成醉進(jìn)行研究的同時(shí)，對(duì)PHB解瑯醉和水解醉也進(jìn)行了研究.日本T.Tan業(yè)等人從湖水中篩選出對(duì)PHB有解獲作用的菌株，從該菌中分離出PHB解聚酶。醉的分子量約為50000，最適作用pH為9.0，溫度37℃，可將PHB分解成3一經(jīng)基丁酸的單體或二聚體。然后又以粘性質(zhì)粒pWE15為載體，以大腸桿菌為宿主菌，從c.acid例Ora二:YM1609中克隆出PHB解聚酶基因。該塞因約由2.9kb核昔酸組成。由轉(zhuǎn)化菌中獲得的PHB解聚酶與出發(fā)菌c.acid門(mén)oransYM16o生的PHB解聚醉在分子量、醉比活性和底物專(zhuān)一性上都十分相似。日本的M.Nojiri和K.Kasuya等分別采用基因工程技術(shù)，對(duì)來(lái)自Alcalig翻esfaecalisTl中的PHB解聚酶基因進(jìn)行研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，PHB解聚酶基因編碼著488個(gè)氨基酸，其中包含著一段由27個(gè)氮基酸殘墓組成的信號(hào)肚.酶結(jié)構(gòu)上存在著兩個(gè)功能區(qū)，一個(gè)是起催化作用的區(qū)域;另一個(gè)是與底物相結(jié)合的區(qū)域。通過(guò)定位突變，確定了酶的活性中心為位于膚鏈上的第139位的絲氮酸。另外，由第51位和95位半膚氨酸構(gòu)成的雙硫鍵在維持酶的生物活性所具有的構(gòu)象中起重要作用.PHB水解酶在PHB的生物降解中同樣具有重要的作用。日本K.Zhang等已從尸。-己俐，a:sp.Al中同時(shí)分離出PHB解聚酶與水解酶。水解酶能將PHB水解成D(一)一3一經(jīng)基丁酸醋的低聚物。該酶的分子量為72000，作用pH為7.0~8.5.克隆該酶基因并做基因結(jié)構(gòu)分析后發(fā)現(xiàn)，該酶基因的開(kāi)放閱讀框架由2112個(gè)核昔酸組成。M.Shiraki等則從Alcali-gene，faecalisTl中分離出與從尸seudomonassP.Al中發(fā)現(xiàn)的相同功能的PHB水解酶基因，基因長(zhǎng)3kb，位于PHB解聚酶基因的下游，酶的分子量為70000.
5PHA共聚醋的聚集態(tài)結(jié)構(gòu)與生物降解性的關(guān)系
PHB是可生物降解的生物聚合物，但其生物降解仍受許多因素的影響。無(wú)論是采用PHB解聚酶，還是在天然降解環(huán)境，如活性污泥、堆肥、土壤中的降解均表明，其固體形態(tài)對(duì)這種可部分結(jié)晶的生物聚醋的降解影響很大。意大利的M.Scandola在研究PHB與其他材料共混后的生物降解性時(shí)發(fā)現(xiàn)，選用不同的高聚物組分與PHB共混，可形成一系列具有不同相態(tài)的共混體，即從完全相容到完全不相容。由于PHB的結(jié)晶度很高，以PHB為主的共混體系不僅在兩組分不相容時(shí)含有PHB的晶相，而且當(dāng)兩組分在融體狀態(tài)下完全相容，且共混體系的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度低于室溫的情況下，仍含有晶相。因此，在大多數(shù)情況下，以PHB為主的共混體，是一多相體系。這種共混體在PHB解聚酶的作用下或是在降解環(huán)境中，會(huì)發(fā)生如下現(xiàn)象:①對(duì)于不相容體系，PHB相的生物降解取決于PHB對(duì)酶的可接近性，PHB的暴礴表面及PHB區(qū)域的連通程度是生物降解的控制性步驟。由于共混體的相組成和共混條件強(qiáng)烈影響相分布，因而對(duì)生物降解的程度與速度也有控制作用.②對(duì)于相容體系，因?yàn)镻HB與其他共混組分形成混合的無(wú)定形相(常與結(jié)晶PHB共存)，共混體的物理狀態(tài)—無(wú)論是橡膠態(tài)還是玻璃態(tài)，都對(duì)共混體的生物降解起關(guān)鍵作用。只有當(dāng)混合的無(wú)定形相是橡膠態(tài)時(shí)，才能觀察到解聚現(xiàn)象，說(shuō)明了PHB鏈段的活動(dòng)性是酶作用的必要條件。徽生物合成共聚酷P(3HB一co一4HB)的生物降解與共聚物中的3HB與4HB有關(guān)。P(3HB~c。一4HB)的結(jié)構(gòu)式是:（式略）日本J.sait。等人的研究表明，P(3HB一co一4HB)在活性污泥和海水中的生物降解性都很好.共聚醋3HB與4HB的比例不同，生物降解的程度也不同。P(3HB一co一93mol寫(xiě)4HB)的生物降解性最好，低結(jié)晶度的P(3HB一eo一14mol蠔4HB)與P(3HB一eo一41mol%4HB在25℃的活性污泥或海水中發(fā)生生物降解播要4周。在用PHB解聚醉進(jìn)行降解研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，P(3HB)的酶降解受制于薄膜的結(jié)晶度，P(3HB一co一4HB)薄膜的受破壞程度隨粉其中4HB組分的增加而增大。美國(guó)M.M.Satowski等在用顯徽觀察、廣角與小角X衍射、中子散射等方法研究PHA的形態(tài)與醉降解的關(guān)系時(shí)也指出，PHA的降解與其晶體結(jié)構(gòu)有關(guān)，而PHA的晶體結(jié)構(gòu)又受到共混與熱處理的影響。因而應(yīng)定t確定PHA的晶體結(jié)構(gòu)，以控制降解速率。日本的H.Mitom。等還通過(guò)，0Co下射線預(yù)輻照，在PHB和P(H冬HV)上引發(fā)接枝甲墓丙烯酸甲醋、2一經(jīng)乙基丙烯酸甲醋和丙烯酸。結(jié)果是:在PHB與P(HBHV)上輻照引發(fā)接枝甲基丙烯酸甲醋，會(huì)抑制其生物降解，接枝2一輕乙墓丙烯酸甲醋，會(huì)促進(jìn)生物降解.由于PHB與丙烯酸接枝后親水性大大提高，因而生物降解性比接枝2一經(jīng)乙墓丙烯酸甲醋的生物降解性還好.研究還表明，輻照引發(fā)接枝主要集中在PHB及P(HB一HV)的無(wú)定形區(qū)，生物降解也主要發(fā)生在無(wú)定形區(qū)。
篇4
關(guān)鍵詞：洋蔥假單胞菌（Pseudomonas cepacia）；聚丁二酸丁二醇酯（PBS）；脂肪酶；優(yōu)化
中圖分類(lèi)號(hào)：Q939.11+2；TQ925+.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2014）01-0184-04
Optimization of Production Conditions of the Lipase from Pseudomonas cepacia
WANG Xu-yuan，ZHANG Min，LI Cheng-tao，SHEN Ying-hui，WU Jing
（Key Laboratory of Auxiliary Chemistry & Technology for Chemical Industry， Ministry of Education， Shaanxi University of Science & Technology， Xi’an 710021， China）
Abstract： The colorimetric method of Rashid N p-nPP was used， and single factor and orthogonal experiments were applied to optimize the fermentation medium and culture conditions of Pseudomonas cepacia， in order to improve the production of lipase to improve the biodegradation rate of poly（butylene succinate）（PBS）. The results showed that the optimum medium contained 5.0 g/L rapeseed oil， 0.5 g/L yeast extract， 2.5 g/L emulsifier Tween-60， with the initial pH 8.0. The optimum culture conditions were 9% inoculation， culture temperature 35 ℃， shake rotation 130 r/min and culturing length 3 days. Under the optimum conditions， the lipase from Pseudomonas cepacia could reach 32.935 U/mL.
Key words： Pseudomonas cepacia； poly butylenes succinate （PBS）； lipase； optimization
收稿日期：2013-05-10
基金項(xiàng)目：陜西科技大學(xué)創(chuàng)新科研團(tuán)隊(duì)基金項(xiàng)目（TD10-01）；陜西科技大學(xué)研究生創(chuàng)新基金項(xiàng)目
作者簡(jiǎn)介：王旭愿（1990-），女，陜西西安人，在讀碩士研究生，研究方向?yàn)槲⑸锝到飧叻肿硬牧希娫挘?5309242538（電子信箱）
。
眾所周知，大多數(shù)的傳統(tǒng)塑料難以降解，且不易回收利用，其造成的環(huán)境污染引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注[1，2]。因此，人們投入了大量的精力去研究開(kāi)發(fā)可生物降解的環(huán)境友好型材料，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）具有良好的生物降解性和力學(xué)性能，因而受到了極大的關(guān)注[3-6]。PBS廢棄后，在土壤微生物的作用下，可降解為低分子量物質(zhì)，最終降解為對(duì)環(huán)境無(wú)污染的CO2和H2O[7]。在PBS的生物降解過(guò)程中，雖然其行為是由微生物主導(dǎo)，但直接起降解作用的是微生物代謝過(guò)程中所產(chǎn)生的脂肪酶，即在脂肪酶的作用下，PBS主鏈中的酯鍵發(fā)生水解斷裂進(jìn)而發(fā)生降解[8]。因此，提高微生物代謝生產(chǎn)脂肪酶的能力對(duì)于促進(jìn)PBS降解，提高PBS降解速度有著十分重要的作用。
本研究是從洋蔥假單胞菌出發(fā)，對(duì)1株代謝脂肪酶的菌株進(jìn)行了培養(yǎng)基和發(fā)酵條件的優(yōu)化，以提高其可降解PBS脂肪酶的代謝產(chǎn)量和活力，為后續(xù)微生物降解PBS基共聚物的研究提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
1 材料與方法
1.1 菌種
試驗(yàn)于2012年12月至2013年3月在陜西科技大學(xué)教育部輕化工助劑化學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。洋蔥假單胞菌（Pseudomonas cepacia）由本實(shí)驗(yàn)室自主分離篩選并鑒定保存。
1.2 培養(yǎng)基
菌種保存培養(yǎng)基：牛肉膏 0.3 g、蛋白胨 0.5 g、NaCl 0.5 g、瓊脂2 g、蒸餾水100 mL、pH 7.0。
菌種活化培養(yǎng)基：牛肉膏 0.3 g、蛋白胨 0.5 g、NaCl 0.5 g、蒸餾水 100 mL、pH 7.0。
基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基：菜子油 1 g、（NH4）2SO4 0.1 g、MgSO4·7H2O 0.05 g、KH2PO4 0.05 g、K2HPO4 0.05 g、蒸餾水 100 mL、pH 8.0。培養(yǎng)基于121 ℃下滅菌20 min備用。
將洋蔥假單胞菌菌種接種到斜面保存培養(yǎng)基上，于37 ℃培養(yǎng)箱中培養(yǎng)24 h，然后用接種環(huán)挑取菌體接于活化培養(yǎng)基中，置于35 ℃，130 r/min搖床上培養(yǎng)24 h后，按6%接種量接入基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基中，在250 mL錐形瓶中裝100 mL基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基，在同樣條件下培養(yǎng)48 h。
1.3 方法
1.3.1 脂肪酶活性的測(cè)定 以酶活力為檢測(cè)指標(biāo)，將培養(yǎng)48 h后的發(fā)酵液于3 000 r/min下冷凍離心分離12 min，除去菌體，取其上層清液即粗酶液，于4 ℃下保存?zhèn)溆谩２捎肦ashid N p-nPP比色法[9]測(cè)定發(fā)酵液中脂肪酶的活性。在上述條件下，每分鐘水解產(chǎn)生1 μmol對(duì)硝基苯酚所需的酶量定義為1個(gè)酶活單位（U）。
1.3.2 洋蔥假單胞菌產(chǎn)酶條件的單因素試驗(yàn) 從基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基出發(fā)，研究不同碳源、氮源、培養(yǎng)溫度、培養(yǎng)基初始pH、搖床轉(zhuǎn)速、接種量、乳化劑及乳化劑含量對(duì)洋蔥假單胞菌產(chǎn)脂肪酶的影響，并對(duì)其進(jìn)行分析比較。
1.3.3 培養(yǎng)基優(yōu)化正交試驗(yàn) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，采用L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化發(fā)酵培養(yǎng)基各組分，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素和水平見(jiàn)表1。
1.3.4 發(fā)酵條件優(yōu)化正交試驗(yàn) 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇接種量、溫度、搖床轉(zhuǎn)速和培養(yǎng)時(shí)間這4個(gè)發(fā)酵影響因素，采用L9（34）正交試驗(yàn)優(yōu)化發(fā)酵條件，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)因素和水平見(jiàn)表2。
2 結(jié)果與分析
2.1 單因素試驗(yàn)結(jié)果
2.1.1 不同碳源對(duì)洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 假單胞菌能利用的碳源種類(lèi)很多[10]，本試驗(yàn)中選取了7種物質(zhì)分別作為發(fā)酵培養(yǎng)基的惟一碳源。如圖1所示，洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的最適碳源為菜子油，以菜子油為碳源時(shí)洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性最高，并且在3組平行試驗(yàn)中，脂肪酶活性相差不大，說(shuō)明以菜子油為碳源時(shí)洋蔥假單胞菌產(chǎn)酶量及酶活性較高且相對(duì)穩(wěn)定，所以確定采用菜子油作為發(fā)酵培養(yǎng)基的碳源。
