導語：如何才能寫好一篇可降解高分子材料的降解途徑，這就需要搜集整理更多的資料和文獻，歡迎閱讀由公務員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關鍵詞】 高分子材料 可降解 循環利用

1 生物可降解高分子材料的含義及降解機理

生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發生降解的高分子材料。生物可降解的機理大致有以下三種方式：生物的細胞增長使物質發生機械性破壞；微生物對聚合物作用產生新的物質；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。一般認為，高分子材料的生物可降解是經過兩個過程進行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結合，通過水解切斷高分子鏈，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，經過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉化為微生物活動的能量，最終都轉化為水和二氧化碳。因此，生物可降解并非單一機理，而是一個復雜的生物物理、生物化學協同作用，相互促進的物理化學過程。到目前為止，有關生物可降解的機理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在機體內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外，還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環境有關。

2 生物可降解高分子材料的類型

按材料來源，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。按用途分類，有醫用和非醫用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。

2.1 微生物生產型

通過微生物合成的高分子物質。這類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。但其熔點低，強度及耐熱性差，無法應用。芳香族聚酯（PET）和聚酰胺的熔點較高，強度好，是應用價值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯（或聚酰胺）制成一定結構的共聚物，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，由其單獨制成的薄膜的耐水性、強度均達不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質制得的脫乙酰基多糖等共同混制。

2.4 摻混型

在沒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，使所得產品具有相當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

3.1 傳統方法

傳統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、化學合成法和微生物發酵法等。（1）天然高分子的改造法。通過化學修飾和共混等方法，對自然界中存在大量的多糖類高分子，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，而且產量小，限制了它們的應用。②化學合成法。模擬天然高分子的化學結構，從簡單的小分子出發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構單元中含有易被生物可降解的化學結構或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。化學合成法反應條件苛刻，副產品多，工藝復雜，成本較高。（2）微生物發酵法。許多生物能以某些有機物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發酵法合成產物的分離有一定困難，且仍有一些副產品。

3.2 酶促合成

用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學的發展，酶在有機介質中表現出了與其在水溶液中不同的性質，并擁有了催化一些特殊反應的能力，從而顯示出了許多水相中所沒有的特點。

3.3 酶促合成法與化學合成法結合使用

酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學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，許多研究者已開始用酶促法與化學法聯合使用來合成生物可降解高分子材料。

4 結語

隨著高分子材料合成與加工的技術進步，生物可降解高分子材料在各行業得到廣泛、深入的應用。生物可降解高分子材料助劑、樹脂原料和加工機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、配方技術以及相關配套服務設施也成為完美展現制品性能的不可或缺的因素。我國生物可降解高分子材料工業起步較晚，發展遲緩，難以適應目前的發展趨勢，必須借助行業發展，探索一條具有中國特色的工業之路。在消化、吸收、仿制國外先進品種和技術的基礎上，針對不同行業要求和特點，開發出高效、多功能、復合化、低（無）毒、低（無）污染、專用化的生物可降解高分子品種，提高規模化生產和管理能力，改變目前行業規模小、品種少、性能老化且雷同、針對性（專用性）差、性能價格比明顯低于國外同類產品、創新能力低下、污染嚴重、無序競爭的局面，一些新型功能的生物可降解高分子材料的發展時間不長，消費量較低，卻帶來了產業新的突破點和增長點，豐富完善了整個體系，其高技術含量和巨大的增幅顯示了強大的生命力，創造一個投入產出比明顯高于其他化工產品的新產業。

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（一）知識脈絡

本節教材在學生學習了淀粉、纖維素、蛋白質等天然有機高分子化合物之后，很自然地過渡到學習合成有機高分子化合物，首先介紹有機高分子化合物的相對分子質量，然后初淺地以聚乙烯、聚氯乙烯為例介紹有機高分子化合物的結構與基本性質，合成高分子化合物在溶劑中的溶解和在不同溫度時的性能變化等性質是與合成高分子化合物的科學研究及生產加工密切相關的；最后簡單介紹了常見高分子塑料、橡膠、纖維中某些有代表性的品種。

（二）知識框架

（三）新教材的主要特點：

新教材依然保持緊密聯系實際和新的化學知識從生活和生產實際切入的風格，也注意了緊密聯系學生已學過的知識如烯烴的加成反應、羧酸的酯化反應等，以幫助他們理解高分子化合物的性質、正確書寫重要高聚物加聚反應的化學方程式，復習鞏固已學的有機化學知識，也為他們選擇后續的選修模塊“有機化學基礎”奠定必要基礎。

二．教學目標

（一）知識與技能目標

1.引導學生初步認識有機高分子化合物的結構、性質及其應用，學會書寫重要加聚反應的化學方程式，了解合成高分子化合物的主要類別及其在生產、生活、現代科技發展中的廣泛應用。

2.引導學生學習和認識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，培養他們的綠色化學思想和環境意識，提高他們的科學素養。

3.通過多樣化的學習活動（自主檢索、收集、分類比較、展示等）使學生了解塑料、合成橡膠、合成纖維的主要品種以及它們的原料來源與石油化工、煤化工的密切聯系，同時提高他們的學習能力，豐富他們的學習方式。

（二）過程與方法目標

1.讓學生通過網絡、書籍等途徑收集各種各樣的材料及圖片、實物，課堂上采用互動式教學，激發學生探究有機合成材料的組成、性能的興趣。。

2、通過“遷移•應用”、“交流•研討”、“活動•探究”等活動，提高學生分析、聯想、類比、遷移以及概括的能力。

（四）情感態度與價值觀目的

1、通過“遷移•應用”、“交流•研討”、“活動•探究”活動，激發學生探索未知知識的興趣，讓他們享受到探究未知世界的樂趣。

2.引導學生學習和認識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，培養他們的綠色化學思想和環境意識，提高他們的科學素養。

三、教學重點、難點

（一）知識上重點、難點

重要高聚物的加聚反應及其化學方程式

（三）方法上重點、難點

有機高分子化合物的結構與性質的關系的理解

四、教學準備

（十二）學生準備

1.課前讓學生通過網絡、書籍等途徑收集各種各樣的材料及圖片、實物。

2.收集有關廢棄塑料造成的白色污染、危害及其防治方法的資料。

（十三）教師準備

教學媒體、課件；準備“活動•探究”實驗用品。

五、教學方法

問題激疑、實驗探究、交流討論、

六、課時安排

3課時

七、教學過程

第一課時

【引入】人類的生產和生活離不開各種各樣的材料，請同學們根據自己收集的資料結合已有的知識對材料進行分類。

【點評】課前讓學生通過網絡、書籍等途徑收集各種各樣的材料及圖片、實物，課堂上采用互動式教學。

【交流、投影】

無機非金屬材料（如：晶體硅、硅酸鹽材料等）

無機材料

無機金屬材料（包括金屬和合金）

材料天然有機高分子材料（如：棉花、羊毛、蠶絲、天然橡膠等）

有機材料合成有機高分子材料（如：塑料、涂料、合成纖維、合成橡膠等）

新型有機高分子材料（如：高分子分離膜等）

【聯想、質疑】在日常生活中，你一定接觸過許多塑料、合成橡膠、合成纖維制品。你能舉例說明嗎？它們是什么原料制造的？它們具有哪些優于天然材料的性能？

【點評】通過回憶生活中的常識激發學生探究有機合成材料的組成、性能的興趣。

【練習】計算葡萄糖和硬脂酸甘油酯的相對分子質量。

【質疑】經計算，它們的相對分子質量分別為180和890。數值已經不小，但是，我們仍稱它們為低分子化合物，簡稱小分子；那么，什么是高分子化合物或高分子呢？

【講述】如果有機化合物的相對分子質量達到幾萬到幾百萬，我們就稱它們為有機高分子化合物，簡稱高分子或聚合物。像以前所學過的淀粉、纖維素、蛋白質等物質都屬于有機高分子化合物。有機高分子化合物的結構有哪些特點呢？

【引題、板書】一、有機高分子化合物

1.有機高分子化合物的結構特點

【講述】有機高分子化合物雖然相對分子質量很大，但是它們的結構并不復雜，通常是由簡單的結構單元連接而成的，例如，聚乙烯是由結構單元重復連接而成的，聚氯乙烯是由結構單元重復連接

而成的，其中的n表示結構單元重復的次數。

【投影講述】高分子中的結構單元連接成長鏈，這就是通常所說的高分子的線型結構。具有線型結構的高分子，可以不帶支鏈，也可以帶支鏈。高分子鏈上如果有能起反應的原子或原子團，當這些原子或原子團發生反應時，高分子鏈之間將形成化學鍵，產生一定的交聯形成網狀結構，這就是高分子的體型結構。

【過渡】由于有機高分子化合物的相對分子質量大及其結構的特點，因而使它們具有與小分子不同的一些性質。

【活動、探究】將教材的“觀察•思考”涉及的實驗改成學生分組實驗（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.取內徑比實驗室用導氣膠管外徑稍大的試管，膠管與試管等長。向試管中加入少量汽油后，將膠管插入試管，再用滴管向膠管內孔中滴滿汽油，稍侯，可見膠管伸長。

3.取一小塊聚乙烯塑料碎片，用酒精燈加熱直至熔化時停止加熱，等冷卻后再加熱，反復幾次后點燃，觀察變化的全過程。

【交流、討論、板書】2.有機高分子化合物的主要性質

⑴溶解性：難溶于水，在有機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，開始變軟，直到熔化成流動的液體。冷卻后又變為固體。加熱后又熔化，這種現象就是線型高分子的熱塑性。有些體型高分子一經加工成型就不會受熱熔化，因而具有熱固性，如酚醛樹脂。高分子化合物中的原子是以共價鍵結合的，因此它們一般不導電。

【小結】結構決定性質，性質決定用途，正因為有機高分子化合物有以上的主要性質，決定了高分子材料在國民經濟發展和現代科學技術中的重要作用。

作業：探究活動：學生分為若干小組通過去圖書館、上網查閱資料探究以下問題：

1．我們身邊有哪些高分子化合物；

2．高分子化合物對工農業生產和生活有哪些重要作用；

3．了解高分子化合物的新發展，例如可導電的高分子材料、可降解塑料等。

并動員學生運用所學知識回答下列問題：

1．為什么聚乙烯塑料涼鞋破裂可以熱補，而電木插座不能熱修補。

2．裝苯的試劑瓶不能用普通的膠塞的原因。

3．家貿市場上出售的香油的膠塞為什么要用玻璃紙包起來，如果不包起來會出現什么后果。

第二課時

【聯想、質疑】現在，人們在日常生活中經常與塑料打交道，工農業生產和國防建設也大量使用塑料。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為合成樹脂的有機高分子化合物。例如，聚乙烯就是生產聚乙烯塑料的合成樹脂。聚乙烯是以石油化工產品乙烯為原料，在適宜的溫度、壓強和引發劑存在的條件下發生反應而制得的。反應時，乙烯分子中碳碳雙鍵中的一個鍵斷裂，然后相互兩兩加成而聚成含n個結構單元的相對分子質量達幾萬以上的聚乙烯樹脂。

【板書】二、塑料

【講述】講述聚合反應和加聚反應的概念。

【講述、投影】塑料與合成樹脂

⑴塑料是由合成樹脂及填料、增塑劑、穩定劑、色料、防老劑等添加劑組成的。

⑵樹脂是指還沒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脂所組成的，不含或少含其它添加劑，如有機玻璃等。

【遷移、應用】氯乙烯、苯乙烯、四氟乙烯在引發劑作用下經過聚合反應所得聚合物都是重要的合成樹脂。⑴它們為什么和乙烯一樣，也能發生加聚反應？⑵寫出化學反應式。

【交流、討論】組織學生交流討論聚合反應的書寫技巧，尤其苯乙烯的聚合反應，可以適當點撥：將苯基（—C6H5）當作支鏈，使雙鍵碳原子作為端點碳原子，以便于兩兩加成聚合。

【閱讀】塑料王與工程塑料ABS的用途。

【過渡】聚乙烯是當今世界上產量最大的塑料產品，它有著廣泛的應用。

【閱讀、討論】聚乙烯的性質和用途。

【講述】塑料工業的發展，極大地提高了人們的生活質量，但是這些結構穩定、難以分解的塑料廢棄物的急劇增加也帶來了嚴重的環境問題。全世界每年產生數千萬噸的廢舊塑料，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社會的一大公害。減少與消除白色污染既要全社會共同努力，從我做起，少用并及時回收、再生，也要依靠科技，生產可降解的塑料。

【指導閱讀】塑料的回收利用與可降解塑料。

作業：探究活動：

1.收集有關廢棄塑料造成的白色污染、危害及其防治方法，在各社區進行宣傳或提出倡議。

2.課外實驗，參照教材第97頁動手實踐的方法進行廢舊塑料裂解得燃氣與燃油的實驗。

3.收集橡膠制品的圖片

第三課時

【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】展示課前同學們收集的橡膠制品的圖片。

【交流、研討】結合你已有的知識和生活常識思考：

1.橡膠的特性是什么？由此決定著它有哪些用途？

2.根據來源和組成不同，常用的橡膠有哪幾種？

【講述】構成橡膠的高分子鏈在無外力作用時呈卷曲狀，而且有柔性，受外力時可伸直，但取消外力后又可恢復原狀，因此橡膠是具有高彈性的高分子化合物。根據來源和組成不同，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，因此具有廣泛的應用。

【講述】順丁橡膠是化學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識橡膠的高彈性。

【質疑】為什么實驗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，以說明當今合成橡膠的廣泛應用，以及“挑戰者”航天飛機失事的悲慘事件就是由于橡膠密封圈失靈造成的。

【過渡】接下來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、滌綸有何區別？纖維素是如何分類的？

【投影、講述】1.纖維素分類

纖維素：棉、麻

天然纖維蛋白質：絲、毛

纖維人造纖維：人造棉、人造絲

化學纖維合成纖維：錦綸、腈綸

篇3

國際生物降解聚合物學術討論會(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計、合成、性質及其應用。與會者150余人。會議收集論文近70篇，有20位世界著名專家、學者作了特遨報告.會議分PHA(生物聚酷)生產的生物學及生物技術、PHA的合成與生物降解、分子設計與生物降解等專題進行討論。徽生物合成的聚合物，一般稱為生物聚合物(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品對環境造成日益嚴重污染的今天，開發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與工程，以及生物工程領域的熱點之一。本文主要介紹采用生物技術進行生物聚合物研究的最新進展。

1生物梁合物的主要種類與結構

生物體內合成的大分子物質，均可稱為生物聚合物，如蛋白質、核酸、淀粉等。這里所說的生物聚合物，是指由徽生物合成的聚醋，它是不同于蛋白質、核酸、淀粉的一類新的天然高分子物質。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注。這種由徽生物合成的聚醋，統稱為聚經墓鏈烷酸醋(氏lyhydroxyalkanoate，簡稱PHA)，許多細菌都能在體內合成和積累PHA.在細菌細胞缺乏營養物質時，將水解PHA以攝取養料.現已發現百余種細菌具有合成和積累PHA的功能，并已從20多種細菌中克隆出了PHA合成醉的結構基因。最近又發現合成與積累PHA的細菌可分為兩組，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”洲a，。醞卯俐二，為代表，可合成具有C‘~cl‘的中等鏈長的PHA單元。PHA實際上包括一系列的聚酷，最常見的聚醋與它們的結構如下:甲墓側鏈聚經墓T酸醋[Poly(卜hydroxybutyrate)，pHB〕（圖略）這種結構特征有利于A在環境中的降解證明，PHA能被環境中廣泛存在的某些細菌所降解.這些細菌可分泌出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在細胞中積爪約為細胞干t的0%一30%，在限載情況下，一些A-:璐必“‘盯和月以‘aligen毋s菌株可積爪自身干!90%的PHB.對PH舊的生物合成過程的研究表明，Pl王B的“建筑塊”是乙隴一輔醉A，并以圖5和圖6的途徑進行合成。合成的PH衛分子t的大小取決于細曹的種類，也與分離方法有關.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10萬至上百萬，甚至更高.研究還表明，在一個PHB碩位中，往往包含，幾千個PHB分子，并發現在可合成PHB細，的一個細胞內，至少有1800。個PHB聚合醉分子，而且在PHB的積累過程中始終保持著這一數量在限氮、限磷培養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HV的單體比可用有萄糖對丙酸的比率加以調節，而PHBV的機械性能和熱塑性直接依賴于聚醋中HB和HV的比例。

3生物技術

在PHA合成中的應用生物聚合物將成為下世紀重要的工業材料，PHA的大規模生產就成為實現這一目標而迫切需要解決的首要間題。為了提高細菌對PHA的合成能力，80年代后期，科學界已逐漸開始采用徽生物技術，用基因工程的方法解決這一問題，其過程（圖略）由PHB的生物合成過程可知，該過程涉及到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得以實現的生物催化劑。即是說，在合成PHB細菌的染色體DNA上存在著對應于這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）對醉結構的分析表明，來像于尸a、~。J胡it八fiea。中的戶陰硫解陣與乙曦乙跳一輔醉A與來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PhbA和phbB基因的結構及表達研究表明，在重組的大腸桿菌中滬劫峨和州幼B墓因能同時被轉錄，而且只能在PhbA墓因的上游檢側到啟動子活性，因而斷定這兩個墓因形成了一個操縱子.phbC基因則與戶肋A和PhbB墓因操縱子間隔10kb的核昔破.戶艦(墓因的開放閱讀框架前是一段啟動子序列和一核搶體結合位點，開放閱讀框架之后是轉錄終止子。對PhbC墓因表達的研究，是將啟動子、Ph掃C開放閱讀框架和終止子的整個系統擂人一高拷貝、且具有廣泛宿主菌適應性的載體，再導進尸，J翻.戊命。。，，結果使，體內積早的PHAt有較大幅度獷提高.如以正一戊醉為原料，積早的PHA的t是原始出發菌的2.4倍。在基因工程中，提高外撅墓因表達水平的方法很多，較常用的是選排強的啟動子，提商羞因的轉錄水平，從而提高墓因表達產物的產t。日本N.Toyoda等人為了提高PHB合成相關基因在光自養型菌種偽“”砧叫州a中的表達水平，提高PHB的產t，首先用啟動子探針型穿梭質粒從光自養型細菌勿.echococcoPcc7942中克隆出了強啟動子，用該強啟動子與戶肋A，PhbB和Ph掃C，以及合適的克隆載體進行了體外，組，再將盆組體導入偽口，砧配才叮匆，構建了墓因工程菌，希望戶劫叭，Ph五B和Ph夕C墓因能在其中高拷貝表達，產生更多的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制的質粒，他們從足阿“爪拍昭“:sP.MA4篩選出pMA4質粒，采用電沖擊法將pMA4導入匆”ech~，sP.MA19藺株，發現pMA4在.勺月echococc“:sP.MA19中的拷貝數達300以上.若以這種高拷貝質位做毅體，嵌人與PHB合成相關的3種墓因，再克隆進入MA19菌株，就可能使PHB的產t有較大幅度的提高。奧地利維也納大學的科學家們在以荃因工程中最常見的大腸桿菌為宿主，，組建能合成PHB的基因工程菌的同時，在重組體中還引人了曦菌體的熱教溶解簽因，使細菌易裂解而自動釋放出PHB，大大簡化了提取時所要求的苛刻條件和過程.也降低了成本。

4PHB解二研究

在對Pl犯合成醉進行研究的同時，對PHB解瑯醉和水解醉也進行了研究.日本T.Tan業等人從湖水中篩選出對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3一經基丁酸的單體或二聚體。然后又以粘性質粒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。由轉化菌中獲得的PHB解聚酶與出發菌c.acid門oransYM16o生的PHB解聚醉在分子量、醉比活性和底物專一性上都十分相似。日本的M.Nojiri和K.Kasuya等分別采用基因工程技術，對來自Alcalig翻esfaecalisTl中的PHB解聚酶基因進行研究時發現，PHB解聚酶基因編碼著488個氨基酸，其中包含著一段由27個氮基酸殘墓組成的信號肚.酶結構上存在著兩個功能區，一個是起催化作用的區域;另一個是與底物相結合的區域。通過定位突變，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位半膚氨酸構成的雙硫鍵在維持酶的生物活性所具有的構象中起重要作用.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構分析后發現，該酶基因的開放閱讀框架由2112個核昔酸組成。M.Shiraki等則從Alcali-gene，faecalisTl中分離出與從尸seudomonassP.Al中發現的相同功能的PHB水解酶基因，基因長3kb，位于PHB解聚酶基因的下游，酶的分子量為70000.