2.1.2 不同氮源對(duì)洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 氮素對(duì)微生物的生長(zhǎng)發(fā)育有著重要意義，微生物利用氮素在細(xì)胞內(nèi)合成氨基酸和堿基，進(jìn)而合成蛋白質(zhì)、核酸等細(xì)胞成分[10]。從圖2可以看出，以酵母膏為氮源時(shí)，洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性最高，而其他7種物質(zhì)作為氮源時(shí)，酶活性均低于酵母膏為氮源時(shí)的酶活性，所以采用酵母膏作為洋蔥假單胞菌發(fā)酵培養(yǎng)基的氮源。
2.1.3 不同培養(yǎng)溫度對(duì)洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 培養(yǎng)溫度的變化能夠影響微生物體內(nèi)許多生化反應(yīng)，從圖3中可以看出，洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性隨溫度的升高呈先增加后減小的趨勢(shì)，在培養(yǎng)溫度為35 ℃時(shí)脂肪酶活性達(dá)到最高。說(shuō)明在培養(yǎng)溫度較低時(shí)，微生物生長(zhǎng)緩慢，其新陳代謝作用所分泌的胞外脂肪酶量較小，而當(dāng)培養(yǎng)溫度高于最適培養(yǎng)溫度時(shí)，微生物細(xì)胞功能急劇下降，易于衰老和死亡。
2.1.4 不同培養(yǎng)基初始pH對(duì)洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 環(huán)境的酸堿度與微生物的代謝生長(zhǎng)和產(chǎn)酶關(guān)系密切，pH影響微生物原生質(zhì)膜所帶電荷的極性和滲透性等。由圖4可知，洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性隨pH的增大呈先增加后減小的趨勢(shì)，且在培養(yǎng)基pH為8.5時(shí)活性達(dá)到最高。由此可知，洋蔥假單胞菌代謝的脂肪酶為堿性脂肪酶，這與國(guó)內(nèi)外報(bào)道相符[11，12]。
2.1.5 不同搖床轉(zhuǎn)速對(duì)洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 搖床轉(zhuǎn)速的大小直接關(guān)系到發(fā)酵液溶氧量的多少，氧含量是影響微生物生長(zhǎng)的因素之一，不同的微生物對(duì)氧的需求量不同。如圖 5所示，洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性在搖床轉(zhuǎn)速為140 r/min時(shí)活性最高，并且在3次平行試驗(yàn)中，脂肪酶活性相差不大，故其最適搖床轉(zhuǎn)速為140 r/min。隨著搖床轉(zhuǎn)速的增大，洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性呈先增加后減小的趨勢(shì)。說(shuō)明轉(zhuǎn)速過(guò)低時(shí)，通氣量小，影響菌體的生長(zhǎng)繁殖，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)難以被有效利用，而當(dāng)轉(zhuǎn)速過(guò)高時(shí)，通氣量又太大，生長(zhǎng)繁殖過(guò)快，菌體易過(guò)早進(jìn)入死亡期，產(chǎn)生的脂肪酶較少，因此脂肪酶活性差。
2.1.6 不同接種量對(duì)洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 接種量和培養(yǎng)物生長(zhǎng)過(guò)程的延緩期長(zhǎng)短呈反比[13]，一般工業(yè)上會(huì)采用較大的接種量來(lái)縮短延緩期。增加接種量，實(shí)際上是利用生物的一種群體效應(yīng)，即通過(guò)種內(nèi)的相互關(guān)系（如種內(nèi)互助），使之更快地適應(yīng)新環(huán)境，縮短生長(zhǎng)過(guò)程的延緩期，從而縮短發(fā)酵周期。如圖6所示，隨著發(fā)酵瓶中接種量的增大，洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性呈先增加后減小的趨勢(shì)。洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性在接種量為9%時(shí)最高。在接種量較小時(shí)，微生物發(fā)酵周期較長(zhǎng)，脂肪酶的產(chǎn)率較低；當(dāng)接種量高于最適接種量時(shí)，菌絲密集，空間與資源相對(duì)匱乏，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不能滿足菌體的生長(zhǎng)需要，導(dǎo)致菌體代謝過(guò)程受阻，從而不利于微生物發(fā)酵產(chǎn)酶。
2.1.7 不同乳化劑對(duì)洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 乳化劑即表面活性劑，可以改善微生物細(xì)胞膜的通透性，使脂肪酶易于分泌到細(xì)胞外[11]，因此合適的乳化劑可提高生物的產(chǎn)酶量。從圖7中可以看出，不同乳化劑對(duì)洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的影響不同。向洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的培養(yǎng)體系中分別添加Tween-60、Tween-80、明膠、Trinton X-100、阿拉伯膠、橄欖油乳化劑及Tween-60與Span-80按質(zhì)量比1∶1復(fù)配而成的乳化劑時(shí)，可以不同程度地使脂肪酶活性增加且更加穩(wěn)定，其中Tween-60對(duì)其促進(jìn)作用最大。添加Span-80和十二烷基磺酸鈉時(shí)，對(duì)脂肪酶則表現(xiàn)為抑制作用。
2.1.8 乳化劑含量對(duì)洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加不同濃度的非離子表面活性劑Tween-60來(lái)提高細(xì)胞膜的通透性，如圖8所示，在一定范圍內(nèi)添加乳化劑Tween-60，脂肪酶活性比未添加的對(duì)照有較大的提高。當(dāng)添加量低于0.30%時(shí)，脂肪酶活性隨添加量質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加而提高，在0.30%時(shí)達(dá)到最大；當(dāng)繼續(xù)加大Tween-60用量時(shí)，脂肪酶活性開(kāi)始出現(xiàn)下降，這可能是大劑量的Tween-60對(duì)菌體產(chǎn)生了一定的毒害，影響微生物的正常代謝活動(dòng)及產(chǎn)酶。
2.2 正交試驗(yàn)結(jié)果
2.2.1 基礎(chǔ)發(fā)酵培養(yǎng)基主要成分正交試驗(yàn)結(jié)果 根據(jù)單因素試驗(yàn)結(jié)果，選擇菜子油為碳源，酵母膏為氮源，Tween-60為乳化劑，培養(yǎng)基正交試驗(yàn)優(yōu)化結(jié)果見(jiàn)表3。通過(guò)直觀分析可知，影響洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的因素從大到小依次是A、C、B、D，即作為碳源的菜籽油對(duì)洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性影響最大，其次是乳化劑，培養(yǎng)基初始pH影響最小，最優(yōu)組合為A1B1C1D1，即菜子油5.0 g/L，酵母膏0.5 g/L，乳化劑Tween-60 2.5 g/L，培養(yǎng)基初始pH 8.0。
2.2.2 發(fā)酵條件正交試驗(yàn)結(jié)果 發(fā)酵條件正交試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。通過(guò)直觀分析可知，影響洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的因素從大到小依次是H、E、G、F，即培養(yǎng)時(shí)間對(duì)脂肪酶活性影響最大，接種量次之，培養(yǎng)溫度對(duì)酶活性的影響最小，所以選擇脂肪酶活性最高的培養(yǎng)條件為接種量9%，培養(yǎng)溫度35 ℃，搖床轉(zhuǎn)速130 r/min，培養(yǎng)時(shí)間3 d，即E2F2G1H1。
3 小結(jié)
以洋蔥假單胞菌為出發(fā)菌株，通過(guò)單因素和正交試驗(yàn)，得到洋蔥假單胞菌生產(chǎn)脂肪酶的最優(yōu)培養(yǎng)基組成為菜子油5.0 g/L、酵母膏0.5 g/L、MgSO4·7H2O 0.5 g/L、KH2PO4 0.5 g/L、K2HPO4 0.5 g/L、乳化劑Tween-60 2.5 g/L，pH 8.0。最佳培養(yǎng)條件為接種量9%、培養(yǎng)溫度35 ℃、搖床轉(zhuǎn)速130 r/min，發(fā)酵培養(yǎng)3 d。在此條件下，脂肪酶活性可達(dá)32.935 U/mL。同時(shí)，從發(fā)酵條件正交試驗(yàn)結(jié)果可以看出，適當(dāng)延長(zhǎng)培養(yǎng)時(shí)間對(duì)脂肪酶活力影響不大，但培養(yǎng)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)則會(huì)導(dǎo)致部分菌體絲自溶，培養(yǎng)基變黏稠，不利于脂肪酶的產(chǎn)生。
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篇5
論文摘要：目前應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)中的納米材料的主要類(lèi)型有納米碳材料、納米高分子材料、納米復(fù)合材料等。納米材料在生物醫(yī)學(xué)的許多方面都有廣泛的應(yīng)用前景。
1應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)中的納米材料的主要類(lèi)型及其特性
1.1納米碳材料
納米碳材料主要包括碳納米管、氣相生長(zhǎng)碳纖維也稱(chēng)為納米碳纖維、類(lèi)金剛石碳等。
碳納米管有獨(dú)特的孔狀結(jié)構(gòu)［1］，利用這一結(jié)構(gòu)特性，將藥物儲(chǔ)存在碳納米管中并通過(guò)一定的機(jī)制激發(fā)藥物的釋放，使可控藥物變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。此外，碳納米管還可用于復(fù)合材料的增強(qiáng)劑、電子探針（如觀察蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的AFM探針等）或顯示針尖和場(chǎng)發(fā)射。納米碳纖維通常是以過(guò)渡金屬Fe、Co、Ni及其合金為催化劑，以低碳烴類(lèi)化合物為碳源，氫氣為載體，在873 K～1473 K的溫度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中有廣泛的應(yīng)用前景。類(lèi)金剛石碳（簡(jiǎn)稱(chēng)DLC）是一種具有大量金剛石結(jié)構(gòu)C—C鍵的碳?xì)渚酆衔铮梢酝ㄟ^(guò)等離子體或離子束技術(shù)沉積在物體的表面形成納米結(jié)構(gòu)的薄膜，具有優(yōu)秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。資料報(bào)道，與其他材料相比，類(lèi)金剛石碳表面對(duì)纖維蛋白原的吸附程度降低，對(duì)白蛋白的吸附增強(qiáng)，血管內(nèi)膜增生減少，因而類(lèi)金剛石碳薄膜在心血管臨床醫(yī)學(xué)方面有重要的應(yīng)用價(jià)值。
1.2納米高分子材料
納米高分子材料，也稱(chēng)高分子納米微粒或高分子超微粒，粒徑尺度在1 nm～1000 nm范圍。這種粒子具有膠體性、穩(wěn)定性和優(yōu)異的吸附性能，可用于藥物、基因傳遞和藥物控釋載體，以及免疫分析、介入性診療等方面。
1.3納米復(fù)合材料
目前，研究和開(kāi)發(fā)無(wú)機(jī)—無(wú)機(jī)、有機(jī)—無(wú)機(jī)、有機(jī)—有機(jī)及生物活性—非生物活性的納米結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是獲得性能優(yōu)異的新一代功能復(fù)合材料的新途徑，并逐步向智能化方向發(fā)展，在光、熱、磁、力、聲［2］等方面具有奇異的特性，因而在組織修復(fù)和移植等許多方面具有廣闊的應(yīng)用前景。國(guó)外已制備出納米ZrO2增韌的氧化鋁復(fù)合材料，用這種材料制成的人工髖骨和膝蓋植入物的壽命可達(dá)30年之久［3］。研究表明，納米羥基磷灰石膠原材料也是一種構(gòu)建組織工程骨較好的支架材料［4］。此外，納米羥基磷灰石粒子制成納米抗癌藥，還可殺死癌細(xì)胞，有效抑制腫瘤生長(zhǎng)，而對(duì)正常細(xì)胞組織絲毫無(wú)損，這一研究成果引起國(guó)際的關(guān)注。北京醫(yī)科大學(xué)等權(quán)威機(jī)構(gòu)通過(guò)生物學(xué)試驗(yàn)證明，這種粒子可殺死人的肺癌、肝癌、食道癌等多種腫瘤細(xì)胞。
此外，在臨床醫(yī)學(xué)中，具有較高應(yīng)用價(jià)值的還有納米陶瓷材料，微乳液等等。
2納米材料在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用中的前景
2.1用納米材料進(jìn)行細(xì)胞分離
利用納米復(fù)合體性能穩(wěn)定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應(yīng)的特性進(jìn)行細(xì)胞分離在醫(yī)療臨床診斷上有廣闊的應(yīng)用前景。20世紀(jì)80年代后，人們便將納米SiO2包覆粒子均勻分散到含有多種細(xì)胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，使所需要的細(xì)胞很快分離出來(lái)。目前，生物芯片材料已成功運(yùn)用于單細(xì)胞分離、基因突變分析、基因擴(kuò)增與免疫分析（如在癌癥等臨床診斷中作為細(xì)胞內(nèi)部信號(hào)的傳感器［5］）。倫敦的兒科醫(yī)院、挪威工科大學(xué)和美國(guó)噴氣推進(jìn)研究所利用納米磁性粒子成功地進(jìn)行了人體骨骼液中癌細(xì)胞的分離來(lái)治療病患者［6］。美國(guó)科學(xué)家正在研究用這種技術(shù)在腫瘤早期的血液中檢查癌細(xì)胞，實(shí)現(xiàn)癌癥的早期診斷和治療。