5PHA共聚醋的聚集態結構與生物降解性的關系

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。無論是采用PHB解聚酶，還是在天然降解環境，如活性污泥、堆肥、土壤中的降解均表明，其固體形態對這種可部分結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發現，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的共混體，即從完全相容到完全不相容。由于PHB的結晶度很高，以PHB為主的共混體系不僅在兩組分不相容時含有PHB的晶相，而且當兩組分在融體狀態下完全相容，且共混體系的玻璃化轉變溫度低于室溫的情況下，仍含有晶相。因此，在大多數情況下，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境中，會發生如下現象:①對于不相容體系，PHB相的生物降解取決于PHB對酶的可接近性，PHB的暴礴表面及PHB區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烈影響相分布，因而對生物降解的程度與速度也有控制作用.②對于相容體系，因為PHB與其他共混組分形成混合的無定形相(常與結晶PHB共存)，共混體的物理狀態—無論是橡膠態還是玻璃態，都對共混體的生物降解起關鍵作用。只有當混合的無定形相是橡膠態時，才能觀察到解聚現象，說明了PHB鏈段的活動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。P(3HB~c。一4HB)的結構式是:（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4HB)的生物降解性最好，低結晶度的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生生物降解播要4周。在用PHB解聚醉進行降解研究時發現，P(3HB)的酶降解受制于薄膜的結晶度，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的形態與醉降解的關系時也指出，PHA的降解與其晶體結構有關，而PHA的晶體結構又受到共混與熱處理的影響。因而應定t確定PHA的晶體結構，以控制降解速率。日本的H.Mitom。等還通過，0Co下射線預輻照，在PHB和P(H冬HV)上引發接枝甲墓丙烯酸甲醋、2一經乙基丙烯酸甲醋和丙烯酸。結果是:在PHB與P(HBHV)上輻照引發接枝甲基丙烯酸甲醋，會抑制其生物降解，接枝2一輕乙墓丙烯酸甲醋，會促進生物降解.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2一經乙墓丙烯酸甲醋的生物降解性還好.研究還表明，輻照引發接枝主要集中在PHB及P(HB一HV)的無定形區，生物降解也主要發生在無定形區。

篇4

關鍵詞：洋蔥假單胞菌（Pseudomonas cepacia）；聚丁二酸丁二醇酯（PBS）；脂肪酶；優化

中圖分類號：Q939.11+2；TQ925+.6 文獻標識碼：A 文章編號：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

基金項目：陜西科技大學創新科研團隊基金項目（TD10-01）；陜西科技大學研究生創新基金項目

作者簡介：王旭愿（1990-），女，陜西西安人，在讀碩士研究生，研究方向為微生物降解高分子材料，（電話）15309242538（電子信箱）

。

眾所周知，大多數的傳統塑料難以降解，且不易回收利用，其造成的環境污染引起了社會各界的廣泛關注[1，2]。因此，人們投入了大量的精力去研究開發可生物降解的環境友好型材料，聚丁二酸丁二醇酯（PBS）具有良好的生物降解性和力學性能，因而受到了極大的關注[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，最終降解為對環境無污染的CO2和H2O[7]。在PBS的生物降解過程中，雖然其行為是由微生物主導，但直接起降解作用的是微生物代謝過程中所產生的脂肪酶，即在脂肪酶的作用下，PBS主鏈中的酯鍵發生水解斷裂進而發生降解[8]。因此，提高微生物代謝生產脂肪酶的能力對于促進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，對1株代謝脂肪酶的菌株進行了培養基和發酵條件的優化，以提高其可降解PBS脂肪酶的代謝產量和活力，為后續微生物降解PBS基共聚物的研究提供了基礎數據。

1 材料與方法

1.1 菌種

試驗于2012年12月至2013年3月在陜西科技大學教育部輕化工助劑化學與技術重點實驗室進行。洋蔥假單胞菌（Pseudomonas cepacia）由本實驗室自主分離篩選并鑒定保存。

1.2 培養基

菌種保存培養基：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。

基礎發酵培養基：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基上，于37 ℃培養箱中培養24 h，然后用接種環挑取菌體接于活化培養基中，置于35 ℃，130 r/min搖床上培養24 h后，按6%接種量接入基礎發酵培養基中，在250 mL錐形瓶中裝100 mL基礎發酵培養基，在同樣條件下培養48 h。

1.3 方法

1.3.1 脂肪酶活性的測定 以酶活力為檢測指標，將培養48 h后的發酵液于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 ℃下保存備用。采用Rashid N p-nPP比色法[9]測定發酵液中脂肪酶的活性。在上述條件下，每分鐘水解產生1 μmol對硝基苯酚所需的酶量定義為1個酶活單位（U）。

1.3.2 洋蔥假單胞菌產酶條件的單因素試驗 從基礎發酵培養基出發，研究不同碳源、氮源、培養溫度、培養基初始pH、搖床轉速、接種量、乳化劑及乳化劑含量對洋蔥假單胞菌產脂肪酶的影響，并對其進行分析比較。

1.3.3 培養基優化正交試驗 根據單因素試驗結果，采用L9（34）正交試驗優化發酵培養基各組分，正交試驗設計因素和水平見表1。

1.3.4 發酵條件優化正交試驗 根據單因素試驗結果，選擇接種量、溫度、搖床轉速和培養時間這4個發酵影響因素，采用L9（34）正交試驗優化發酵條件，正交試驗設計因素和水平見表2。

2 結果與分析

2.1 單因素試驗結果

2.1.1 不同碳源對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很多[10]，本試驗中選取了7種物質分別作為發酵培養基的惟一碳源。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組平行試驗中，脂肪酶活性相差不大，說明以菜子油為碳源時洋蔥假單胞菌產酶量及酶活性較高且相對穩定，所以確定采用菜子油作為發酵培養基的碳源。

2.1.2 不同氮源對洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 氮素對微生物的生長發育有著重要意義，微生物利用氮素在細胞內合成氨基酸和堿基，進而合成蛋白質、核酸等細胞成分[10]。從圖2可以看出，以酵母膏為氮源時，洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性最高，而其他7種物質作為氮源時，酶活性均低于酵母膏為氮源時的酶活性，所以采用酵母膏作為洋蔥假單胞菌發酵培養基的氮源。

2.1.3 不同培養溫度對洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 培養溫度的變化能夠影響微生物體內許多生化反應，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，在培養溫度為35 ℃時脂肪酶活性達到最高。說明在培養溫度較低時，微生物生長緩慢，其新陳代謝作用所分泌的胞外脂肪酶量較小，而當培養溫度高于最適培養溫度時，微生物細胞功能急劇下降，易于衰老和死亡。

2.1.4 不同培養基初始pH對洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 環境的酸堿度與微生物的代謝生長和產酶關系密切，pH影響微生物原生質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，且在培養基pH為8.5時活性達到最高。由此可知，洋蔥假單胞菌代謝的脂肪酶為堿性脂肪酶，這與國內外報道相符[11，12]。

2.1.5 不同搖床轉速對洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 搖床轉速的大小直接關系到發酵液溶氧量的多少，氧含量是影響微生物生長的因素之一，不同的微生物對氧的需求量不同。如圖 5所示，洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性在搖床轉速為140 r/min時活性最高，并且在3次平行試驗中，脂肪酶活性相差不大，故其最適搖床轉速為140 r/min。隨著搖床轉速的增大，洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性呈先增加后減小的趨勢。說明轉速過低時，通氣量小，影響菌體的生長繁殖，營養物質難以被有效利用，而當轉速過高時，通氣量又太大，生長繁殖過快，菌體易過早進入死亡期，產生的脂肪酶較少，因此脂肪酶活性差。

2.1.6 不同接種量對洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 接種量和培養物生長過程的延緩期長短呈反比[13]，一般工業上會采用較大的接種量來縮短延緩期。增加接種量，實際上是利用生物的一種群體效應，即通過種內的相互關系（如種內互助），使之更快地適應新環境，縮短生長過程的延緩期，從而縮短發酵周期。如圖6所示，隨著發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。洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶的活性在接種量為9%時最高。在接種量較小時，微生物發酵周期較長，脂肪酶的產率較低；當接種量高于最適接種量時，菌絲密集，空間與資源相對匱乏，營養物質不能滿足菌體的生長需要，導致菌體代謝過程受阻，從而不利于微生物發酵產酶。

2.1.7 不同乳化劑對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，可以改善微生物細胞膜的通透性，使脂肪酶易于分泌到細胞外[11]，因此合適的乳化劑可提高生物的產酶量。從圖7中可以看出，不同乳化劑對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按質量比1∶1復配而成的乳化劑時，可以不同程度地使脂肪酶活性增加且更加穩定，其中Tween-60對其促進作用最大。添加Span-80和十二烷基磺酸鈉時，對脂肪酶則表現為抑制作用。

2.1.8 乳化劑含量對洋蔥假單胞菌代謝脂肪酶活性的影響 在發酵培養基中添加不同濃度的非離子表面活性劑Tween-60來提高細胞膜的通透性，如圖8所示，在一定范圍內添加乳化劑Tween-60，脂肪酶活性比未添加的對照有較大的提高。當添加量低于0.30%時，脂肪酶活性隨添加量質量分數的增加而提高，在0.30%時達到最大；當繼續加大Tween-60用量時，脂肪酶活性開始出現下降，這可能是大劑量的Tween-60對菌體產生了一定的毒害，影響微生物的正常代謝活動及產酶。

2.2 正交試驗結果

2.2.1 基礎發酵培養基主要成分正交試驗結果 根據單因素試驗結果，選擇菜子油為碳源，酵母膏為氮源，Tween-60為乳化劑，培養基正交試驗優化結果見表3。通過直觀分析可知，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，培養基初始pH影響最小，最優組合為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，培養基初始pH 8.0。

2.2.2 發酵條件正交試驗結果 發酵條件正交試驗結果見表4。通過直觀分析可知，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，即培養時間對脂肪酶活性影響最大，接種量次之，培養溫度對酶活性的影響最小，所以選擇脂肪酶活性最高的培養條件為接種量9%，培養溫度35 ℃，搖床轉速130 r/min，培養時間3 d，即E2F2G1H1。

3 小結

以洋蔥假單胞菌為出發菌株，通過單因素和正交試驗，得到洋蔥假單胞菌生產脂肪酶的最優培養基組成為菜子油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。最佳培養條件為接種量9%、培養溫度35 ℃、搖床轉速130 r/min，發酵培養3 d。在此條件下，脂肪酶活性可達32.935 U/mL。同時，從發酵條件正交試驗結果可以看出，適當延長培養時間對脂肪酶活力影響不大，但培養時間過長則會導致部分菌體絲自溶，培養基變黏稠，不利于脂肪酶的產生。

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[11] 汪小鋒.洋蔥假單胞菌（Pseudomonas cepacia）PCL-3產脂肪酶條件優化及純化工藝研究[D].武漢：華中科技大學，2008.

篇5

論文摘要：目前應用于生物醫學中的納米材料的主要類型有納米碳材料、納米高分子材料、納米復合材料等。納米材料在生物醫學的許多方面都有廣泛的應用前景。



1應用于生物醫學中的納米材料的主要類型及其特性

1.1納米碳材料

納米碳材料主要包括碳納米管、氣相生長碳纖維也稱為納米碳纖維、類金剛石碳等。

碳納米管有獨特的孔狀結構［1］，利用這一結構特性，將藥物儲存在碳納米管中并通過一定的機制激發藥物的釋放，使可控藥物變為現實。此外，碳納米管還可用于復合材料的增強劑、電子探針（如觀察蛋白質結構的AFM探針等）或顯示針尖和場發射。納米碳纖維通常是以過渡金屬Fe、Co、Ni及其合金為催化劑，以低碳烴類化合物為碳源，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，在醫學領域中有廣泛的應用前景。類金剛石碳（簡稱DLC）是一種具有大量金剛石結構C—C鍵的碳氫聚合物，可以通過等離子體或離子束技術沉積在物體的表面形成納米結構的薄膜，具有優秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。資料報道，與其他材料相比，類金剛石碳表面對纖維蛋白原的吸附程度降低，對白蛋白的吸附增強，血管內膜增生減少，因而類金剛石碳薄膜在心血管臨床醫學方面有重要的應用價值。

1.2納米高分子材料

納米高分子材料，也稱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、穩定性和優異的吸附性能，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納米復合材料

目前，研究和開發無機—無機、有機—無機、有機—有機及生物活性—非生物活性的納米結構復合材料是獲得性能優異的新一代功能復合材料的新途徑，并逐步向智能化方向發展，在光、熱、磁、力、聲［2］等方面具有奇異的特性，因而在組織修復和移植等許多方面具有廣闊的應用前景。國外已制備出納米ZrO2增韌的氧化鋁復合材料，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，還可殺死癌細胞，有效抑制腫瘤生長，而對正常細胞組織絲毫無損，這一研究成果引起國際的關注。北京醫科大學等權威機構通過生物學試驗證明，這種粒子可殺死人的肺癌、肝癌、食道癌等多種腫瘤細胞。

此外，在臨床醫學中，具有較高應用價值的還有納米陶瓷材料，微乳液等等。

2納米材料在生物醫學應用中的前景

2.1用納米材料進行細胞分離

利用納米復合體性能穩定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應的特性進行細胞分離在醫療臨床診斷上有廣闊的應用前景。20世紀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胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，使所需要的細胞很快分離出來。目前，生物芯片材料已成功運用于單細胞分離、基因突變分析、基因擴增與免疫分析（如在癌癥等臨床診斷中作為細胞內部信號的傳感器［5］）。倫敦的兒科醫院、挪威工科大學和美國噴氣推進研究所利用納米磁性粒子成功地進行了人體骨骼液中癌細胞的分離來治療病患者［6］。美國科學家正在研究用這種技術在腫瘤早期的血液中檢查癌細胞，實現癌癥的早期診斷和治療。

2.2用納米材料進行細胞內部染色

比利時的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），將金納米粒子與預先精制的抗體或單克隆抗體混合，利用不同抗體對細胞和骨骼內組織的敏感程度和親和力的差異，選擇抗體種類，制成多種金納米粒子—抗體復合物。借助復合粒子分別與細胞內各種器官和骨骼系統結合而形成的復合物，在白光或單色光照射下呈現某種特征顏色（如10 nm的金粒子在光學顯微鏡下呈紅色），從而給各種組織“貼上”了不同顏色的標簽，為提高細胞內組織分辨率提供了各種急需的染色技術。

2.3納米材料在醫藥方面的應用

2.3.1納米粒子用作藥物載體

一般來說，血液中紅血球的大小為6000 nm～9000 nm，一般細菌的長度為2000 nm～3000 nm［7］，引起人體發病的病毒尺寸為80 nm～100 nm，而納米包覆體尺寸約30 nm［8］，細胞尺寸更大，因而可利用納米微粒制成特殊藥物載體或新型抗體進行局部的定向治療等。專利和文獻資料的統計分析表明，作為藥物載體的材料主要有金屬納米顆粒、無機非金屬納米顆粒、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，在外磁場的引導下集中于病患部位，進行定位病變治療，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，就能進行免疫學的間接凝聚實驗，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和肝臟分解而代謝掉，并防止藥物對全身的作用。如美國麻省理工學院的科學家已研制成以用生物降解性聚乳酸（PLA）制的微芯片為基礎，能長時間配選精確劑量藥物的藥物投送系統，并已被批準用于人體。近年來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、多肽、基因等活性物質的口服釋放載體方面具有廣闊的應用前景。藥物納米載體技術將給惡性腫瘤、糖尿病和老年癡呆癥的治療帶來變革。

2.3.2納米抗菌藥及創傷敷料

Ag+可使細胞膜上蛋白失去活性從而殺死細菌，添加納米銀粒子制成的醫用敷料對諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠濃桿菌等臨床常見的40余種外科感染細菌有較好抑制作用。

2.3.3智能—靶向藥物

在超臨界高壓下細胞會“變軟”，而納米生化材料微小易滲透，使醫藥家能改變細胞基因，因而納米生化材料最有前景的應用是基因藥物的開發。德國柏林醫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，使癌細胞部位完全被磁場封閉，通電加熱時溫度達到47℃，慢慢殺死癌細胞。這種方法已在老鼠身上進行的實驗中獲得了初步成功［11］。美國密歇根大學正在研制一種僅20 nm的微型智能炸彈，能夠通過識別癌細胞化學特征攻擊癌細胞，甚至可鉆入單個細胞內將它炸毀。

2.4納米材料用于介入性診療

日本科學家利用納米材料，開發出一種可測人或動物體內物質的新技術。科研人員使用的是一種納米級微粒子，它可以同人或動物體內的物質反應產生光，研究人員用深入血管的光導纖維來檢測反應所產生的光，經光譜分析就可以了解是何種物質及其特性和狀態，初步實驗已成功地檢測出放進溶液中的神經傳達物質乙酰膽堿。利用這一技術可以辨別身體內物質的特性，可以用來檢測神經傳遞信號物質和測量人體內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用

納米材料在生物醫學領域的應用相當廣泛，除上面所述內容外還有如基因治療、細胞移植、人造皮膚和血管以及實現人工移植動物器官的可能。

目前，首次提出納米醫學的科學家之一詹姆斯貝克和他的同事已研制出一種樹形分子的多聚物作為DNA導入細胞的有效載體，在大鼠實驗中已取得初步成效，為基因治療提供了一種更微觀的新思路。

納米生物學的設想，是在納米尺度上應用生物學原理，發現新現象，研制可編程的分子機器人，也稱納米機器人。納米機器人是納米生物學中最具有誘惑力的內容，第一代納米機器人是生物系統和機械系統的有機結合體，這種納米機器人可注入人體血管內，進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，殺死癌細胞，監視體內的病變等）［12］；還可以用來進行人體器官的修復工作，比如作整容手術、從基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安裝在基因中，使機體正常運行或使引起癌癥的DNA突變發生逆轉從而延長人的壽命。將由硅晶片制成的存儲器（ROM）微型設備植入大腦中，與神經通路相連，可用以治療帕金森氏癥或其他神經性疾病。第二代納米機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，殺死癌細胞。第三代納米機器人將包含有納米計算機，是一種可以進行人機對話的裝置。這種納米機器人一旦問世將徹底改變人類的勞動和生活方式。

瑞典正在用多層聚合物和黃金制成醫用微型機器人，目前實驗已進入能讓機器人撿起和移動肉眼看不見的玻璃珠的階段［13］。

納米材料所展示出的優異性能預示著它在生物醫學工程領域，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用前景。隨著納米技術在醫學領域中的應用，臨床醫療將變得節奏更快，效率更高，診斷檢查更準確，治療更有效。

參考文獻

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篇6

關鍵詞：有機納米材料；載體；核酸遞送；殼聚糖；聚乙烯亞胺；多聚賴氨酸；樹枝狀聚合物

中圖分類號：Q785文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2017）22-0001-04

自1983年首次研究獲得轉基因煙草以來，植物轉基因技術迅速發展，至2015年全球轉基因作物的種植面積已達到1.797億hm2。植物基因傳遞系統——將外源基因導入植物細胞的方法，是植物生物技術中一個最基本的技術。目前可以使用不同的方法將外源基因導入植物基因組中[3]。根據轉化過程中是否使用載體介導，通常可以分為載體介導轉化和直接遺傳轉化。在常用的載體介導轉基因方法中，農桿菌介導是最廣泛使用的轉化手段；基因槍法是另一種常用的轉基因手段，但是轉化率較低、會產生大量嵌合體等問題是限制其使用的主要瓶頸。將植物細胞酶解去壁后獲得原生質體再進行遺傳轉化，也是一類常用的轉基因方法，但原生質體再生完整植株的難度較大、穩定性差的特點限制了這種方法在植物轉基因中的廣泛應用。針對上述植物轉基因技術的局限，研發新的轉基因方法和挖掘新的基因載體成為現代基因工程研究中的熱點，業界期待著植物轉基因新理論和新技術的突破，來促進植物轉基因技術及其相關產業的發展。相對于源自病毒基因改造的遺傳轉化載體，基于納米材料構建的載體具有制備容易、穩定性好、容易修飾、生物和環境安全性高等優點，因此納米生物技術已成為劃時代、跨學科的研究重點[4]。

根據納米材料的組成，可分為無機納米材料和有機高分子納米材料，其中無機納米材料用作植物轉基因載體開展得較早，已有較多介紹。本文重點介紹有機納米材料載體轉基因技術的特點，并結合其在植物基因轉化研究中的應用實例闡述這些方法的優點及存在的問題，詳見表1。

1天然高分子納米基因載體

1.1殼聚糖（chitosan，簡稱CS）

殼聚糖是廣泛分布于甲殼類動物、昆蟲和真菌細胞壁中的甲殼質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運輸到哺乳動物細胞內，殼聚糖納米載體由于來源天然、生物相容性好、可生物降解、可溶性強、無毒等特點，在生物醫學上成為研究較多的天然高分子納米基因載體系統[5-6]。

在植物轉基因研究中，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納米復合物，直接將綠色熒光蛋白基因（簡稱GFP）轉化到擬南芥原生質體中，但轉化效率很低，而且對細胞有毒害作用[7]。王鳳華等用交聯法制備了殼聚糖納米顆粒，通過靜電作用吸附質粒DNA后，用基因槍法轉化洋蔥細胞，觀察到有8%的細胞轉化成功并表達目的基因[8]。Wang等通過靜電吸附作用將CS/DNA納米顆粒和硒化鎘量子點（簡稱QDs）納米顆粒連接起來，制備了CS/DNA—QDs復合納米顆粒[9]。這種復合納米顆粒對外源基因具有顯著的酶切保護作用，并實現了GFP轉載基因在麻瘋樹細胞內的表達。