2.2用納米材料進(jìn)行細(xì)胞內(nèi)部染色
比利時(shí)的De Mey博士等人利用乙醚的黃磷飽和溶液、抗壞血酸或檸檬酸鈉把金從氯化金酸（HAuCl4）水溶液中還原出來(lái)形成金納米粒子，（粒徑的尺寸范圍是3 nm～40 nm），將金納米粒子與預(yù)先精制的抗體或單克隆抗體混合，利用不同抗體對(duì)細(xì)胞和骨骼內(nèi)組織的敏感程度和親和力的差異，選擇抗體種類(lèi)，制成多種金納米粒子—抗體復(fù)合物。借助復(fù)合粒子分別與細(xì)胞內(nèi)各種器官和骨骼系統(tǒng)結(jié)合而形成的復(fù)合物，在白光或單色光照射下呈現(xiàn)某種特征顏色（如10 nm的金粒子在光學(xué)顯微鏡下呈紅色），從而給各種組織“貼上”了不同顏色的標(biāo)簽，為提高細(xì)胞內(nèi)組織分辨率提供了各種急需的染色技術(shù)。
2.3納米材料在醫(yī)藥方面的應(yīng)用
2.3.1納米粒子用作藥物載體
一般來(lái)說(shuō)，血液中紅血球的大小為6000 nm～9000 nm，一般細(xì)菌的長(zhǎng)度為2000 nm～3000 nm［7］，引起人體發(fā)病的病毒尺寸為80 nm～100 nm，而納米包覆體尺寸約30 nm［8］，細(xì)胞尺寸更大，因而可利用納米微粒制成特殊藥物載體或新型抗體進(jìn)行局部的定向治療等。專(zhuān)利和文獻(xiàn)資料的統(tǒng)計(jì)分析表明，作為藥物載體的材料主要有金屬納米顆粒、無(wú)機(jī)非金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒和生物活性納米顆粒。
磁性納米顆粒作為藥物載體，在外磁場(chǎng)的引導(dǎo)下集中于病患部位，進(jìn)行定位病變治療，利于提高藥效，減少副作用。如采用金納米顆粒制成金溶液，接上抗原或抗體，就能進(jìn)行免疫學(xué)的間接凝聚實(shí)驗(yàn)，用于快速診斷［9］。生物降解性高分子納米材料作為藥物載體還可以植入到人體的某些特定組織部位，如子宮、陰道、口（頰、舌、齒）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。這種給藥方式避免了藥物直接被消化系統(tǒng)和肝臟分解而代謝掉，并防止藥物對(duì)全身的作用。如美國(guó)麻省理工學(xué)院的科學(xué)家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片為基礎(chǔ)，能長(zhǎng)時(shí)間配選精確劑量藥物的藥物投送系統(tǒng)，并已被批準(zhǔn)用于人體。近年來(lái)生物可降解性高分子納米粒子（NPs）在基因治療中的DNA載體以及半衰期較短的大分子藥物如蛋白質(zhì)、多肽、基因等活性物質(zhì)的口服釋放載體方面具有廣闊的應(yīng)用前景。藥物納米載體技術(shù)將給惡性腫瘤、糖尿病和老年癡呆癥的治療帶來(lái)變革。
2.3.2納米抗菌藥及創(chuàng)傷敷料
Ag+可使細(xì)胞膜上蛋白失去活性從而殺死細(xì)菌，添加納米銀粒子制成的醫(yī)用敷料對(duì)諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠濃桿菌等臨床常見(jiàn)的40余種外科感染細(xì)菌有較好抑制作用。
2.3.3智能—靶向藥物
在超臨界高壓下細(xì)胞會(huì)“變軟”，而納米生化材料微小易滲透，使醫(yī)藥家能改變細(xì)胞基因，因而納米生化材料最有前景的應(yīng)用是基因藥物的開(kāi)發(fā)。德國(guó)柏林醫(yī)療中心將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入腫瘤部位，使癌細(xì)胞部位完全被磁場(chǎng)封閉，通電加熱時(shí)溫度達(dá)到47℃，慢慢殺死癌細(xì)胞。這種方法已在老鼠身上進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)中獲得了初步成功［11］。美國(guó)密歇根大學(xué)正在研制一種僅20 nm的微型智能炸彈，能夠通過(guò)識(shí)別癌細(xì)胞化學(xué)特征攻擊癌細(xì)胞，甚至可鉆入單個(gè)細(xì)胞內(nèi)將它炸毀。
2.4納米材料用于介入性診療
日本科學(xué)家利用納米材料，開(kāi)發(fā)出一種可測(cè)人或動(dòng)物體內(nèi)物質(zhì)的新技術(shù)。科研人員使用的是一種納米級(jí)微粒子，它可以同人或動(dòng)物體內(nèi)的物質(zhì)反應(yīng)產(chǎn)生光，研究人員用深入血管的光導(dǎo)纖維來(lái)檢測(cè)反應(yīng)所產(chǎn)生的光，經(jīng)光譜分析就可以了解是何種物質(zhì)及其特性和狀態(tài)，初步實(shí)驗(yàn)已成功地檢測(cè)出放進(jìn)溶液中的神經(jīng)傳達(dá)物質(zhì)乙酰膽堿。利用這一技術(shù)可以辨別身體內(nèi)物質(zhì)的特性，可以用來(lái)檢測(cè)神經(jīng)傳遞信號(hào)物質(zhì)和測(cè)量人體內(nèi)的血糖值及表示身體疲勞程度的乳酸值，并有助于糖尿病的診斷和治療。
2.5納米材料在人體組織方面的應(yīng)用
納米材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，除上面所述內(nèi)容外還有如基因治療、細(xì)胞移植、人造皮膚和血管以及實(shí)現(xiàn)人工移植動(dòng)物器官的可能。
目前，首次提出納米醫(yī)學(xué)的科學(xué)家之一詹姆斯貝克和他的同事已研制出一種樹(shù)形分子的多聚物作為DNA導(dǎo)入細(xì)胞的有效載體，在大鼠實(shí)驗(yàn)中已取得初步成效，為基因治療提供了一種更微觀的新思路。
納米生物學(xué)的設(shè)想，是在納米尺度上應(yīng)用生物學(xué)原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機(jī)器人，也稱(chēng)納米機(jī)器人。納米機(jī)器人是納米生物學(xué)中最具有誘惑力的內(nèi)容，第一代納米機(jī)器人是生物系統(tǒng)和機(jī)械系統(tǒng)的有機(jī)結(jié)合體，這種納米機(jī)器人可注入人體血管內(nèi)，進(jìn)行健康檢查和疾病治療（疏通腦血管中的血栓，清除心臟脂肪沉積物，吞噬病菌，殺死癌細(xì)胞，監(jiān)視體內(nèi)的病變等）［12］；還可以用來(lái)進(jìn)行人體器官的修復(fù)工作，比如作整容手術(shù)、從基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安裝在基因中，使機(jī)體正常運(yùn)行或使引起癌癥的DNA突變發(fā)生逆轉(zhuǎn)從而延長(zhǎng)人的壽命。將由硅晶片制成的存儲(chǔ)器（ROM）微型設(shè)備植入大腦中，與神經(jīng)通路相連，可用以治療帕金森氏癥或其他神經(jīng)性疾病。第二代納米機(jī)器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，可以用其吞噬病毒，殺死癌細(xì)胞。第三代納米機(jī)器人將包含有納米計(jì)算機(jī)，是一種可以進(jìn)行人機(jī)對(duì)話的裝置。這種納米機(jī)器人一旦問(wèn)世將徹底改變?nèi)祟?lèi)的勞動(dòng)和生活方式。
瑞典正在用多層聚合物和黃金制成醫(yī)用微型機(jī)器人，目前實(shí)驗(yàn)已進(jìn)入能讓機(jī)器人撿起和移動(dòng)肉眼看不見(jiàn)的玻璃珠的階段［13］。
納米材料所展示出的優(yōu)異性能預(yù)示著它在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域，尤其在組織工程支架、人工器官材料、介入性診療器械、控制釋放藥物載體、血液凈化、生物大分子分離等眾多方面具有廣泛的和誘人的應(yīng)用前景。隨著納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用，臨床醫(yī)療將變得節(jié)奏更快，效率更高，診斷檢查更準(zhǔn)確，治療更有效。
參考文獻(xiàn)
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篇6
關(guān)鍵詞：有機(jī)納米材料；載體；核酸遞送；殼聚糖；聚乙烯亞胺；多聚賴(lài)氨酸；樹(shù)枝狀聚合物
中圖分類(lèi)號(hào)：Q785文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
文章編號(hào)：1002-1302（2017）22-0001-04
自1983年首次研究獲得轉(zhuǎn)基因煙草以來(lái)，植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)迅速發(fā)展，至2015年全球轉(zhuǎn)基因作物的種植面積已達(dá)到1.797億hm2。植物基因傳遞系統(tǒng)——將外源基因?qū)胫参锛?xì)胞的方法，是植物生物技術(shù)中一個(gè)最基本的技術(shù)。目前可以使用不同的方法將外源基因?qū)胫参锘蚪M中[3]。根據(jù)轉(zhuǎn)化過(guò)程中是否使用載體介導(dǎo)，通常可以分為載體介導(dǎo)轉(zhuǎn)化和直接遺傳轉(zhuǎn)化。在常用的載體介導(dǎo)轉(zhuǎn)基因方法中，農(nóng)桿菌介導(dǎo)是最廣泛使用的轉(zhuǎn)化手段；基因槍法是另一種常用的轉(zhuǎn)基因手段，但是轉(zhuǎn)化率較低、會(huì)產(chǎn)生大量嵌合體等問(wèn)題是限制其使用的主要瓶頸。將植物細(xì)胞酶解去壁后獲得原生質(zhì)體再進(jìn)行遺傳轉(zhuǎn)化，也是一類(lèi)常用的轉(zhuǎn)基因方法，但原生質(zhì)體再生完整植株的難度較大、穩(wěn)定性差的特點(diǎn)限制了這種方法在植物轉(zhuǎn)基因中的廣泛應(yīng)用。針對(duì)上述植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的局限，研發(fā)新的轉(zhuǎn)基因方法和挖掘新的基因載體成為現(xiàn)代基因工程研究中的熱點(diǎn)，業(yè)界期待著植物轉(zhuǎn)基因新理論和新技術(shù)的突破，來(lái)促進(jìn)植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。相對(duì)于源自病毒基因改造的遺傳轉(zhuǎn)化載體，基于納米材料構(gòu)建的載體具有制備容易、穩(wěn)定性好、容易修飾、生物和環(huán)境安全性高等優(yōu)點(diǎn)，因此納米生物技術(shù)已成為劃時(shí)代、跨學(xué)科的研究重點(diǎn)[4]。
根據(jù)納米材料的組成，可分為無(wú)機(jī)納米材料和有機(jī)高分子納米材料，其中無(wú)機(jī)納米材料用作植物轉(zhuǎn)基因載體開(kāi)展得較早，已有較多介紹。本文重點(diǎn)介紹有機(jī)納米材料載體轉(zhuǎn)基因技術(shù)的特點(diǎn)，并結(jié)合其在植物基因轉(zhuǎn)化研究中的應(yīng)用實(shí)例闡述這些方法的優(yōu)點(diǎn)及存在的問(wèn)題，詳見(jiàn)表1。
1天然高分子納米基因載體
1.1殼聚糖（chitosan，簡(jiǎn)稱(chēng)CS）
殼聚糖是廣泛分布于甲殼類(lèi)動(dòng)物、昆蟲(chóng)和真菌細(xì)胞壁中的甲殼質(zhì)在堿作用下脫乙酰化后得到的氨基多糖。Mulligan等首次利用殼聚糖為載體把外源DNA運(yùn)輸?shù)讲溉閯?dòng)物細(xì)胞內(nèi)，殼聚糖納米載體由于來(lái)源天然、生物相容性好、可生物降解、可溶性強(qiáng)、無(wú)毒等特點(diǎn)，在生物醫(yī)學(xué)上成為研究較多的天然高分子納米基因載體系統(tǒng)[5-6]。
在植物轉(zhuǎn)基因研究中，殼聚糖納米載體的研究處于剛剛起步階段。宋瑜等用殼聚糖為基因載體，制備了CS/DNA納米復(fù)合物，直接將綠色熒光蛋白基因（簡(jiǎn)稱(chēng)GFP）轉(zhuǎn)化到擬南芥原生質(zhì)體中，但轉(zhuǎn)化效率很低，而且對(duì)細(xì)胞有毒害作用[7]。王鳳華等用交聯(lián)法制備了殼聚糖納米顆粒，通過(guò)靜電作用吸附質(zhì)粒DNA后，用基因槍法轉(zhuǎn)化洋蔥細(xì)胞，觀察到有8%的細(xì)胞轉(zhuǎn)化成功并表達(dá)目的基因[8]。Wang等通過(guò)靜電吸附作用將CS/DNA納米顆粒和硒化鎘量子點(diǎn)（簡(jiǎn)稱(chēng)QDs）納米顆粒連接起來(lái)，制備了CS/DNA—QDs復(fù)合納米顆粒[9]。這種復(fù)合納米顆粒對(duì)外源基因具有顯著的酶切保護(hù)作用，并實(shí)現(xiàn)了GFP轉(zhuǎn)載基因在麻瘋樹(shù)細(xì)胞內(nèi)的表達(dá)。
從上述研究結(jié)果來(lái)看，殼聚糖納米載體在植物細(xì)胞中的轉(zhuǎn)化效率較低，對(duì)去壁的植物細(xì)胞原生質(zhì)體有一定的毒性。但殼聚糖作為一類(lèi)天然的高分子聚合物，可以對(duì)其進(jìn)行化學(xué)和生物學(xué)的修飾來(lái)提高它在生理溶液中的穩(wěn)定性、基因轉(zhuǎn)移的特異性和在細(xì)胞內(nèi)逃逸的能力。殼聚糖被開(kāi)發(fā)成為一類(lèi)環(huán)境友好的新型植物基因工程介導(dǎo)物質(zhì)具有較好的前景。
1.2淀粉
淀粉是一類(lèi)價(jià)格便宜、產(chǎn)量豐富、可再生的天然材料，通過(guò)物理、化學(xué)或者酶解的方法可以大大改善它的性能。在醫(yī)藥領(lǐng)域，淀粉常被用作填充劑，由于它具有生物相容性和生物可降解性，也常被用作藥物和基因載體系統(tǒng)。Xiao等利用反向微乳液法合成多聚賴(lài)氨酸-淀粉納米顆粒，在乳腺癌細(xì)胞中成功地進(jìn)行了轉(zhuǎn)化試驗(yàn)[10]。Liu等研究表明，在利用超聲波介導(dǎo)的基因轉(zhuǎn)移試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，多聚賴(lài)氨酸淀粉納米基因載體能夠保護(hù)DNA，使其不受超聲波的影響，而裸露的DNA則會(huì)被超聲波破壞[11]。Liu等在超聲波的作用下，用多聚賴(lài)氨酸淀粉納米顆粒將含有綠色熒光蛋白的質(zhì)粒轉(zhuǎn)入到盾葉薯蕷和水稻懸浮細(xì)胞中并實(shí)現(xiàn)了表達(dá)[12]。Wang等利用反向微乳液法合成磁性淀粉納米顆粒，包封多聚賴(lài)氨酸，連接異硫氰酸熒光素（簡(jiǎn)稱(chēng)FITC），得到了既有熒光標(biāo)記、又有磁性的雙功能淀粉納米顆粒，有望成為一種新型的基因載體[13]。
1.3細(xì)胞穿膜肽（cell-penetratingpeptides，簡(jiǎn)稱(chēng)CPPs）
細(xì)胞穿膜肽是一大類(lèi)由10～30個(gè)氨基酸組成的短肽，具有很強(qiáng)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)能力，能夠攜帶多種活性物質(zhì)進(jìn)入細(xì)胞，而且可以導(dǎo)入幾乎所有的細(xì)胞中[14]。由于細(xì)胞穿膜肽具有很強(qiáng)的跨膜轉(zhuǎn)運(yùn)能力，對(duì)細(xì)胞膜不會(huì)產(chǎn)生永久性損傷，在一定濃度范圍內(nèi)對(duì)宿主細(xì)胞無(wú)毒害作用。因此，細(xì)胞穿膜肽作為一種新型的藥物輸送工具和基因治療的載體引起人們極大的關(guān)注和廣泛的使用[15]。
在植物基因運(yùn)載方面，近幾年Lakshmanan等利用細(xì)胞穿膜肽載體分別將質(zhì)粒DNA、dsRNA、dsDNA用注射滲透法轉(zhuǎn)化煙草和擬南芥的葉片，可以實(shí)現(xiàn)外源基因在植物細(xì)胞內(nèi)的瞬間表達(dá)或者快速、高效誘導(dǎo)基因沉默[16-18]。最近，Chuah等用含有線粒體定位肽的陽(yáng)離子聚合物結(jié)合質(zhì)粒DNA，單獨(dú)或者同細(xì)胞穿膜肽再結(jié)合，用注射滲透法轉(zhuǎn)化擬南芥葉片，孵育12h后，報(bào)告基因能夠在擬南芥葉片表皮細(xì)胞的線粒體中表達(dá)[19]。從已有的研究報(bào)道可見(jiàn)，細(xì)胞穿膜肽作為基因載體可將質(zhì)粒DNA、dsRNA、dsDNA轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入完整的植物細(xì)胞或者某個(gè)特定的細(xì)胞器中并表達(dá)。未來(lái)經(jīng)過(guò)優(yōu)化和提高其轉(zhuǎn)化率后，細(xì)胞穿膜肽這類(lèi)信號(hào)肽類(lèi)的載體有望成為又一類(lèi)新興的植物轉(zhuǎn)基因載體，但其入胞機(jī)制特別是如何穿過(guò)植物細(xì)胞壁還值得進(jìn)一步研究。
2合成的高分子納米基因載體
除了利用天然高分子材料制備納米基因載體之外，用人工合成的高分子材料制備納米基因載體更具優(yōu)勢(shì)，合成和制備相對(duì)容易、經(jīng)濟(jì)，并且能夠規(guī)模化生產(chǎn)。目前在植物基因轉(zhuǎn)化中使用較多的由合成高分子材料制備的納米載體包括聚乙烯亞胺（polyethylenimine，簡(jiǎn)稱(chēng)PEI）、多聚賴(lài)氨酸（poly-L-lyine，簡(jiǎn)稱(chēng)PLL）和樹(shù)枝狀聚合物。
2.1聚乙烯亞胺
聚乙烯亞胺是一種常用的陽(yáng)離子聚合物，是動(dòng)物細(xì)胞轉(zhuǎn)基因中常用的體外或體內(nèi)非病毒基因載體，主要以分支狀或線狀結(jié)構(gòu)形式存在[20]。分支狀聚乙烯亞胺含有伯胺、仲胺、叔胺，線狀聚乙烯亞胺主要含有仲胺。這些氨基基團(tuán)使分支狀聚乙烯亞胺在較寬pH值范圍內(nèi)具有緩沖能力，即所謂的“質(zhì)子海綿效應(yīng)”，PEI/DNA復(fù)合物被細(xì)胞內(nèi)吞后，引起外源質(zhì)子內(nèi)流，隨后水分大量涌入導(dǎo)致內(nèi)吞囊泡裂解、釋放出的PEI/DNA復(fù)合物穿過(guò)核膜進(jìn)入細(xì)胞核，通過(guò)這個(gè)過(guò)程完成基因轉(zhuǎn)染[21-22]。由于PEI本身對(duì)動(dòng)物細(xì)胞有一定的毒害作用，最近主要通過(guò)使用交聯(lián)低分子量PEI或者將低分子量PEI和生物可分解的陰離子基團(tuán)結(jié)合起來(lái)的方法來(lái)減少PEI載體對(duì)細(xì)胞的毒性，提高轉(zhuǎn)染率[23]。在用于植物基因轉(zhuǎn)染方面，Ying等以PEI（分子量25000）為載體介導(dǎo)含有綠色熒光蛋白的質(zhì)粒在擬南芥原生質(zhì)體中瞬間表達(dá)，轉(zhuǎn)化率達(dá)到65%[24]。但PEI是否能進(jìn)入有壁的植物細(xì)胞以及進(jìn)入植物原生質(zhì)體的機(jī)制尚有待進(jìn)一步研究。
2.2多聚賴(lài)氨酸
多聚賴(lài)氨酸是一種以賴(lài)氨酸分子為重復(fù)單元的線狀多肽結(jié)構(gòu)，它最大的優(yōu)點(diǎn)是易于對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，因此常被用作修飾物結(jié)合到其他納米材料的表面[25]。在生理?xiàng)l件下，多聚賴(lài)氨酸中的氨基被質(zhì)子化，能與DNA通過(guò)靜電作用結(jié)合，多聚賴(lài)氨酸與DNA能以不同的比例相結(jié)合，相應(yīng)形成從50nm到700nm不同尺寸的微粒。由于多聚賴(lài)氨酸缺少等電點(diǎn)處于5～7之間的氨基基團(tuán)，利用多聚賴(lài)氨酸作為基因載體時(shí)，須要額外提供輔助因子如加入融合肽或氯喹，以促使溶酶體或內(nèi)吞體裂解。在植物中尚未見(jiàn)將多聚賴(lài)氨酸單獨(dú)用作基因載體的報(bào)道，多是將其修飾在其他納米材料表面用于結(jié)合質(zhì)粒DNA[19，26]。
2.3樹(shù)枝狀聚合物
樹(shù)枝狀聚合物指的是一類(lèi)以?xún)?nèi)核分子為中心，延伸出許多具有樹(shù)枝狀高度分枝結(jié)構(gòu)的球形分子，常用的包括聚乙二胺、聚乙烯亞胺和聚酰胺樹(shù)枝狀聚合物[27]。其中，聚酰胺樹(shù)枝狀聚合物（polyamidoaminedendrimers，簡(jiǎn)稱(chēng)PAMAM）由于容易合成，也容易得到市售產(chǎn)品，成為一類(lèi)廣泛使用的基因運(yùn)送聚合物載體。PAMAM的基本特點(diǎn)是分散指數(shù)較低，容易形成球形，不飽和雙鍵數(shù)量多，表面功能特性易于控制等。樹(shù)枝狀聚合物通常是通過(guò)分支末端帶正電荷的基團(tuán)和DNA帶負(fù)電荷的磷酸基團(tuán)之間的靜電作用相互結(jié)合，形成直徑約為50nm的DNA-樹(shù)枝狀多聚復(fù)合物，能夠保護(hù)DNA免受核酸酶的降解作用。在植物轉(zhuǎn)基因研究中，Pasupathy等曾使用PAMAM將綠色熒光蛋白的質(zhì)粒導(dǎo)入草坪草的愈傷組織細(xì)胞中，轉(zhuǎn)化率可以達(dá)到48.5%[28]。
3高分子納米載體的入胞機(jī)制
制備的納米材料與基因耦合構(gòu)建成的轉(zhuǎn)基因載體，能否順利穿過(guò)細(xì)胞壁進(jìn)入植物細(xì)胞，是能否在植物轉(zhuǎn)基因工程中應(yīng)用的關(guān)鍵。而納米載體的入胞機(jī)制和效率，受到納米材料尺寸、表面理化性質(zhì)、植物細(xì)胞壁特征、共孵育環(huán)境條件等諸多因素的影響。目前，已經(jīng)成功將外源基因?qū)胫参锛?xì)胞的有機(jī)納米載體有殼聚糖、淀粉納米顆粒、細(xì)胞穿膜肽、聚乙烯亞胺等，揭示的納米載體攜帶外源基因進(jìn)入植物細(xì)胞的機(jī)制見(jiàn)圖1。
首先，DNA或RNA等外源分子可以通過(guò)疏水作用、靜電吸附作用或共價(jià)鍵結(jié)合等結(jié)合在納米顆粒的表面或者封裝在納米顆粒的內(nèi)部，形成裝載有外源基因的納米顆粒耦合物。載有外源基因的納米顆粒耦合物可以通過(guò)2條途徑將外源基因送進(jìn)植物細(xì)胞并得到表達(dá)。一類(lèi)是利用物理力或場(chǎng)對(duì)細(xì)胞施加的主動(dòng)影響，如電激、超聲波、基因槍、外加磁場(chǎng)或低能重離子束場(chǎng)，在細(xì)胞上同時(shí)形成一些可逆的瞬間通道，外源基因被直接送入到細(xì)胞質(zhì)或細(xì)胞核內(nèi)[29]；另一類(lèi)是利用載有外源基因的納米顆粒耦合物通過(guò)靜電吸附等作用附著在植物組織或細(xì)胞的周?chē)缓蠼?jīng)胞間連絲等細(xì)胞壁上的孔隙通過(guò)細(xì)胞壁，或者利用修飾過(guò)的工程納米顆粒同細(xì)胞壁上受體的相互作用來(lái)擴(kuò)大細(xì)胞壁的孔徑以提高納米顆粒的攝入[16]。穿過(guò)細(xì)胞壁后，大多數(shù)納米顆粒耦合物載體通過(guò)細(xì)胞膜的內(nèi)吞作用進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)，有的可能通過(guò)細(xì)胞膜上的轉(zhuǎn)運(yùn)載體蛋白或者離子通道轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入細(xì)胞質(zhì)。Ghosh等認(rèn)為，納米載體攜帶的基因，進(jìn)入到細(xì)胞以后，在細(xì)胞內(nèi)源因素（如pH值刺激）和外源因素（如光刺激）的激發(fā)下釋放出納米載體所攜帶的遺傳物質(zhì)。顯然內(nèi)源的激發(fā)基因釋放機(jī)制是按照生物學(xué)的方式運(yùn)作的，而外源的激發(fā)基因釋放機(jī)制則提供一種可以通過(guò)時(shí)間和空間控制釋放基因的方法[30]。
其次，DNA導(dǎo)入細(xì)胞核并整合到植物基因組中發(fā)揮功能。一般來(lái)說(shuō)，分子都是通過(guò)核孔復(fù)合物進(jìn)入細(xì)胞核的。對(duì)于DNA是單獨(dú)進(jìn)入細(xì)胞核還是與納米載體整合后一起進(jìn)入細(xì)胞核仍無(wú)定論，目前主要有2種理論。一種是納米載體在內(nèi)涵體或細(xì)胞質(zhì)中被溶解，然后釋放DNA轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)核，同植物細(xì)胞的基因組發(fā)生非同源重組，從而整合到植物基因組上得以穩(wěn)定表達(dá)；另一種是攜帶DNA的納米載體直接到達(dá)細(xì)胞核表面，然后DNA轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)核，并離開(kāi)基因載體還原成具有生物活性的DNA，最后經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)錄、翻譯步驟合成目標(biāo)蛋白[31]。
4展望
雖然按照構(gòu)成材料組成可以將納米顆粒分為無(wú)機(jī)和有機(jī)2種，在納米材料載體實(shí)際的制備和運(yùn)用中，通常是充分利用各類(lèi)材料的優(yōu)勢(shì)，使用的是復(fù)合型納米材料。例如常在各類(lèi)無(wú)機(jī)納米顆粒和有機(jī)高分子材料的表面修飾上多聚賴(lài)氨酸、聚乙烯亞胺等高分子聚合物，甚至是再連接上量子點(diǎn)熒光標(biāo)記或者加上細(xì)胞穿膜肽等靶分子，使其成為一個(gè)“超級(jí)復(fù)合納米載體”——可以大量裝載DNA、RNA等外源基因，高效定向地進(jìn)入有壁的植物細(xì)胞實(shí)現(xiàn)外源基因的穩(wěn)定表達(dá)。
篇7
【關(guān)鍵詞】 生物塑料 降解塑料 發(fā)展
石油資源的匱乏、生態(tài)環(huán)境的惡化是擺在人類(lèi)面前的急需解決的兩大問(wèn)題。近年來(lái)，歐美日等發(fā)達(dá)國(guó)家和地區(qū)紛紛制定相關(guān)法規(guī)，采用禁止、限用、強(qiáng)制回收等措施限制不可降解塑料的使用，我國(guó)在2008年也出臺(tái)了限塑令，同時(shí)鼓勵(lì)生物塑料的應(yīng)用和推廣。生物塑料是治理塑料廢棄物對(duì)環(huán)境污染及緩解石油資源矛盾的有效途徑之一，是塑料產(chǎn)業(yè)未來(lái)的發(fā)展方向，市場(chǎng)前景十分廣闊。
一、生物塑料的概念
生物塑料是生物基塑料和生物降解塑料的統(tǒng)稱(chēng)。生物基塑料的原料來(lái)源于可再生資源的碳，但不是所有的生物基塑料都是可降解和可堆肥的。生物降解塑料和可堆肥塑料是從產(chǎn)品功能角度，達(dá)到了科學(xué)公認(rèn)的關(guān)于塑料和塑料產(chǎn)品的生物降解性能和可堆肥性能規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的生物降解聚合物。這些標(biāo)準(zhǔn)主要是歐洲的EN13432標(biāo)準(zhǔn)，美國(guó)的ASTM D6400標(biāo)準(zhǔn)，以及ISO 17088標(biāo)準(zhǔn)。也有部分生物降解塑料和可堆肥塑料是來(lái)源于石油基。
二、全球生物塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展特點(diǎn)
1、政策驅(qū)動(dòng)生物塑料產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展
據(jù)歐洲生物塑料協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，2011年全球生物塑料產(chǎn)量超過(guò)100萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)到2015年將達(dá)到170萬(wàn)噸。越來(lái)越多的企業(yè)將生物塑料納入到企業(yè)可持續(xù)發(fā)展計(jì)劃中。該產(chǎn)業(yè)在發(fā)展初期，驅(qū)動(dòng)力主要來(lái)自于政府政策推動(dòng)，以歐美發(fā)達(dá)國(guó)家為主。1989年紐約市開(kāi)始對(duì)生產(chǎn)廠家給予補(bǔ)貼，1996年美國(guó)設(shè)置了總統(tǒng)綠色化學(xué)挑戰(zhàn)獎(jiǎng)，2002年要求每一個(gè)聯(lián)邦機(jī)構(gòu)都必須制定生物塑料使用計(jì)劃；德國(guó)禁止將含有大于5%有機(jī)物含量的固體廢棄物掩埋地下，強(qiáng)制生產(chǎn)傳統(tǒng)塑料袋的企業(yè)承擔(dān)回收塑料袋的義務(wù)；日本給予購(gòu)買(mǎi)環(huán)保產(chǎn)品消費(fèi)者70%的政府補(bǔ)助，確定了到2020年20%的塑料袋來(lái)自可再生資源的目標(biāo)。
2、原材料生產(chǎn)裝置的制造逐漸轉(zhuǎn)向亞洲和美洲
目前生物塑料的消費(fèi)市場(chǎng)主要集中在歐美等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，但近幾年，在對(duì)原材料生產(chǎn)裝置的投資集中于亞洲和美洲地區(qū)。2011年萘琪沃克公司與泰國(guó)PTT公司合作建設(shè)年產(chǎn)14萬(wàn)噸PLA生產(chǎn)裝置；法國(guó)阿科瑪和韓國(guó)CJCheilJedang公司合作在東南亞建設(shè)產(chǎn)能8萬(wàn)噸/年的生物蛋氨酸和硫代化學(xué)品工廠；荷蘭Purac公司在泰國(guó)建設(shè)7.5萬(wàn)噸/年乳酸廠；巴西Braskem投資建設(shè)20萬(wàn)噸/年的綠色聚乙烯項(xiàng)目和年產(chǎn)能為40萬(wàn)噸的新工廠；美國(guó)Myriant公司在路易斯安娜州建設(shè)全球最大的生物基琥珀酸工廠，產(chǎn)能超過(guò)1萬(wàn)噸；法國(guó)BioAmber公司在北美建設(shè)生物琥珀酸和改性聚丁烯琥珀酸酯工廠。