從上述研究結果來看，殼聚糖納米載體在植物細胞中的轉化效率較低，對去壁的植物細胞原生質體有一定的毒性。但殼聚糖作為一類天然的高分子聚合物，可以對其進行化學和生物學的修飾來提高它在生理溶液中的穩定性、基因轉移的特異性和在細胞內逃逸的能力。殼聚糖被開發成為一類環境友好的新型植物基因工程介導物質具有較好的前景。

1.2淀粉

淀粉是一類價格便宜、產量豐富、可再生的天然材料，通過物理、化學或者酶解的方法可以大大改善它的性能。在醫藥領域，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。Xiao等利用反向微乳液法合成多聚賴氨酸-淀粉納米顆粒，在乳腺癌細胞中成功地進行了轉化試驗[10]。Liu等研究表明，在利用超聲波介導的基因轉移試驗中發現，多聚賴氨酸淀粉納米基因載體能夠保護DNA，使其不受超聲波的影響，而裸露的DNA則會被超聲波破壞[11]。Liu等在超聲波的作用下，用多聚賴氨酸淀粉納米顆粒將含有綠色熒光蛋白的質粒轉入到盾葉薯蕷和水稻懸浮細胞中并實現了表達[12]。Wang等利用反向微乳液法合成磁性淀粉納米顆粒，包封多聚賴氨酸，連接異硫氰酸熒光素（簡稱FITC），得到了既有熒光標記、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細胞穿膜肽（cell-penetratingpeptides，簡稱CPPs）

細胞穿膜肽是一大類由10～30個氨基酸組成的短肽，具有很強的跨膜轉運能力，能夠攜帶多種活性物質進入細胞，而且可以導入幾乎所有的細胞中[14]。由于細胞穿膜肽具有很強的跨膜轉運能力，對細胞膜不會產生永久性損傷，在一定濃度范圍內對宿主細胞無毒害作用。因此，細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注和廣泛的使用[15]。

在植物基因運載方面，近幾年Lakshmanan等利用細胞穿膜肽載體分別將質粒DNA、dsRNA、dsDNA用注射滲透法轉化煙草和擬南芥的葉片，可以實現外源基因在植物細胞內的瞬間表達或者快速、高效誘導基因沉默[16-18]。最近，Chuah等用含有線粒體定位肽的陽離子聚合物結合質粒DNA，單獨或者同細胞穿膜肽再結合，用注射滲透法轉化擬南芥葉片，孵育12h后，報告基因能夠在擬南芥葉片表皮細胞的線粒體中表達[19]。從已有的研究報道可見，細胞穿膜肽作為基因載體可將質粒DNA、dsRNA、dsDNA轉運進入完整的植物細胞或者某個特定的細胞器中并表達。未來經過優化和提高其轉化率后，細胞穿膜肽這類信號肽類的載體有望成為又一類新興的植物轉基因載體，但其入胞機制特別是如何穿過植物細胞壁還值得進一步研究。

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勢，合成和制備相對容易、經濟，并且能夠規模化生產。目前在植物基因轉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，簡稱PEI）、多聚賴氨酸（poly-L-lyine，簡稱PLL）和樹枝狀聚合物。

2.1聚乙烯亞胺

聚乙烯亞胺是一種常用的陽離子聚合物，是動物細胞轉基因中常用的體外或體內非病毒基因載體，主要以分支狀或線狀結構形式存在[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。這些氨基基團使分支狀聚乙烯亞胺在較寬pH值范圍內具有緩沖能力，即所謂的“質子海綿效應”，PEI/DNA復合物被細胞內吞后，引起外源質子內流，隨后水分大量涌入導致內吞囊泡裂解、釋放出的PEI/DNA復合物穿過核膜進入細胞核，通過這個過程完成基因轉染[21-22]。由于PEI本身對動物細胞有一定的毒害作用，最近主要通過使用交聯低分子量PEI或者將低分子量PEI和生物可分解的陰離子基團結合起來的方法來減少PEI載體對細胞的毒性，提高轉染率[23]。在用于植物基因轉染方面，Ying等以PEI（分子量25000）為載體介導含有綠色熒光蛋白的質粒在擬南芥原生質體中瞬間表達，轉化率達到65%[24]。但PEI是否能進入有壁的植物細胞以及進入植物原生質體的機制尚有待進一步研究。

2.2多聚賴氨酸

多聚賴氨酸是一種以賴氨酸分子為重復單元的線狀多肽結構，它最大的優點是易于對其結構進行修飾，因此常被用作修飾物結合到其他納米材料的表面[25]。在生理條件下，多聚賴氨酸中的氨基被質子化，能與DNA通過靜電作用結合，多聚賴氨酸與DNA能以不同的比例相結合，相應形成從50nm到700nm不同尺寸的微粒。由于多聚賴氨酸缺少等電點處于5～7之間的氨基基團，利用多聚賴氨酸作為基因載體時，須要額外提供輔助因子如加入融合肽或氯喹，以促使溶酶體或內吞體裂解。在植物中尚未見將多聚賴氨酸單獨用作基因載體的報道，多是將其修飾在其他納米材料表面用于結合質粒DNA[19，26]。

2.3樹枝狀聚合物

樹枝狀聚合物指的是一類以內核分子為中心，延伸出許多具有樹枝狀高度分枝結構的球形分子，常用的包括聚乙二胺、聚乙烯亞胺和聚酰胺樹枝狀聚合物[27]。其中，聚酰胺樹枝狀聚合物（polyamidoaminedendrimers，簡稱PAMAM）由于容易合成，也容易得到市售產品，成為一類廣泛使用的基因運送聚合物載體。PAMAM的基本特點是分散指數較低，容易形成球形，不飽和雙鍵數量多，表面功能特性易于控制等。樹枝狀聚合物通常是通過分支末端帶正電荷的基團和DNA帶負電荷的磷酸基團之間的靜電作用相互結合，形成直徑約為50nm的DNA-樹枝狀多聚復合物，能夠保護DNA免受核酸酶的降解作用。在植物轉基因研究中，Pasupathy等曾使用PAMAM將綠色熒光蛋白的質粒導入草坪草的愈傷組織細胞中，轉化率可以達到48.5%[28]。

3高分子納米載體的入胞機制

制備的納米材料與基因耦合構建成的轉基因載體，能否順利穿過細胞壁進入植物細胞，是能否在植物轉基因工程中應用的關鍵。而納米載體的入胞機制和效率，受到納米材料尺寸、表面理化性質、植物細胞壁特征、共孵育環境條件等諸多因素的影響。目前，已經成功將外源基因導入植物細胞的有機納米載體有殼聚糖、淀粉納米顆粒、細胞穿膜肽、聚乙烯亞胺等，揭示的納米載體攜帶外源基因進入植物細胞的機制見圖1。

首先，DNA或RNA等外源分子可以通過疏水作用、靜電吸附作用或共價鍵結合等結合在納米顆粒的表面或者封裝在納米顆粒的內部，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2條途徑將外源基因送進植物細胞并得到表達。一類是利用物理力或場對細胞施加的主動影響，如電激、超聲波、基因槍、外加磁場或低能重離子束場，在細胞上同時形成一些可逆的瞬間通道，外源基因被直接送入到細胞質或細胞核內[29]；另一類是利用載有外源基因的納米顆粒耦合物通過靜電吸附等作用附著在植物組織或細胞的周圍，然后經胞間連絲等細胞壁上的孔隙通過細胞壁，或者利用修飾過的工程納米顆粒同細胞壁上受體的相互作用來擴大細胞壁的孔徑以提高納米顆粒的攝入[16]。穿過細胞壁后，大多數納米顆粒耦合物載體通過細胞膜的內吞作用進入細胞質，有的可能通過細胞膜上的轉運載體蛋白或者離子通道轉運進入細胞質。Ghosh等認為，納米載體攜帶的基因，進入到細胞以后，在細胞內源因素（如pH值刺激）和外源因素（如光刺激）的激發下釋放出納米載體所攜帶的遺傳物質。顯然內源的激發基因釋放機制是按照生物學的方式運作的，而外源的激發基因釋放機制則提供一種可以通過時間和空間控制釋放基因的方法[30]。

其次，DNA導入細胞核并整合到植物基因組中發揮功能。一般來說，分子都是通過核孔復合物進入細胞核的。對于DNA是單獨進入細胞核還是與納米載體整合后一起進入細胞核仍無定論，目前主要有2種理論。一種是納米載體在內涵體或細胞質中被溶解，然后釋放DNA轉運進核，同植物細胞的基因組發生非同源重組，從而整合到植物基因組上得以穩定表達；另一種是攜帶DNA的納米載體直接到達細胞核表面，然后DNA轉運進核，并離開基因載體還原成具有生物活性的DNA，最后經過轉錄、翻譯步驟合成目標蛋白[31]。

4展望

雖然按照構成材料組成可以將納米顆粒分為無機和有機2種，在納米材料載體實際的制備和運用中，通常是充分利用各類材料的優勢，使用的是復合型納米材料。例如常在各類無機納米顆粒和有機高分子材料的表面修飾上多聚賴氨酸、聚乙烯亞胺等高分子聚合物，甚至是再連接上量子點熒光標記或者加上細胞穿膜肽等靶分子，使其成為一個“超級復合納米載體”——可以大量裝載DNA、RNA等外源基因，高效定向地進入有壁的植物細胞實現外源基因的穩定表達。

篇7

【關鍵詞】 生物塑料 降解塑料 發展

石油資源的匱乏、生態環境的惡化是擺在人類面前的急需解決的兩大問題。近年來，歐美日等發達國家和地區紛紛制定相關法規，采用禁止、限用、強制回收等措施限制不可降解塑料的使用，我國在2008年也出臺了限塑令，同時鼓勵生物塑料的應用和推廣。生物塑料是治理塑料廢棄物對環境污染及緩解石油資源矛盾的有效途徑之一，是塑料產業未來的發展方向，市場前景十分廣闊。

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稱。生物基塑料的原料來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品功能角度，達到了科學公認的關于塑料和塑料產品的生物降解性能和可堆肥性能規范標準的生物降解聚合物。這些標準主要是歐洲的EN13432標準，美國的ASTM D6400標準，以及ISO 17088標準。也有部分生物降解塑料和可堆肥塑料是來源于石油基。