3、應(yīng)用領(lǐng)域逐漸高端化
隨著性能增強(qiáng)，生物塑料向汽車(chē)、消費(fèi)品電子、食品等高端耐用品領(lǐng)域延伸。日本本田、三菱、馬自達(dá)、豐田等汽車(chē)制造中，從車(chē)底板墊、座墊、車(chē)門(mén)防擦板等多個(gè)零部件都有應(yīng)用，豐田的一款車(chē)80%的內(nèi)部部件由生物塑料制造，在筆記本電腦、手機(jī)、復(fù)印機(jī)等的外殼和零部件也廣泛采用了生物塑料。2012年，英國(guó)以激光燒結(jié)生物塑料為原料采用3D打印技術(shù)建造了纖維尼龍結(jié)構(gòu)房屋模型。
4、原材料種類(lèi)趨于多樣化
目前市場(chǎng)上的生物塑料多以玉米、小麥、甘蔗、植物秸稈等為原料，其中以玉米最多，但是這難以替代數(shù)量大、品種多的石油系列材料，因此眾多研究機(jī)構(gòu)及企業(yè)積極開(kāi)發(fā)新的生物塑料。日本研發(fā)了木質(zhì)生物系列塑料，提高了環(huán)境性能和材料特性。英國(guó)科學(xué)家利用地溝油作為原材料，合成了適于醫(yī)療應(yīng)用的可降解生物塑料。巴西以發(fā)酵菌在甘蔗渣中發(fā)酵制造的PHA具有生物相容性，可用來(lái)生產(chǎn)藥用膠囊。悉尼利用二氧化碳廢氣開(kāi)發(fā)了PPC，可解決當(dāng)前PPC生物塑料生產(chǎn)上的問(wèn)題。新西蘭正在研究基于肉類(lèi)的Novatein生物塑料產(chǎn)品。
三、我國(guó)生物塑料產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀
21世紀(jì)初，國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)始涉足生物塑料領(lǐng)域，現(xiàn)已初步建成了涵蓋研究開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)加工、應(yīng)用開(kāi)發(fā)、市場(chǎng)推廣、技術(shù)服務(wù)的全產(chǎn)業(yè)鏈，生物塑料正朝著以綠色資源化利用為特征的高效、高附加值、定向轉(zhuǎn)化、功能化、綜合利用、環(huán)境友好化、標(biāo)準(zhǔn)化等方向發(fā)展（生物基材料產(chǎn)業(yè)科技發(fā)展“十二五”專(zhuān)項(xiàng)規(guī)劃）。
1、生物塑料產(chǎn)業(yè)出具規(guī)模
據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年我國(guó)僅生物降解塑料產(chǎn)業(yè)總產(chǎn)量約30萬(wàn)噸，三年復(fù)合增長(zhǎng)率為27.3%，年產(chǎn)值3000萬(wàn)元以上企業(yè)超過(guò)40家，產(chǎn)值超過(guò)3億元企業(yè)在5家以上。國(guó)內(nèi)知名企業(yè)主要有：金發(fā)科技、齊翔騰達(dá)、鑫富藥業(yè)、彩虹精化、揚(yáng)農(nóng)化工、大東南、浙江海正生物、武漢華麗環(huán)保、寧波天安生物等。
2、部分原材料生產(chǎn)技術(shù)處于國(guó)際領(lǐng)先
我國(guó)生物塑料的發(fā)展與其他制造業(yè)不同，不是在承接國(guó)際產(chǎn)能轉(zhuǎn)移的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，該領(lǐng)域的研發(fā)和工業(yè)化水平處于世界先進(jìn)水平，多家高校和科研機(jī)構(gòu)都進(jìn)行了大量研究，如清華大學(xué)、上海同濟(jì)大學(xué)、四川大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、天津大學(xué)、天津工業(yè)生物研究所、中科院理化所和長(zhǎng)春應(yīng)化所等，研究成果為產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了技術(shù)保障。現(xiàn)已實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的品種有聚乳酸、聚羥基烷酸酯、聚丁二酸丁二醇酯等，部分產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝和技術(shù)還處于國(guó)際領(lǐng)先水平。
3、終端產(chǎn)品研發(fā)制造有待于進(jìn)一步提高
目前國(guó)內(nèi)從事降解塑料制品加工研究的力量尚顯薄弱，大部分企業(yè)將關(guān)注的重點(diǎn)集中在材料合成上，而忽略了制品加工開(kāi)發(fā)，一些制品在耐熱、耐水及機(jī)械強(qiáng)度方面與傳統(tǒng)塑料制品相差較遠(yuǎn)，而這一點(diǎn)恰恰是生物塑料能否大規(guī)模市場(chǎng)化的關(guān)鍵。
4、高端應(yīng)用領(lǐng)域有待于開(kāi)發(fā)
我國(guó)的生物降解塑料制品主要目標(biāo)市場(chǎng)為：食物軟硬包裝、包裝膜（袋）、垃圾袋、臺(tái)布、餐具、地膜、育苗缽、發(fā)泡網(wǎng)等，電子、醫(yī)療、汽車(chē)等高端消費(fèi)領(lǐng)域產(chǎn)品還不多。
5、國(guó)內(nèi)市場(chǎng)普及率較低
與國(guó)外市場(chǎng)相比，生物塑料在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)還遠(yuǎn)未普及，主要原因在于成本高，是石油基塑料制品的2―10倍，國(guó)內(nèi)消費(fèi)者雖在環(huán)保意識(shí)上有所提高，但仍不愿意為此支付較高的費(fèi)用。其次是產(chǎn)品性能，目前還無(wú)法完全滿足消費(fèi)者需求，石油基降解塑料性能比較穩(wěn)定，而生物基降解塑料在性能上還存在不足。
6、政策對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動(dòng)力不足，產(chǎn)品以出口為主
我國(guó)在新材料產(chǎn)業(yè)“十二五”發(fā)展規(guī)劃、生物產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、可再生能源法、863計(jì)劃中均有涉及，主要包括：基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)化示范工程、產(chǎn)品認(rèn)證、市場(chǎng)激勵(lì)等。但在具體實(shí)施上，政策的針對(duì)性和可操作性不強(qiáng)，使得國(guó)內(nèi)生物塑料市場(chǎng)推廣緩慢，企業(yè)想通過(guò)政策打開(kāi)市場(chǎng)很難。國(guó)內(nèi)大部分產(chǎn)品以出口為主，市場(chǎng)在外不利于行業(yè)的持續(xù)健康發(fā)展。
四、天津（生物）塑料產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀
1、塑料企業(yè)集中度較高
天津市塑料產(chǎn)業(yè)，2012年規(guī)模以上企業(yè)302家，從業(yè)人員60867人。塑料產(chǎn)業(yè)主要集中在寶坻區(qū)、西青區(qū)、靜海縣，其中以寶坻區(qū)塑料產(chǎn)業(yè)規(guī)模最大，寶坻塑料制品工業(yè)區(qū)規(guī)劃面積10.8平方公里，重點(diǎn)發(fā)展塑料原材料加工、農(nóng)用塑料、工程塑料、塑料建材生產(chǎn)及塑料加工機(jī)械制造。
2、中小民營(yíng)企業(yè)占主體地位
天津市塑料產(chǎn)業(yè)規(guī)模以上企業(yè)有302家，其中國(guó)有企業(yè)只有5家，國(guó)有企業(yè)工業(yè)總產(chǎn)值占地區(qū)工業(yè)總產(chǎn)值的4.6%，并呈逐年下降趨勢(shì)（2011年為5.46%）；規(guī)模以上民營(yíng)企業(yè)236家，工業(yè)總產(chǎn)值占地區(qū)工業(yè)總產(chǎn)值的94.54%。民營(yíng)企業(yè)以小微企業(yè)為主，共255家。
3、環(huán)保、功能性是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主題
天津塑料產(chǎn)業(yè)在技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新方面取得了一定的成就，企業(yè)在產(chǎn)品研發(fā)中把握世界塑料發(fā)展趨勢(shì)，在環(huán)保、提高性能方面投入了大量資金，開(kāi)發(fā)了一批暢銷(xiāo)國(guó)內(nèi)外的塑料制品。比如：久大塑料制品公司的可回收環(huán)保購(gòu)物袋、旭輝恒遠(yuǎn)公司的阻燃塑料包裝袋、華慶百盛利用回收的廢舊塑料再生制造的包裝袋。
4、生物塑料是產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型的重要方向
自上世紀(jì)90年代以來(lái)，天津傳統(tǒng)塑料制品行業(yè)相對(duì)于我國(guó)華南、東南沿海的廣東、浙江、江蘇和上海等省市地區(qū)發(fā)展速度慢了一些，企業(yè)經(jīng)營(yíng)模式陳舊、規(guī)模偏小。同時(shí)，部分企業(yè)開(kāi)始轉(zhuǎn)至生物塑料領(lǐng)域，2008年國(guó)韻生物獲得帝斯曼風(fēng)險(xiǎn)基金、崇德投資、中國(guó)環(huán)境基金、KPCB、北極光創(chuàng)投等七家共計(jì)2000萬(wàn)美元的投資，成立國(guó)內(nèi)最大的PHA的生產(chǎn)基地。天津市塑料產(chǎn)業(yè)逐漸向生物塑料方向發(fā)展。
5、在生物塑料方面具備一定的研發(fā)基礎(chǔ)
天津在生物塑料研究方面做了大量工作，取得了一系列的成果。天津工業(yè)生物技術(shù)研究所開(kāi)發(fā)了以木薯為原料煉制丁二酸的生物合成技術(shù)，并與山東蘭典生物科技股份有限公司合作實(shí)施“非糧原料生物煉制琥珀酸及生物基產(chǎn)品PBS產(chǎn)業(yè)化”項(xiàng)目，實(shí)現(xiàn)我國(guó)PBS下游產(chǎn)品規(guī)模化生產(chǎn)。天津大學(xué)理學(xué)院、南開(kāi)大學(xué)生物活性材料研究教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室等研究機(jī)構(gòu)也在生物塑料領(lǐng)域各有建樹(shù)。
五、天津市發(fā)展生物塑料產(chǎn)業(yè)的建議
1、加強(qiáng)生物塑料新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)研究
天津是較早開(kāi)展生物塑料研究的地區(qū)之一，在生物材料研究方面取得了豐碩的成果，但主要研發(fā)方向是高分子材料，而先進(jìn)成型工藝、高性能的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和產(chǎn)品設(shè)計(jì)方面總體研發(fā)力量薄弱。加強(qiáng)新產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)是擴(kuò)大生物塑料產(chǎn)業(yè)化的重要手段。一是要加強(qiáng)新產(chǎn)品應(yīng)用研發(fā)，開(kāi)發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的創(chuàng)新型產(chǎn)品，圍繞天津市塑料研究所開(kāi)發(fā)醫(yī)用生物塑料系列制品，引領(lǐng)生物塑料向高端化發(fā)展；二是要加大生物塑料制品加工研究，提高產(chǎn)品性能，促進(jìn)產(chǎn)品的大規(guī)模市場(chǎng)化，降低成本以替代石油基塑料制品。
2、加大政策支持力度，推動(dòng)塑料加工企業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)，
給予以生物塑料產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)稅收優(yōu)惠、價(jià)格補(bǔ)貼、設(shè)立專(zhuān)項(xiàng)資金等政策，鼓勵(lì)傳統(tǒng)塑料制品企業(yè)向生物塑料制品轉(zhuǎn)型，一是解決塑料產(chǎn)業(yè)的低迷，二是利用天津在塑料加工方面良好的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)，加強(qiáng)生物塑料制品加工能力。適當(dāng)限制甚至分期分批禁止某些傳統(tǒng)塑料制作的一次性非降解包裝產(chǎn)品。
3、建立生物塑料研發(fā)平臺(tái)，促進(jìn)科研成果轉(zhuǎn)化
加快突破生物基材料制造過(guò)程的生物合成、化學(xué)合成改性及樹(shù)脂化、復(fù)合成型等關(guān)鍵技術(shù)，促進(jìn)重要生物基材料低成本規(guī)模化生產(chǎn)與示范。依托天津大學(xué)、南開(kāi)大學(xué)、天津工業(yè)大學(xué)等研究機(jī)構(gòu)，構(gòu)建生物基材料研發(fā)轉(zhuǎn)化平臺(tái)，促進(jìn)研究機(jī)構(gòu)科研成果向企業(yè)轉(zhuǎn)化，提升企業(yè)科技創(chuàng)新能力，為生物塑料產(chǎn)業(yè)培育提供科技支撐。
4、市場(chǎng)推廣先國(guó)外后國(guó)內(nèi)，提高環(huán)保消費(fèi)理念
生物塑料制品市場(chǎng)主要在歐美地區(qū)，采取先立足國(guó)外市場(chǎng)，逐漸培育國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的策略。價(jià)格高是影響我國(guó)市場(chǎng)推廣的重要因素，我國(guó)消費(fèi)者對(duì)價(jià)格的承受能力較差，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)尚未打開(kāi)。提高消費(fèi)者環(huán)保消費(fèi)的理念對(duì)于打開(kāi)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)至關(guān)重要。
【參考文獻(xiàn)】
[1] 于浩強(qiáng)、張艷梅等：生物降解塑料的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景[J].上海塑料，2012（1）.
篇8
【關(guān)鍵詞】 秸稈 塑料 橡膠 復(fù)合材料
1 引言
我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，秸稈資源非常豐富，每年產(chǎn)量達(dá)數(shù)億噸。據(jù)農(nóng)業(yè)部項(xiàng)目專(zhuān)家預(yù)測(cè)，到2015年我國(guó)的秸稈總產(chǎn)量達(dá)到7.5億噸。目前，我國(guó)利用農(nóng)作物秸稈的主要途徑有：秸稈還田，作為飼料使用，作為能源，作為工業(yè)原料，作為復(fù)合材料使用等。但是總的看來(lái)，秸稈的利用率還是較低，利用不科學(xué)，焚燒現(xiàn)象仍然存在。因此，科學(xué)合理利用秸稈資源具有重要的環(huán)保和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
農(nóng)作物秸稈的化學(xué)成分主要含有纖維素、半纖維素和木質(zhì)素。其中纖維素是秸稈纖維的主要成分，其分子量具有多分散性，性能不均一。X-射線研究認(rèn)為，纖維素是由結(jié)晶區(qū)和無(wú)定形區(qū)交錯(cuò)連接而成的二相體系，其中還有許多的空隙，一般認(rèn)為，天然纖維素的結(jié)晶度為70%左右，它具有較高的模量。因此，秸稈可作為一種天然高分子增強(qiáng)材料使用。它與許多無(wú)機(jī)及合成纖維相比有許多優(yōu)點(diǎn)，如價(jià)廉、易得、密度低，具有較高的拉伸強(qiáng)度和模量，加工能耗小，而且具有可再生性和生態(tài)環(huán)境相容性，對(duì)環(huán)境污染及人體危害小。將天然農(nóng)作物秸稈作為填料或增強(qiáng)材料的研究是當(dāng)前復(fù)合材料領(lǐng)域中的研究熱點(diǎn)。用天然植物纖維增強(qiáng)聚合物是一種新型的綠色環(huán)保型復(fù)合材料，符合生態(tài)環(huán)境要求，具有巨大的經(jīng)濟(jì)潛力。在國(guó)外，天然植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料已經(jīng)被用于汽車(chē)工業(yè)、建筑業(yè)、運(yùn)輸業(yè)、航空業(yè)等。
2 秸稈復(fù)合材料
秸稈復(fù)合材料是以秸稈為原料，與塑料、橡膠、熱固性樹(shù)脂等其它材料進(jìn)行復(fù)合，利用特定的生產(chǎn)工藝，生產(chǎn)出可用于環(huán)保、木塑產(chǎn)品生產(chǎn)的高品質(zhì)、高附加值功能性的復(fù)合材料。目前，主要有秸稈/塑料復(fù)合材料、秸稈/橡膠復(fù)合材料、秸稈/水泥混凝土材料、秸稈功能復(fù)合材料、人造板材等。
2.1 秸稈/塑料復(fù)合材料
李忠明等運(yùn)用秸稈與聚丙烯復(fù)合制備了能替代木材使用的復(fù)合材料。考察了秸稈含量、界面處理劑用量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能、流動(dòng)性及形態(tài)的影響。發(fā)現(xiàn)復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和沖擊強(qiáng)度隨秸稈含量增加而下降，但下降幅度較小；耐熱性隨秸稈含量增加而升高。于F等為提高麥秸稈纖維與聚丙烯基體的界面結(jié)合力，采用了復(fù)合處理的方法，對(duì)麥秸稈表明進(jìn)行處理，然后通過(guò)熔融共混、模壓成型的方法成功制備了麥秸稈/聚丙烯復(fù)合材料，并研究了材料的力學(xué)性能，表明其有良好的應(yīng)用前景，但是過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生廢水、廢氣造成新的污染，因此有待進(jìn)一步研究和改進(jìn)。楊鳴波等運(yùn)用化學(xué)方法，對(duì)秸稈進(jìn)行表面處理，然后與聚氯乙烯塑料進(jìn)行混合，并制備了具有良好性能的秸稈/聚氯乙烯復(fù)合材料，并對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了微觀表征，力學(xué)性能進(jìn)行了研究。滕翠青等制備了秸稈纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，并研究了其可降解性能，對(duì)其老化現(xiàn)象和使用壽命作了較為科學(xué)的評(píng)價(jià)。為秸稈纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的應(yīng)用提供科學(xué)的參考依據(jù)。許民等以麥秸、廢舊聚丙烯為主要原料，研究麥秸/聚丙烯復(fù)合材料熱力學(xué)性能及界面結(jié)合特性。劉飛虹等利用玉米秸稈粉體作為增強(qiáng)材料與聚乙烯通過(guò)擠出機(jī)進(jìn)行復(fù)合，成功制備了結(jié)構(gòu)粉體/聚乙烯復(fù)合材料，研究了復(fù)合材料的工藝可行性及力學(xué)性能。王寶利等以秸稈為主要原料，粉碎后與塑料混合后高溫下模壓，制備了各種不同粒度含量的秸稈模塑制品，并發(fā)現(xiàn)加入一定量的防水劑后，材料的耐水性能明顯提高，能滿足多種防水性能的要求。
2.2 秸稈/橡膠復(fù)合材料
橡膠作為一種應(yīng)用廣泛的高分子材料，具有很好的彈性和可填充性能。秸稈與橡膠有一定的相容性，可用于填充和改性橡膠材料，以降低橡膠的成本，改善橡膠的加工工藝性能。叢后羅等]將小麥秸稈粉碎后，分別與天然橡膠和丁腈橡膠共混，制備了秸稈/橡膠復(fù)合材料，并全面的研究了復(fù)合材料的工藝性能、力學(xué)性能、老化性能等。研究發(fā)現(xiàn)，秸稈的粒徑、填量、表面性質(zhì)等對(duì)復(fù)合材料的硫化時(shí)間、焦燒時(shí)間、拉伸強(qiáng)度、撕裂強(qiáng)度、硬度等工藝和力學(xué)性能有明顯的影響。秸稈具有良好的填充效果，可以明顯降低復(fù)合材料的成本。為秸稈在橡膠彈性材料中的應(yīng)用作了初步地探索。
2.3 秸稈/水泥混凝土材料
肖力光等以東北地區(qū)當(dāng)?shù)氐柠溄斩捄陀衩捉斩挒橹饕希鬯楹螅瑩饺氲剿嘀校苽淞私斩捤鄰?fù)合材料混凝土，深入研究了材料的水泥和秸稈界面，基體相界面，秸稈與水泥的復(fù)合效果以及復(fù)合材料的力學(xué)性能等，研究結(jié)果表明，在界面劑的作用下，秸稈植物纖維和水泥之間取得了良好的界面效果，取得了具有良好性能的秸稈/水泥混凝土材料，為秸稈在建筑材料領(lǐng)用的應(yīng)用做了較為全面的探討。
2.4 秸稈功能復(fù)合材料
篇9
1.過(guò)度包裝泛濫
在商品銷(xiāo)售過(guò)程中，常言道“三分賣(mài)產(chǎn)品，七分賣(mài)包裝”，可見(jiàn)包裝對(duì)于產(chǎn)品的銷(xiāo)售價(jià)值具有無(wú)可替代的作用。然而，在市場(chǎng)需要淺析綠色理念下產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)的發(fā)展屈貞財(cái)盧芳芳和消費(fèi)者視覺(jué)需求的驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)走入過(guò)度包裝的誤區(qū)。過(guò)度包裝是指包裝設(shè)計(jì)采用過(guò)多的原材料，包裝結(jié)構(gòu)過(guò)大、過(guò)重，色彩設(shè)計(jì)過(guò)于華麗，制作成本過(guò)于昂貴，文字表述過(guò)于夸大，往往冠之以“第一”“之最”等。常見(jiàn)的如故意增加包裝層數(shù)，大盒套小盒，盡管外觀漂亮，卻名不副實(shí)；有的產(chǎn)品很小，然而包裝體積卻很大，喧賓奪主；還有的商品采用實(shí)木、金屬制品包裝，大大增加了包裝成本。過(guò)度包裝不僅背離了包裝本身的作用，而且污染環(huán)境，還造成巨大的資源浪費(fèi)，嚴(yán)重?fù)p害消費(fèi)者和社會(huì)的利益。
2.產(chǎn)品包裝結(jié)構(gòu)不合理
產(chǎn)品包裝結(jié)構(gòu)不合理主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面。一方面是指過(guò)度增大產(chǎn)品的內(nèi)包裝結(jié)構(gòu)空間或?qū)b結(jié)構(gòu)復(fù)雜化。每年中秋節(jié)，各種琳瑯滿目的月餅包裝就是最好的例證。商家和設(shè)計(jì)師們?cè)O(shè)計(jì)的月餅盒包裝很大、很華麗，經(jīng)常是外面一個(gè)大盒子，里面僅有幾個(gè)月餅，其他空間則被塑料泡沫或是別的填充物取代。而且月餅本身還有盒子，當(dāng)拆完月餅本身的盒子后，還有塑料包裝，拆完塑料包裝后還有薄膜包裝等，如此繁瑣的包裝結(jié)構(gòu)不僅造成材料浪費(fèi)，同時(shí)也給消費(fèi)者帶來(lái)不便。另外，也有商家打著綠色包裝的旗號(hào)，為了企業(yè)的利益將各類(lèi)包裝材料堆積在一起，設(shè)計(jì)的包裝結(jié)構(gòu)層層疊疊。如高檔保健品的包裝，往往是將木材、金屬、紙包裝混搭，盡管看著很吸引人眼球，卻極大地浪費(fèi)資源，拆卸后的廢棄物還污染環(huán)境。另一方面，現(xiàn)行的包裝結(jié)構(gòu)并沒(méi)有考慮便利性和安全性這兩大特點(diǎn)。如市面上出售的各類(lèi)罐頭、鐵盒包裝，盡管密封性很好，但是往往不容易開(kāi)啟，如果消費(fèi)者是婦女、兒童，將會(huì)帶來(lái)極大的不便。同時(shí)，有些鐵質(zhì)或塑料包裝，極易劃傷消費(fèi)者，也會(huì)嚴(yán)重挫傷消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)積極性。當(dāng)代的設(shè)計(jì)只有迎合大眾的消費(fèi)需求，更加貼近現(xiàn)代人的生活，才能真正體現(xiàn)設(shè)計(jì)的社會(huì)責(zé)任。
3.產(chǎn)品包裝材料不環(huán)保
2008年我國(guó)出臺(tái)了影響甚大的“限塑令”，然而由于政策落實(shí)不到位，手提塑料袋、一次性泡沫飯盒、塑料食品包裝等在餐廳、醫(yī)院、商店及街頭巷尾依舊隨處可見(jiàn)，丟棄后形成大量難以處理的“白色污染”垃圾。塑料制品中殘留有毒單體，如苯乙烯單體、氯乙烯單體、雙酚A單體、丙烯腈單體、己內(nèi)酰胺單體等，用其盛裝食品時(shí)，極易遷移到食品中，人們食用后會(huì)引發(fā)各種病變。同時(shí)，各類(lèi)食品包裝都需要印刷，現(xiàn)行的印刷油墨往往含有VOC，不耐高溫，當(dāng)與食品直接接觸后，極易遷移到食品上去，引發(fā)食品變質(zhì)等現(xiàn)象，對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害。
4.產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)缺乏創(chuàng)新
當(dāng)前的設(shè)計(jì)行業(yè)，許多設(shè)計(jì)師在利益誘惑下，所設(shè)計(jì)的作品也大多是絢麗色彩和華麗說(shuō)辭的堆積，很少有創(chuàng)意的思維。此外，為了吸引消費(fèi)者的青睞，許多產(chǎn)品包裝的視覺(jué)設(shè)計(jì)往往模仿品牌產(chǎn)品，視覺(jué)效果大同小異，圖案與色彩接近名牌，然而卻失去了設(shè)計(jì)的原動(dòng)力。現(xiàn)代社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，如果一味地模仿市場(chǎng)上已經(jīng)成熟的包裝設(shè)計(jì)，只是將其名稱(chēng)或圖案稍加修改，在包裝的視覺(jué)上毫無(wú)創(chuàng)意，輕則會(huì)惹來(lái)侵權(quán)的麻煩，重則會(huì)挫傷消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)心理，嚴(yán)重制約包裝設(shè)計(jì)的健康發(fā)展。
二、綠色設(shè)計(jì)理念的內(nèi)涵
綠色設(shè)計(jì)源于20世紀(jì)60年代在美國(guó)興起的反消費(fèi)運(yùn)動(dòng)。到了90年代，隨著全球性產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和人類(lèi)對(duì)客觀認(rèn)識(shí)的日益深化，在全球掀起了一股“綠色消費(fèi)浪潮”。在這股“綠色浪潮”中，設(shè)計(jì)師們更多地以冷靜、理性的思考來(lái)反省20世紀(jì)以來(lái)工業(yè)設(shè)計(jì)的歷史進(jìn)程，從而引出綠色設(shè)計(jì)概念。綠色設(shè)計(jì)也稱(chēng)為生態(tài)設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)、環(huán)境意識(shí)設(shè)計(jì)等，是指在產(chǎn)品及其生命周期全過(guò)程的設(shè)計(jì)中，要充分考慮對(duì)資源和環(huán)境的影響，在充分考慮產(chǎn)品的功能、質(zhì)量、生命周期和成本的同時(shí)，要優(yōu)化各相關(guān)因素，使產(chǎn)品及其生產(chǎn)過(guò)程對(duì)環(huán)境的總體負(fù)效應(yīng)降到最小，使產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)符合綠色環(huán)保的要求。綠色設(shè)計(jì)一般具有四方面的內(nèi)涵，即“4R1D”原則：Reduce（減量化）、Recycle（回收再利用）、Reuse（重復(fù)利用）、Recover（復(fù)原）和Degradable（可降解）。主要體現(xiàn)為：設(shè)計(jì)的材料最省，產(chǎn)生的廢棄物最少，且節(jié)省資源和能源；易于回收再利用和再循環(huán)；廢棄物燃燒產(chǎn)生新能源而不產(chǎn)生二次污染；設(shè)計(jì)的包裝材料可自行分解，不污染環(huán)境。推行綠色設(shè)計(jì)的目標(biāo)，就是要以保存最大限度的自然資源，形成最小數(shù)量的廢棄物和最低限度的環(huán)境污染。
三、推行產(chǎn)品包裝綠色設(shè)計(jì)的有效途徑
1.注重人文關(guān)懷