二、全球生物塑料產業發展特點

1、政策驅動生物塑料產業快速發展

據歐洲生物塑料協會統計，2011年全球生物塑料產量超過100萬噸，預計到2015年將達到170萬噸。越來越多的企業將生物塑料納入到企業可持續發展計劃中。該產業在發展初期，驅動力主要來自于政府政策推動，以歐美發達國家為主。1989年紐約市開始對生產廠家給予補貼，1996年美國設置了總統綠色化學挑戰獎，2002年要求每一個聯邦機構都必須制定生物塑料使用計劃；德國禁止將含有大于5%有機物含量的固體廢棄物掩埋地下，強制生產傳統塑料袋的企業承擔回收塑料袋的義務；日本給予購買環保產品消費者70%的政府補助，確定了到2020年20%的塑料袋來自可再生資源的目標。

2、原材料生產裝置的制造逐漸轉向亞洲和美洲

目前生物塑料的消費市場主要集中在歐美等經濟發達地區，但近幾年，在對原材料生產裝置的投資集中于亞洲和美洲地區。2011年萘琪沃克公司與泰國PTT公司合作建設年產14萬噸PLA生產裝置；法國阿科瑪和韓國CJCheilJedang公司合作在東南亞建設產能8萬噸/年的生物蛋氨酸和硫代化學品工廠；荷蘭Purac公司在泰國建設7.5萬噸/年乳酸廠；巴西Braskem投資建設20萬噸/年的綠色聚乙烯項目和年產能為40萬噸的新工廠；美國Myriant公司在路易斯安娜州建設全球最大的生物基琥珀酸工廠，產能超過1萬噸；法國BioAmber公司在北美建設生物琥珀酸和改性聚丁烯琥珀酸酯工廠。

3、應用領域逐漸高端化

隨著性能增強，生物塑料向汽車、消費品電子、食品等高端耐用品領域延伸。日本本田、三菱、馬自達、豐田等汽車制造中，從車底板墊、座墊、車門防擦板等多個零部件都有應用，豐田的一款車80%的內部部件由生物塑料制造，在筆記本電腦、手機、復印機等的外殼和零部件也廣泛采用了生物塑料。2012年，英國以激光燒結生物塑料為原料采用3D打印技術建造了纖維尼龍結構房屋模型。

4、原材料種類趨于多樣化

目前市場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，但是這難以替代數量大、品種多的石油系列材料，因此眾多研究機構及企業積極開發新的生物塑料。日本研發了木質生物系列塑料，提高了環境性能和材料特性。英國科學家利用地溝油作為原材料，合成了適于醫療應用的可降解生物塑料。巴西以發酵菌在甘蔗渣中發酵制造的PHA具有生物相容性，可用來生產藥用膠囊。悉尼利用二氧化碳廢氣開發了PPC，可解決當前PPC生物塑料生產上的問題。新西蘭正在研究基于肉類的Novatein生物塑料產品。

三、我國生物塑料產業現狀

21世紀初，國內企業開始涉足生物塑料領域，現已初步建成了涵蓋研究開發、生產加工、應用開發、市場推廣、技術服務的全產業鏈，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、定向轉化、功能化、綜合利用、環境友好化、標準化等方向發展（生物基材料產業科技發展“十二五”專項規劃）。

1、生物塑料產業出具規模

據統計，2012年我國僅生物降解塑料產業總產量約30萬噸，三年復合增長率為27.3%，年產值3000萬元以上企業超過40家，產值超過3億元企業在5家以上。國內知名企業主要有：金發科技、齊翔騰達、鑫富藥業、彩虹精化、揚農化工、大東南、浙江海正生物、武漢華麗環保、寧波天安生物等。

2、部分原材料生產技術處于國際領先

我國生物塑料的發展與其他制造業不同，不是在承接國際產能轉移的基礎上發展起來的，該領域的研發和工業化水平處于世界先進水平，多家高校和科研機構都進行了大量研究，如清華大學、上海同濟大學、四川大學、南開大學、天津大學、天津工業生物研究所、中科院理化所和長春應化所等，研究成果為產業發展提供了技術保障。現已實現產業化的品種有聚乳酸、聚羥基烷酸酯、聚丁二酸丁二醇酯等，部分產品的生產工藝和技術還處于國際領先水平。

3、終端產品研發制造有待于進一步提高

目前國內從事降解塑料制品加工研究的力量尚顯薄弱，大部分企業將關注的重點集中在材料合成上，而忽略了制品加工開發，一些制品在耐熱、耐水及機械強度方面與傳統塑料制品相差較遠，而這一點恰恰是生物塑料能否大規模市場化的關鍵。

4、高端應用領域有待于開發

我國的生物降解塑料制品主要目標市場為：食物軟硬包裝、包裝膜（袋）、垃圾袋、臺布、餐具、地膜、育苗缽、發泡網等，電子、醫療、汽車等高端消費領域產品還不多。

5、國內市場普及率較低

與國外市場相比，生物塑料在國內市場還遠未普及，主要原因在于成本高，是石油基塑料制品的2―10倍，國內消費者雖在環保意識上有所提高，但仍不愿意為此支付較高的費用。其次是產品性能，目前還無法完全滿足消費者需求，石油基降解塑料性能比較穩定，而生物基降解塑料在性能上還存在不足。

6、政策對產業發展推動力不足，產品以出口為主

我國在新材料產業“十二五”發展規劃、生物產業規劃、可再生能源法、863計劃中均有涉及，主要包括：基礎研究、產業化示范工程、產品認證、市場激勵等。但在具體實施上，政策的針對性和可操作性不強，使得國內生物塑料市場推廣緩慢，企業想通過政策打開市場很難。國內大部分產品以出口為主，市場在外不利于行業的持續健康發展。

四、天津（生物）塑料產業發展現狀

1、塑料企業集中度較高

天津市塑料產業，2012年規模以上企業302家，從業人員60867人。塑料產業主要集中在寶坻區、西青區、靜海縣，其中以寶坻區塑料產業規模最大，寶坻塑料制品工業區規劃面積10.8平方公里，重點發展塑料原材料加工、農用塑料、工程塑料、塑料建材生產及塑料加工機械制造。

2、中小民營企業占主體地位

天津市塑料產業規模以上企業有302家，其中國有企業只有5家，國有企業工業總產值占地區工業總產值的4.6%，并呈逐年下降趨勢（2011年為5.46%）；規模以上民營企業236家，工業總產值占地區工業總產值的94.54%。民營企業以小微企業為主，共255家。

3、環保、功能性是產業發展的主題

天津塑料產業在技術創新、產品創新方面取得了一定的成就，企業在產品研發中把握世界塑料發展趨勢，在環保、提高性能方面投入了大量資金，開發了一批暢銷國內外的塑料制品。比如：久大塑料制品公司的可回收環保購物袋、旭輝恒遠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、生物塑料是產業轉型的重要方向

自上世紀90年代以來，天津傳統塑料制品行業相對于我國華南、東南沿海的廣東、浙江、江蘇和上海等省市地區發展速度慢了一些，企業經營模式陳舊、規模偏小。同時，部分企業開始轉至生物塑料領域，2008年國韻生物獲得帝斯曼風險基金、崇德投資、中國環境基金、KPCB、北極光創投等七家共計2000萬美元的投資，成立國內最大的PHA的生產基地。天津市塑料產業逐漸向生物塑料方向發展。

5、在生物塑料方面具備一定的研發基礎

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。天津工業生物技術研究所開發了以木薯為原料煉制丁二酸的生物合成技術，并與山東蘭典生物科技股份有限公司合作實施“非糧原料生物煉制琥珀酸及生物基產品PBS產業化”項目，實現我國PBS下游產品規模化生產。天津大學理學院、南開大學生物活性材料研究教育部重點實驗室等研究機構也在生物塑料領域各有建樹。

五、天津市發展生物塑料產業的建議

1、加強生物塑料新產品開發研究

天津是較早開展生物塑料研究的地區之一，在生物材料研究方面取得了豐碩的成果，但主要研發方向是高分子材料，而先進成型工藝、高性能的結構設計和產品設計方面總體研發力量薄弱。加強新產品的開發是擴大生物塑料產業化的重要手段。一是要加強新產品應用研發，開發具有自主知識產權的創新型產品，圍繞天津市塑料研究所開發醫用生物塑料系列制品，引領生物塑料向高端化發展；二是要加大生物塑料制品加工研究，提高產品性能，促進產品的大規模市場化，降低成本以替代石油基塑料制品。

2、加大政策支持力度，推動塑料加工企業轉型升級，

給予以生物塑料產品生產企業稅收優惠、價格補貼、設立專項資金等政策，鼓勵傳統塑料制品企業向生物塑料制品轉型，一是解決塑料產業的低迷，二是利用天津在塑料加工方面良好的產業基礎，加強生物塑料制品加工能力。適當限制甚至分期分批禁止某些傳統塑料制作的一次性非降解包裝產品。

3、建立生物塑料研發平臺，促進科研成果轉化

加快突破生物基材料制造過程的生物合成、化學合成改性及樹脂化、復合成型等關鍵技術，促進重要生物基材料低成本規模化生產與示范。依托天津大學、南開大學、天津工業大學等研究機構，構建生物基材料研發轉化平臺，促進研究機構科研成果向企業轉化，提升企業科技創新能力，為生物塑料產業培育提供科技支撐。

4、市場推廣先國外后國內，提高環保消費理念

生物塑料制品市場主要在歐美地區，采取先立足國外市場，逐漸培育國內市場的策略。價格高是影響我國市場推廣的重要因素，我國消費者對價格的承受能力較差，國內市場尚未打開。提高消費者環保消費的理念對于打開國內市場至關重要。

【參考文獻】

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篇8

【關鍵詞】 秸稈 塑料 橡膠 復合材料

1 引言

我國是一個農業大國，秸稈資源非常豐富，每年產量達數億噸。據農業部項目專家預測，到2015年我國的秸稈總產量達到7.5億噸。目前，我國利用農作物秸稈的主要途徑有：秸稈還田，作為飼料使用，作為能源，作為工業原料，作為復合材料使用等。但是總的看來，秸稈的利用率還是較低，利用不科學，焚燒現象仍然存在。因此，科學合理利用秸稈資源具有重要的環保和經濟價值。