功能是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的前提，結(jié)構(gòu)是功能實(shí)現(xiàn)的手段。包裝結(jié)構(gòu)的綠色設(shè)計(jì)，必須以設(shè)計(jì)的功能性和理性化為前提，不僅體現(xiàn)包裝的本質(zhì)功能（保護(hù)商品免受損壞，便于運(yùn)輸與倉(cāng)儲(chǔ)、促銷(xiāo)），還要體現(xiàn)設(shè)計(jì)者對(duì)消費(fèi)者的人文關(guān)懷，注重精神層面的價(jià)值。產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)在消費(fèi)者攜帶和使用過(guò)程中應(yīng)盡量體現(xiàn)對(duì)使用者的關(guān)心，能夠觸動(dòng)消費(fèi)者內(nèi)心的訴求，充分體現(xiàn)人性化設(shè)計(jì)原則，符合人機(jī)工程學(xué)。綠色設(shè)計(jì)注重人文關(guān)懷還體現(xiàn)在產(chǎn)品包裝的便利性，能便于銷(xiāo)售、攜帶和使用，便于開(kāi)啟、重封等。日常生活中，人們往往會(huì)遇到精美的包裝卻難以打開(kāi)。如市面上的一些金屬罐頭包裝，因開(kāi)啟困難，消費(fèi)者經(jīng)常要借助菜刀、鉗子等工具才能打開(kāi)包裝，還容易割傷使用者。在綠色設(shè)計(jì)理念下，融入人性化設(shè)計(jì)要素，可在包裝頂部增加一個(gè)開(kāi)啟的拉環(huán)，在不影響包裝密封性的前提下輕易就能開(kāi)啟，從而賦予包裝人性化內(nèi)涵。在綠色設(shè)計(jì)的原則之下，設(shè)計(jì)者要了解產(chǎn)品的消費(fèi)群體，調(diào)查其生活習(xí)慣、消費(fèi)方式、文化層次、心理訴求以及喜好等，并以這些因素為起點(diǎn)，賦予產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)的人性化，重點(diǎn)體現(xiàn)設(shè)計(jì)的人文關(guān)懷。
2.提倡趣味設(shè)計(jì)
趣味設(shè)計(jì)是在后現(xiàn)代語(yǔ)境背景下發(fā)展起來(lái)的，與現(xiàn)代主義的單調(diào)相對(duì)立，追求感性上的快樂(lè)。趣味設(shè)計(jì)具有追求自由和游戲精神，不拘泥于任何現(xiàn)狀和世俗狀態(tài)，表現(xiàn)出鮮活的生命力和自由的創(chuàng)造力。趣味性商品包裝設(shè)計(jì)是指在包裝的結(jié)構(gòu)、功能、色彩等方面，運(yùn)用能夠吸引消費(fèi)者眼球的元素，創(chuàng)造出帶給消費(fèi)者快樂(lè)的體驗(yàn)。在綠色設(shè)計(jì)理念的引領(lǐng)下，產(chǎn)品設(shè)計(jì)增加趣味性，不僅可以使產(chǎn)品從眾多商品中脫穎而出，而且還能給消費(fèi)者帶來(lái)美的感受。趣味性表達(dá)手法是豐富多樣的，關(guān)鍵在于準(zhǔn)確表達(dá)情趣。最為常見(jiàn)的表現(xiàn)手法就是仿生的設(shè)計(jì)手法，設(shè)計(jì)者可以對(duì)樹(shù)、草、花等原本沒(méi)有感情的事物賦予它可愛(ài)的特征、精神與想法，運(yùn)用夸張的手法，將設(shè)計(jì)者想要表達(dá)的情感展現(xiàn)出來(lái)，促成購(gòu)買(mǎi)行為。綠色設(shè)計(jì)的目的在于服務(wù)人們生活，商品的包裝設(shè)計(jì)增加趣味性，可以極大地提高人的視覺(jué)美感，從而給人帶來(lái)物有所值的感覺(jué)。
3.把握消費(fèi)心理
消費(fèi)者的心理需求是產(chǎn)品銷(xiāo)售的終極市場(chǎng)。人們的消費(fèi)心理存在多維性和差異性，這就決定了產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)必須要把握消費(fèi)者的心理訴求。研究表明，能引起消費(fèi)者共鳴的包裝設(shè)計(jì)，具有強(qiáng)烈的視覺(jué)刺激感，可以迅速激發(fā)消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)欲，從而促進(jìn)產(chǎn)品的銷(xiāo)售。因此，產(chǎn)品的綠色包裝設(shè)計(jì)必須要調(diào)查消費(fèi)群體特征，依據(jù)不同的消費(fèi)人群設(shè)計(jì)不同的產(chǎn)品包裝。比如，80后注重個(gè)人性格的張揚(yáng)，懷舊成為他們的共識(shí)，設(shè)計(jì)作品時(shí)要注重融入一些感懷的元素，易調(diào)動(dòng)他們的興趣；90后則追求時(shí)尚、自由、個(gè)性，喜歡凸顯潮流的造型，設(shè)計(jì)產(chǎn)品包裝時(shí)需注重他們對(duì)“酷、炫”的文化追求。綠色設(shè)計(jì)理念下的商品包裝設(shè)計(jì)只有準(zhǔn)確把握和運(yùn)用消費(fèi)者的心理特性，才能最大限度地促進(jìn)商品消費(fèi)。
4.強(qiáng)調(diào)環(huán)保安全
綠色設(shè)計(jì)理念的提出，其本質(zhì)就是環(huán)保安全，更好地為人類(lèi)生活服務(wù)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)的綠色化最終歸結(jié)為包裝材料的綠色化。這就要求在選用包裝材料時(shí)，盡可能地選用環(huán)保的天然材料、無(wú)毒無(wú)害的綠色材料、以及可回收或降解的有機(jī)材料。在產(chǎn)品包裝設(shè)計(jì)中，可充分利用竹、木、紙等原生態(tài)材料，擴(kuò)大包裝品種，提高技術(shù)含量。如采用干草包裝土雞蛋，簡(jiǎn)潔實(shí)用；用竹編籮筐放置食物，安全環(huán)保；用竹葉包裹粽子，清新飄香。設(shè)計(jì)的產(chǎn)品包裝一般都需要印刷圖案，這就需要采用綠色環(huán)保油墨。目前，進(jìn)入市場(chǎng)的綠色油墨主要有大豆油墨、水性油墨、UV油墨及水性UV油墨等。這些環(huán)保油墨的投入使用，大大提升了產(chǎn)品包裝的安全性，為未來(lái)商品包裝的綠色發(fā)展指明了方向。可降解包裝材料被認(rèn)為是最具有發(fā)展前景的生態(tài)材料之一，對(duì)環(huán)境不造成污染。如玉米塑料，它是以玉米為原材料，從中提取生物高分子材料煉制而成。該塑料用于食品包裝，被丟棄后容易被微生物分解，可用作有機(jī)肥料，促進(jìn)植物生長(zhǎng)。
四、結(jié)論
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改革開(kāi)放30余年來(lái)，隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的快速推進(jìn)，大量開(kāi)發(fā)化石資源，使用化石能源，推動(dòng)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，但也帶來(lái)了嚴(yán)重的資源與環(huán)境問(wèn)題。黨的十把科學(xué)發(fā)展觀作為我黨和我國(guó)全面工作的指導(dǎo)思想，我們要落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀，使經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源環(huán)境相協(xié)調(diào)，就必須要發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)等低碳經(jīng)濟(jì)。要堅(jiān)持走生產(chǎn)發(fā)展、生活富裕、生態(tài)良好的文明發(fā)展道路，大力建設(shè)生態(tài)文明，建設(shè)以資源環(huán)境承載力為基礎(chǔ)、以自然規(guī)律為準(zhǔn)則、以可持續(xù)發(fā)展為目標(biāo)的資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)，實(shí)現(xiàn)速度和結(jié)構(gòu)質(zhì)量效益相統(tǒng)一，使人民在良好的生態(tài)環(huán)境中生產(chǎn)生活。這就需要我們發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)等低碳經(jīng)濟(jì)，保證生態(tài)環(huán)境的良好。發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)等低碳經(jīng)濟(jì)是貫徹落實(shí)科學(xué)發(fā)展觀的必然選擇和客觀要求。
二、按科學(xué)發(fā)展觀的要求認(rèn)識(shí)發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)
的重要戰(zhàn)略意義科學(xué)發(fā)展觀的基本要求是以人為本，全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展。我們所追求的發(fā)展，不是片面的發(fā)展、不計(jì)代價(jià)的發(fā)展、竭澤而漁式的發(fā)展，而是全面的發(fā)展、協(xié)調(diào)的發(fā)展、可持續(xù)的發(fā)展、以人為本的發(fā)展。因此，我們推進(jìn)發(fā)展，必須充分考慮資源和環(huán)境的承受能力，考慮發(fā)展過(guò)程中的能源、資源、環(huán)境及民生等突出問(wèn)題。生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)緊扣“環(huán)境、能源、資源、三農(nóng)”四大主題，具有重要的戰(zhàn)略意義，切合科學(xué)發(fā)展觀的內(nèi)在要求。
（一）生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、保護(hù)環(huán)境、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑我國(guó)大氣環(huán)境污染物的主要來(lái)源是工業(yè)化產(chǎn)品的生產(chǎn)和消費(fèi)。我國(guó)主要依賴(lài)煤炭作為能源資源，煤炭占整個(gè)能源結(jié)構(gòu)的70％以上，比全球平均只占25％的水平高出許多。廢氣排放中約有90%的二氧化硫和氮氧化物是能源生產(chǎn)和消費(fèi)活動(dòng)造成的。過(guò)分使用化石原料已造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，減排溫室氣體和減緩全球大氣變暖已成為人類(lèi)的共識(shí)。目前我國(guó)二氧化硫和二氧化碳的排放量分別居于世界第一和第二位，預(yù)計(jì)到2020年，二氧化硫和氮氧化物的排放量將分別達(dá)到4000萬(wàn)噸和3500萬(wàn)噸，而環(huán)境容量?jī)H分別為1620萬(wàn)噸和1880萬(wàn)噸；酸雨區(qū)面積已占到國(guó)土面積的30％左右。隨著我國(guó)工業(yè)化和城市化進(jìn)程的加快，汽車(chē)尾氣排放造成的污染也在逐年加劇。2005年，我國(guó)汽車(chē)保有量超過(guò)3100萬(wàn)輛，機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放已經(jīng)成為大城市空氣污染的重要來(lái)源，其中氮氧化物排放量已占總量的50%，一氧化碳占85%。中小城市機(jī)動(dòng)車(chē)保有量日益增加，如不及時(shí)提高機(jī)動(dòng)車(chē)尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)和燃油品質(zhì)，到2015年，城市機(jī)動(dòng)車(chē)污染物排放量將比2000年上升一倍。如果不對(duì)汽車(chē)尾氣排放采取有效的治理措施，機(jī)動(dòng)車(chē)排放對(duì)大氣的污染將帶來(lái)更加嚴(yán)重的后果。汽車(chē)尾氣不僅直接威脅著人體健康，而且會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。與此同時(shí)，大量的農(nóng)林剩余物、畜禽糞便等有機(jī)廢棄物，既是污染源又是潛在的農(nóng)林生物質(zhì)和綠色化工產(chǎn)品的原料資源。建立高效的農(nóng)林生物質(zhì)轉(zhuǎn)化產(chǎn)業(yè)體系，不僅可以提供豐富的清潔替代材料、能源和綠色化學(xué)品，實(shí)現(xiàn)物質(zhì)和能量的循環(huán)利用，還將帶動(dòng)荒山荒地、沙灘地、鹽堿地等發(fā)展生物質(zhì)資源，有利于減輕土壤侵蝕和水土流失，保護(hù)生物多樣性，改善生態(tài)環(huán)境。生物質(zhì)中有害物質(zhì)(硫和灰分等)的含量?jī)H為中質(zhì)煙煤的1/10左右。同時(shí)，生物質(zhì)二氧化碳的排放和吸收形成自然界碳循環(huán)，如生長(zhǎng)1立方米木材可以吸收1.83噸二氧化碳、釋放1.62噸氧氣；熱帶森林吸收二氧化碳約11.5～36噸/a.ha，溫帶森林約為2.5～27噸，寒溫帶森林約為2.9～8.6噸。有數(shù)據(jù)表明，目前我國(guó)森林年均凈增長(zhǎng)活立木蓄積量4.97億立方米，年凈吸收9.09億噸二氧化碳，其能源利用可實(shí)現(xiàn)二氧化碳零排放，擴(kuò)大生物質(zhì)資源利用是減排二氧化碳的最重要的途徑，如能實(shí)現(xiàn)替代5000萬(wàn)噸石油的消費(fèi)，每年可減排1.6億噸二氧化碳。如果利用非糧食用地大量種植能源林、實(shí)現(xiàn)丁醇、生物汽油等生物質(zhì)液體燃料規(guī)模化生產(chǎn)的話，以年產(chǎn)1億噸計(jì)，每年二氧化碳減排量達(dá)3.7億噸，實(shí)現(xiàn)5.5%的二氧化碳減排目標(biāo)。