農作物秸稈的化學成分主要含有纖維素、半纖維素和木質素。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-射線研究認為，纖維素是由結晶區和無定形區交錯連接而成的二相體系，其中還有許多的空隙，一般認為，天然纖維素的結晶度為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材料使用。它與許多無機及合成纖維相比有許多優點，如價廉、易得、密度低，具有較高的拉伸強度和模量，加工能耗小，而且具有可再生性和生態環境相容性，對環境污染及人體危害小。將天然農作物秸稈作為填料或增強材料的研究是當前復合材料領域中的研究熱點。用天然植物纖維增強聚合物是一種新型的綠色環保型復合材料，符合生態環境要求，具有巨大的經濟潛力。在國外，天然植物纖維增強復合材料已經被用于汽車工業、建筑業、運輸業、航空業等。

2 秸稈復合材料

秸稈復合材料是以秸稈為原料，與塑料、橡膠、熱固性樹脂等其它材料進行復合，利用特定的生產工藝，生產出可用于環保、木塑產品生產的高品質、高附加值功能性的復合材料。目前，主要有秸稈/塑料復合材料、秸稈/橡膠復合材料、秸稈/水泥混凝土材料、秸稈功能復合材料、人造板材等。

2.1 秸稈/塑料復合材料

李忠明等運用秸稈與聚丙烯復合制備了能替代木材使用的復合材料。考察了秸稈含量、界面處理劑用量對復合材料力學性能、流動性及形態的影響。發現復合材料的拉伸強度和沖擊強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合力，采用了復合處理的方法，對麥秸稈表明進行處理，然后通過熔融共混、模壓成型的方法成功制備了麥秸稈/聚丙烯復合材料，并研究了材料的力學性能，表明其有良好的應用前景，但是過程中會產生廢水、廢氣造成新的污染，因此有待進一步研究和改進。楊鳴波等運用化學方法，對秸稈進行表面處理，然后與聚氯乙烯塑料進行混合，并制備了具有良好性能的秸稈/聚氯乙烯復合材料，并對其結構進行了微觀表征，力學性能進行了研究。滕翠青等制備了秸稈纖維增強復合材料，并研究了其可降解性能，對其老化現象和使用壽命作了較為科學的評價。為秸稈纖維增強復合材料的應用提供科學的參考依據。許民等以麥秸、廢舊聚丙烯為主要原料，研究麥秸/聚丙烯復合材料熱力學性能及界面結合特性。劉飛虹等利用玉米秸稈粉體作為增強材料與聚乙烯通過擠出機進行復合，成功制備了結構粉體/聚乙烯復合材料，研究了復合材料的工藝可行性及力學性能。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，并發現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/橡膠復合材料

橡膠作為一種應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/橡膠復合材料，并全面的研究了復合材料的工藝性能、力學性能、老化性能等。研究發現，秸稈的粒徑、填量、表面性質等對復合材料的硫化時間、焦燒時間、拉伸強度、撕裂強度、硬度等工藝和力學性能有明顯的影響。秸稈具有良好的填充效果，可以明顯降低復合材料的成本。為秸稈在橡膠彈性材料中的應用作了初步地探索。

2.3 秸稈/水泥混凝土材料

肖力光等以東北地區當地的麥秸稈和玉米秸稈為主要原料，粉碎后，摻入到水泥中，制備了秸稈水泥復合材料混凝土，深入研究了材料的水泥和秸稈界面，基體相界面，秸稈與水泥的復合效果以及復合材料的力學性能等，研究結果表明，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用的應用做了較為全面的探討。

2.4 秸稈功能復合材料

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1.過度包裝泛濫

在商品銷售過程中，常言道“三分賣產品，七分賣包裝”，可見包裝對于產品的銷售價值具有無可替代的作用。然而，在市場需要淺析綠色理念下產品包裝設計的發展屈貞財盧芳芳和消費者視覺需求的驅動下，產品包裝設計走入過度包裝的誤區。過度包裝是指包裝設計采用過多的原材料，包裝結構過大、過重，色彩設計過于華麗，制作成本過于昂貴，文字表述過于夸大，往往冠之以“第一”“之最”等。常見的如故意增加包裝層數，大盒套小盒，盡管外觀漂亮，卻名不副實；有的產品很小，然而包裝體積卻很大，喧賓奪主；還有的商品采用實木、金屬制品包裝，大大增加了包裝成本。過度包裝不僅背離了包裝本身的作用，而且污染環境，還造成巨大的資源浪費，嚴重損害消費者和社會的利益。

2.產品包裝結構不合理

產品包裝結構不合理主要體現在兩個方面。一方面是指過度增大產品的內包裝結構空間或將包裝結構復雜化。每年中秋節，各種琳瑯滿目的月餅包裝就是最好的例證。商家和設計師們設計的月餅盒包裝很大、很華麗，經常是外面一個大盒子，里面僅有幾個月餅，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，如此繁瑣的包裝結構不僅造成材料浪費，同時也給消費者帶來不便。另外，也有商家打著綠色包裝的旗號，為了企業的利益將各類包裝材料堆積在一起，設計的包裝結構層層疊疊。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，卻極大地浪費資源，拆卸后的廢棄物還污染環境。另一方面，現行的包裝結構并沒有考慮便利性和安全性這兩大特點。如市面上出售的各類罐頭、鐵盒包裝，盡管密封性很好，但是往往不容易開啟，如果消費者是婦女、兒童，將會帶來極大的不便。同時，有些鐵質或塑料包裝，極易劃傷消費者，也會嚴重挫傷消費者的購買積極性。當代的設計只有迎合大眾的消費需求，更加貼近現代人的生活，才能真正體現設計的社會責任。

3.產品包裝材料不環保

2008年我國出臺了影響甚大的“限塑令”，然而由于政策落實不到位，手提塑料袋、一次性泡沫飯盒、塑料食品包裝等在餐廳、醫院、商店及街頭巷尾依舊隨處可見，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、己內酰胺單體等，用其盛裝食品時，極易遷移到食品中，人們食用后會引發各種病變。同時，各類食品包裝都需要印刷，現行的印刷油墨往往含有VOC，不耐高溫，當與食品直接接觸后，極易遷移到食品上去，引發食品變質等現象，對人體健康造成嚴重危害。

4.產品包裝設計缺乏創新

當前的設計行業，許多設計師在利益誘惑下，所設計的作品也大多是絢麗色彩和華麗說辭的堆積，很少有創意的思維。此外，為了吸引消費者的青睞，許多產品包裝的視覺設計往往模仿品牌產品，視覺效果大同小異，圖案與色彩接近名牌，然而卻失去了設計的原動力。現代社會競爭越來越激烈，如果一味地模仿市場上已經成熟的包裝設計，只是將其名稱或圖案稍加修改，在包裝的視覺上毫無創意，輕則會惹來侵權的麻煩，重則會挫傷消費者的購買心理，嚴重制約包裝設計的健康發展。

二、綠色設計理念的內涵

綠色設計源于20世紀60年代在美國興起的反消費運動。到了90年代，隨著全球性產業結構的調整和人類對客觀認識的日益深化，在全球掀起了一股“綠色消費浪潮”。在這股“綠色浪潮”中，設計師們更多地以冷靜、理性的思考來反省20世紀以來工業設計的歷史進程，從而引出綠色設計概念。綠色設計也稱為生態設計、環境設計、環境意識設計等，是指在產品及其生命周期全過程的設計中，要充分考慮對資源和環境的影響，在充分考慮產品的功能、質量、生命周期和成本的同時，要優化各相關因素，使產品及其生產過程對環境的總體負效應降到最小，使產品的各項性能指標符合綠色環保的要求。綠色設計一般具有四方面的內涵，即“4R1D”原則：Reduce（減量化）、Recycle（回收再利用）、Reuse（重復利用）、Recover（復原）和Degradable（可降解）。主要體現為：設計的材料最省，產生的廢棄物最少，且節省資源和能源；易于回收再利用和再循環；廢棄物燃燒產生新能源而不產生二次污染；設計的包裝材料可自行分解，不污染環境。推行綠色設計的目標，就是要以保存最大限度的自然資源，形成最小數量的廢棄物和最低限度的環境污染。

三、推行產品包裝綠色設計的有效途徑

1.注重人文關懷

功能是結構設計的前提，結構是功能實現的手段。包裝結構的綠色設計，必須以設計的功能性和理性化為前提，不僅體現包裝的本質功能（保護商品免受損壞，便于運輸與倉儲、促銷），還要體現設計者對消費者的人文關懷，注重精神層面的價值。產品包裝設計在消費者攜帶和使用過程中應盡量體現對使用者的關心，能夠觸動消費者內心的訴求，充分體現人性化設計原則，符合人機工程學。綠色設計注重人文關懷還體現在產品包裝的便利性，能便于銷售、攜帶和使用，便于開啟、重封等。日常生活中，人們往往會遇到精美的包裝卻難以打開。如市面上的一些金屬罐頭包裝，因開啟困難，消費者經常要借助菜刀、鉗子等工具才能打開包裝，還容易割傷使用者。在綠色設計理念下，融入人性化設計要素，可在包裝頂部增加一個開啟的拉環，在不影響包裝密封性的前提下輕易就能開啟，從而賦予包裝人性化內涵。在綠色設計的原則之下，設計者要了解產品的消費群體，調查其生活習慣、消費方式、文化層次、心理訴求以及喜好等，并以這些因素為起點，賦予產品包裝設計的人性化，重點體現設計的人文關懷。

2.提倡趣味設計

趣味設計是在后現代語境背景下發展起來的，與現代主義的單調相對立，追求感性上的快樂。趣味設計具有追求自由和游戲精神，不拘泥于任何現狀和世俗狀態，表現出鮮活的生命力和自由的創造力。趣味性商品包裝設計是指在包裝的結構、功能、色彩等方面，運用能夠吸引消費者眼球的元素，創造出帶給消費者快樂的體驗。在綠色設計理念的引領下，產品設計增加趣味性，不僅可以使產品從眾多商品中脫穎而出，而且還能給消費者帶來美的感受。趣味性表達手法是豐富多樣的，關鍵在于準確表達情趣。最為常見的表現手法就是仿生的設計手法，設計者可以對樹、草、花等原本沒有感情的事物賦予它可愛的特征、精神與想法，運用夸張的手法，將設計者想要表達的情感展現出來，促成購買行為。綠色設計的目的在于服務人們生活，商品的包裝設計增加趣味性，可以極大地提高人的視覺美感，從而給人帶來物有所值的感覺。

3.把握消費心理

消費者的心理需求是產品銷售的終極市場。人們的消費心理存在多維性和差異性，這就決定了產品包裝設計必須要把握消費者的心理訴求。研究表明，能引起消費者共鳴的包裝設計，具有強烈的視覺刺激感，可以迅速激發消費者的購買欲，從而促進產品的銷售。因此，產品的綠色包裝設計必須要調查消費群體特征，依據不同的消費人群設計不同的產品包裝。比如，80后注重個人性格的張揚，懷舊成為他們的共識，設計作品時要注重融入一些感懷的元素，易調動他們的興趣；90后則追求時尚、自由、個性，喜歡凸顯潮流的造型，設計產品包裝時需注重他們對“酷、炫”的文化追求。綠色設計理念下的商品包裝設計只有準確把握和運用消費者的心理特性，才能最大限度地促進商品消費。