（二）發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、保障能源安全的重要措施我國(guó)已探明的人均煤炭、石油和天然氣資源分別為世界平均值的42.5%、17.1%和13.2%。可以說(shuō)我國(guó)是礦物質(zhì)能源十分貧乏的國(guó)家。2007年我國(guó)一次能源消費(fèi)總量約64.8億噸標(biāo)煤，約占全世界總能耗的16.8%。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，原油消費(fèi)量及進(jìn)口量持續(xù)快速增長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源壓力越來(lái)越大。2011年我國(guó)原油消費(fèi)量達(dá)到4.54億噸，其中2.53億噸靠進(jìn)口，對(duì)外依存度高達(dá)56.5%。預(yù)計(jì)到2020年，中國(guó)石油消費(fèi)量將達(dá)4.5～6.1億噸，而國(guó)內(nèi)的供應(yīng)量只有1.8～2億噸，缺口達(dá)2.5～4.3億噸,對(duì)外依存度將達(dá)76.9％。過(guò)分依賴(lài)進(jìn)口原油，對(duì)我國(guó)能源和資源供應(yīng)戰(zhàn)略安全構(gòu)成了潛在威脅，直接關(guān)系到我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。生物質(zhì)資源是唯一可以轉(zhuǎn)化成為氣體、液體、固體能源和替代石油基化工產(chǎn)品的可再生資源，是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的重要基礎(chǔ)資源，將成為未來(lái)替代石油、天然氣等化石資源的最佳選擇。專(zhuān)家研究指出，中國(guó)有著豐富的生物質(zhì)資源。據(jù)初步估計(jì)，我國(guó)僅現(xiàn)有的農(nóng)林廢棄物約合7.4億噸標(biāo)煤（實(shí)物量為15億噸），可開(kāi)發(fā)量約為4.6億噸標(biāo)煤；預(yù)測(cè)2020年將分別達(dá)到11.65億噸和8.3億噸標(biāo)煤。因此，充分利用林業(yè)資源開(kāi)發(fā)生物質(zhì)能源，可以?xún)?yōu)化我國(guó)能源結(jié)構(gòu)，減少對(duì)石化燃料的依賴(lài)，保障國(guó)家能源安全。目前，世界高分子材料的產(chǎn)量大約2億噸/年，我國(guó)高分子材料中僅塑料生產(chǎn)就高達(dá)1900萬(wàn)噸，消耗約2000萬(wàn)噸石油資源；聚酯、聚醚多元醇用于制備聚氨酯節(jié)能保溫材料全球總產(chǎn)量已超過(guò)1000萬(wàn)噸/年；表面活性劑全世界市場(chǎng)消費(fèi)量已超過(guò)1000萬(wàn)噸，生物降解塑料（BDP）市場(chǎng)需求將每年增加30%，到2012年BDP的市場(chǎng)規(guī)模將超過(guò)150萬(wàn)噸。預(yù)計(jì)到2020年，生物基材料將替代10%～20%的化學(xué)材料。國(guó)內(nèi)化石基合成材料(樹(shù)脂、纖維和塑料等)總產(chǎn)量超過(guò)7000萬(wàn)噸，聚酯、聚醚多元醇年生產(chǎn)能力達(dá)150萬(wàn)噸，表面活性劑300萬(wàn)噸，增塑劑160萬(wàn)噸；可降解塑料在中國(guó)市場(chǎng)需求量將達(dá)400萬(wàn)噸。這些材料的制備主要依賴(lài)石油資源，生物基替代產(chǎn)品不足1%。[9-11]雖然我國(guó)具有煤炭資源優(yōu)勢(shì)，但從長(zhǎng)遠(yuǎn)和戰(zhàn)略上考慮，能源的多元化和發(fā)展生物質(zhì)等可再生能源已是大勢(shì)所趨，開(kāi)發(fā)各種替代能源已成為我國(guó)及世界能源持續(xù)發(fā)展的緊迫課題。如果能推廣“能源農(nóng)業(yè)-能源林業(yè)-能源工業(yè)一體化發(fā)展模式”來(lái)發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)，使2020年的生物質(zhì)資源總量達(dá)到15億t/a標(biāo)準(zhǔn)煤，并將其中50%的資源用于生產(chǎn)液體燃料，屆時(shí)可為我國(guó)石油市場(chǎng)提供2億噸液體燃料；如果將當(dāng)前農(nóng)林廢棄物產(chǎn)量的40％作為電站燃料，可發(fā)電3,000億度，占目前我國(guó)總耗電量的20%以上。從而可有效地改善能源結(jié)構(gòu)，緩解能源危機(jī)，促進(jìn)能源向多元化方向發(fā)展。
（三）發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是促進(jìn)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展，增加農(nóng)民收入，建設(shè)社會(huì)主義新農(nóng)村的重要舉措，是以人為本的具體體現(xiàn)科學(xué)發(fā)展觀的核心是以人為本，我國(guó)廣大農(nóng)村具有豐富的生物質(zhì)資源，發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可以促進(jìn)農(nóng)民收入增長(zhǎng)，改善農(nóng)民生活。“農(nóng)林生物質(zhì)綜合開(kāi)發(fā)利用”已被《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006-2020年）》列為農(nóng)業(yè)重點(diǎn)領(lǐng)域的優(yōu)先主題，強(qiáng)調(diào)要重點(diǎn)研究開(kāi)發(fā)高效、低成本、大規(guī)模農(nóng)林生物質(zhì)的培育、收集與轉(zhuǎn)化關(guān)鍵技術(shù)，沼氣、固化與液化燃料等生物質(zhì)能以及生物基新材料和化工產(chǎn)品等生產(chǎn)關(guān)鍵技術(shù)。其主要原因在于：一是有利于建設(shè)經(jīng)濟(jì)繁榮的新農(nóng)村。生物質(zhì)原料主要來(lái)源于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，通過(guò)加快農(nóng)林生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化，發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可加速農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的拓展和延伸，加速農(nóng)業(yè)和農(nóng)村的工業(yè)化與城鎮(zhèn)化進(jìn)程，培育農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)新的增長(zhǎng)點(diǎn)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增長(zhǎng)方式轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收，為“三農(nóng)”提供一個(gè)新的生產(chǎn)領(lǐng)域和增收渠道。同時(shí)邊際性土地的利用，也將給農(nóng)村經(jīng)濟(jì)和農(nóng)民帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)利益。二是有利于建設(shè)村容整潔、環(huán)境優(yōu)美的新農(nóng)村。畜禽糞便是我國(guó)水體的嚴(yán)重污染源，我國(guó)有1.5億畝農(nóng)田覆蓋地膜，5～7年后土壤肥力下降。通過(guò)對(duì)農(nóng)林廢棄物或污染物的資源轉(zhuǎn)化，緩解了農(nóng)村秸稈、畜禽糞便和石油基地膜等方面的污染，改善農(nóng)村的人居環(huán)境，促進(jìn)了農(nóng)村衛(wèi)生狀況和生態(tài)環(huán)境的優(yōu)化。三是有利于建設(shè)資源節(jié)約型的新農(nóng)村。通過(guò)對(duì)可再生生物質(zhì)資源的轉(zhuǎn)化利用，拓展了資源利用途徑，提高了資源利用水平，推進(jìn)了資源節(jié)約和循環(huán)利用。四是有利于建設(shè)文明和諧的新農(nóng)村。我國(guó)有9億農(nóng)村人口，約50％分布在山區(qū)、林區(qū)、沙區(qū)，約65%的農(nóng)民生活仍然采用傳統(tǒng)的煙熏火燎和低能效的直燃式，350萬(wàn)戶(hù)偏遠(yuǎn)地區(qū)農(nóng)村至今還沒(méi)有用上電。將生物質(zhì)資源轉(zhuǎn)化成能源產(chǎn)品不僅將催生新興的綠色新能源產(chǎn)業(yè)，同時(shí)將為農(nóng)村提供電能、熱能、生物可燃?xì)獾惹鍧嵞茉矗龠M(jìn)農(nóng)民生活方式的改變，提高農(nóng)民生活質(zhì)量，建設(shè)文明和諧的新農(nóng)村。如果通過(guò)生物質(zhì)資源高效利用，全國(guó)每年50%的作物秸稈、40%的畜禽糞便、30%的林業(yè)廢棄物，開(kāi)發(fā)5%（約550萬(wàn)公頃）的邊際性土地培育農(nóng)林生物質(zhì)資源，可以催生1000個(gè)生物質(zhì)企業(yè)，帶動(dòng)500萬(wàn)農(nóng)戶(hù)，促進(jìn)1000萬(wàn)農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力轉(zhuǎn)移，農(nóng)民增收400億元，使4000萬(wàn)農(nóng)戶(hù)生活用能效提高2-3倍。
（四）發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是促進(jìn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)和林業(yè)生態(tài)兩大體系建設(shè)協(xié)調(diào)發(fā)展的有效途徑發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)可充分挖掘不適宜農(nóng)耕的宜林荒山荒地的生產(chǎn)潛力，與林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)相結(jié)合，實(shí)施能源林基地建設(shè)，培育適地適樹(shù)的能源樹(shù)種，加大抗逆能源林種植，具有保持生態(tài)平衡、降低水土流失、調(diào)節(jié)氣候的作用。同時(shí)，能源林特別是木本燃料油植物具有規(guī)模化種植的巨大優(yōu)勢(shì)，建立木本燃料油植物基地可以一次投入，而受益期卻長(zhǎng)達(dá)40～50年，只采收果實(shí)或種子不砍伐樹(shù)木，不會(huì)造成對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞。發(fā)展林業(yè)生物質(zhì)能源，建立具有林業(yè)特色的“能源林基地—林業(yè)生物質(zhì)能源加工”一體化的林業(yè)生物質(zhì)能源工程產(chǎn)業(yè)鏈，可帶動(dòng)能源林業(yè)、特色資源原料林基地建設(shè)和新能源產(chǎn)業(yè)的大發(fā)展，拓展林業(yè)產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)域，也對(duì)生態(tài)環(huán)境改善帶來(lái)積極作用，從而促進(jìn)完備的林業(yè)生態(tài)體系和發(fā)達(dá)的林業(yè)產(chǎn)業(yè)體系兩大體系建設(shè)。
三、以科學(xué)發(fā)展觀指導(dǎo)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展
（一）制定相關(guān)政策，鼓勵(lì)和支持企業(yè)投資生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)在現(xiàn)階段主要是從生態(tài)環(huán)境、環(huán)境保護(hù)的角度出發(fā),從中長(zhǎng)期來(lái)看,將要彌補(bǔ)資源有限性的不足，目前社會(huì)效益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于經(jīng)濟(jì)效益。在目前發(fā)展階段,需要國(guó)家的政策扶持和財(cái)力支撐。國(guó)家應(yīng)在財(cái)政、稅收、金融及研發(fā)投資方面制定優(yōu)惠政策，鼓勵(lì)企業(yè)投資生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)。
（二）強(qiáng)化科技自主創(chuàng)新，掌握關(guān)鍵技術(shù)，消除二次污染，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是一項(xiàng)技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)。在科技創(chuàng)新體系的建設(shè)中，要把生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的科技自主創(chuàng)新作為優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域，重點(diǎn)加強(qiáng)優(yōu)質(zhì)速生生物質(zhì)資源選育、栽培和示范基地建設(shè)，開(kāi)發(fā)林業(yè)生物質(zhì)能源及材料的高效低成本轉(zhuǎn)化以及副產(chǎn)物綜合利用技術(shù)。生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)是以生物質(zhì)資源為原料通過(guò)化學(xué)及生物技術(shù)生產(chǎn)生物基產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)，不同的生物質(zhì)利用技術(shù)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)不同程度地對(duì)環(huán)境造成二次污染，如不能有效解決，必將降低市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，影響生物質(zhì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。必須要加大科技投入，減少二次污染的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)綠色發(fā)展。