4.強調環保安全

綠色設計理念的提出，其本質就是環保安全，更好地為人類生活服務。隨著現代科學技術的不斷發展，產品包裝設計的綠色化最終歸結為包裝材料的綠色化。這就要求在選用包裝材料時，盡可能地選用環保的天然材料、無毒無害的綠色材料、以及可回收或降解的有機材料。在產品包裝設計中，可充分利用竹、木、紙等原生態材料，擴大包裝品種，提高技術含量。如采用干草包裝土雞蛋，簡潔實用；用竹編籮筐放置食物，安全環保；用竹葉包裹粽子，清新飄香。設計的產品包裝一般都需要印刷圖案，這就需要采用綠色環保油墨。目前，進入市場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。這些環保油墨的投入使用，大大提升了產品包裝的安全性，為未來商品包裝的綠色發展指明了方向。可降解包裝材料被認為是最具有發展前景的生態材料之一，對環境不造成污染。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，可用作有機肥料，促進植物生長。

四、結論

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改革開放30余年來，隨著我國工業化進程的快速推進，大量開發化石資源，使用化石能源，推動了我國經濟的高速發展，但也帶來了嚴重的資源與環境問題。黨的十把科學發展觀作為我黨和我國全面工作的指導思想，我們要落實科學發展觀，使經濟發展與資源環境相協調，就必須要發展生物質產業等低碳經濟。要堅持走生產發展、生活富裕、生態良好的文明發展道路，大力建設生態文明，建設以資源環境承載力為基礎、以自然規律為準則、以可持續發展為目標的資源節約型、環境友好型社會，實現速度和結構質量效益相統一，使人民在良好的生態環境中生產生活。這就需要我們發展生物質產業等低碳經濟，保證生態環境的良好。發展生物質產業等低碳經濟是貫徹落實科學發展觀的必然選擇和客觀要求。

二、按科學發展觀的要求認識發展生物質產業

的重要戰略意義科學發展觀的基本要求是以人為本，全面協調可持續發展。我們所追求的發展，不是片面的發展、不計代價的發展、竭澤而漁式的發展，而是全面的發展、協調的發展、可持續的發展、以人為本的發展。因此，我們推進發展，必須充分考慮資源和環境的承受能力，考慮發展過程中的能源、資源、環境及民生等突出問題。生物質產業緊扣“環境、能源、資源、三農”四大主題，具有重要的戰略意義，切合科學發展觀的內在要求。

（一）生物質產業是發展循環經濟、保護環境、實現可持續發展的重要途徑我國大氣環境污染物的主要來源是工業化產品的生產和消費。我國主要依賴煤炭作為能源資源，煤炭占整個能源結構的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和消費活動造成的。過分使用化石原料已造成嚴重的環境污染，減排溫室氣體和減緩全球大氣變暖已成為人類的共識。目前我國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，預計到2020年，二氧化硫和氮氧化物的排放量將分別達到4000萬噸和3500萬噸，而環境容量僅分別為1620萬噸和1880萬噸；酸雨區面積已占到國土面積的30％左右。隨著我國工業化和城市化進程的加快，汽車尾氣排放造成的污染也在逐年加劇。2005年，我國汽車保有量超過3100萬輛，機動車尾氣排放已經成為大城市空氣污染的重要來源，其中氮氧化物排放量已占總量的50%，一氧化碳占85%。中小城市機動車保有量日益增加，如不及時提高機動車尾氣排放標準和燃油品質，到2015年，城市機動車污染物排放量將比2000年上升一倍。如果不對汽車尾氣排放采取有效的治理措施，機動車排放對大氣的污染將帶來更加嚴重的后果。汽車尾氣不僅直接威脅著人體健康，而且會造成巨大的經濟損失。與此同時，大量的農林剩余物、畜禽糞便等有機廢棄物，既是污染源又是潛在的農林生物質和綠色化工產品的原料資源。建立高效的農林生物質轉化產業體系，不僅可以提供豐富的清潔替代材料、能源和綠色化學品，實現物質和能量的循環利用，還將帶動荒山荒地、沙灘地、鹽堿地等發展生物質資源，有利于減輕土壤侵蝕和水土流失，保護生物多樣性，改善生態環境。生物質中有害物質(硫和灰分等)的含量僅為中質煙煤的1/10左右。同時，生物質二氧化碳的排放和吸收形成自然界碳循環，如生長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。有數據表明，目前我國森林年均凈增長活立木蓄積量4.97億立方米，年凈吸收9.09億噸二氧化碳，其能源利用可實現二氧化碳零排放，擴大生物質資源利用是減排二氧化碳的最重要的途徑，如能實現替代5000萬噸石油的消費，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、實現丁醇、生物汽油等生物質液體燃料規模化生產的話，以年產1億噸計，每年二氧化碳減排量達3.7億噸，實現5.5%的二氧化碳減排目標。

（二）發展生物質產業是調整能源結構、保障能源安全的重要措施我國已探明的人均煤炭、石油和天然氣資源分別為世界平均值的42.5%、17.1%和13.2%。可以說我國是礦物質能源十分貧乏的國家。2007年我國一次能源消費總量約64.8億噸標煤，約占全世界總能耗的16.8%。隨著我國經濟的快速發展，原油消費量及進口量持續快速增長，經濟發展的能源壓力越來越大。2011年我國原油消費量達到4.54億噸，其中2.53億噸靠進口，對外依存度高達56.5%。預計到2020年，中國石油消費量將達4.5～6.1億噸，而國內的供應量只有1.8～2億噸，缺口達2.5～4.3億噸,­對外依存度將達76.9％。過分依賴進口原油，對我國能源和資源供應戰略安全構成了潛在威脅，直接關系到我國經濟的快速增長和社會的可持續發展。生物質資源是唯一可以轉化成為氣體、液體、固體能源和替代石油基化工產品的可再生資源，是人類賴以生存和發展的重要基礎資源，將成為未來替代石油、天然氣等化石資源的最佳選擇。專家研究指出，中國有著豐富的生物質資源。據初步估計，我國僅現有的農林廢棄物約合7.4億噸標煤（實物量為15億噸），可開發量約為4.6億噸標煤；預測2020年將分別達到11.65億噸和8.3億噸標煤。因此，充分利用林業資源開發生物質能源，可以優化我國能源結構，減少對石化燃料的依賴，保障國家能源安全。目前，世界高分子材料的產量大約2億噸/年，我國高分子材料中僅塑料生產就高達1900萬噸，消耗約2000萬噸石油資源；聚酯、聚醚多元醇用于制備聚氨酯節能保溫材料全球總產量已超過1000萬噸/年；表面活性劑全世界市場消費量已超過1000萬噸，生物降解塑料（BDP）市場需求將每年增加30%，到2012年BDP的市場規模將超過150萬噸。預計到2020年，生物基材料將替代10%～20%的化學材料。國內化石基合成材料(樹脂、纖維和塑料等)總產量超過7000萬噸，聚酯、聚醚多元醇年生產能力達150萬噸，表面活性劑300萬噸，增塑劑160萬噸；可降解塑料在中國市場需求量將達400萬噸。這些材料的制備主要依賴石油資源，生物基替代產品不足1%。[9-11]雖然我國具有煤炭資源優勢，但從長遠和戰略上考慮，能源的多元化和發展生物質等可再生能源已是大勢所趨，開發各種替代能源已成為我國及世界能源持續發展的緊迫課題。如果能推廣“能源農業-能源林業-能源工業一體化發展模式”來發展生物質產業，使2020年的生物質資源總量達到15億t/a標準煤，并將其中50%的資源用于生產液體燃料，屆時可為我國石油市場提供2億噸液體燃料；如果將當前農林廢棄物產量的40％作為電站燃料，可發電3,000億度，占目前我國總耗電量的20%以上。從而可有效地改善能源結構，緩解能源危機，促進能源向多元化方向發展。

（三）­發展生物質產業是促進農村經濟發展，增加農民收入，建設社會主義新農村的重要舉措，是以人為本的具體體現科學發展觀的核心是以人為本，我國廣大農村具有豐富的生物質資源，發展生物質產業可以促進農民收入增長，改善農民生活。“農林生物質綜合開發利用”已被《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》列為農業重點領域的優先主題，強調要重點研究開發高效、低成本、大規模農林生物質的培育、收集與轉化關鍵技術，沼氣、固化與液化燃料等生物質能以及生物基新材料和化工產品等生產關鍵技術。其主要原因在于：一是有利于建設經濟繁榮的新農村。生物質原料主要來源于農業生產，通過加快農林生物質資源轉化，發展生物質產業可加速農業領域的拓展和延伸，加速農業和農村的工業化與城鎮化進程，培育農業產業新的增長點，促進農業增長方式轉變，實現農業增效、農民增收，為“三農”提供一個新的生產領域和增收渠道。同時邊際性土地的利用，也將給農村經濟和農民帶來巨大的經濟利益。二是有利于建設村容整潔、環境優美的新農村。畜禽糞便是我國水體的嚴重污染源，­我國有1.5億畝農田覆蓋地膜，5～7年后土壤肥力下降。通過對農林廢棄物或污染物的資源轉化，緩解了農村秸稈、畜禽糞便和石油基地膜等方面的污染，改善農村的人居環境，促進了農村衛生狀況和生態環境的優化。三是有利于建設資源節約型的新農村。通過對可再生生物質資源的轉化利用，拓展了資源利用途徑，提高了資源利用水平，推進了資源節約和循環利用。四是有利于建設文明和諧的新農村。我國有9億農村人口，約50％分布在山區、林區、沙區，約65%的農民生活仍然采用傳統的煙熏火燎和低能效的直燃式，350萬戶偏遠地區農村至今還沒有用上電。將生物質資源轉化成能源產品不僅將催生新興的綠色新能源產業，同時將為農村提供電能、熱能、生物可燃氣等清潔能源，促進農民生活方式的改變，提高農民生活質量，建設文明和諧的新農村。如果通過生物質資源高效利用，全國每年50%的作物秸稈、40%的畜禽糞便、30%的林業廢棄物，開發5%（約550萬公頃）的邊際性土地培育農林生物質資源，可以催生1000個生物質企業，帶動500萬農戶，促進1000萬農業勞動力轉移，農民增收400億元，使4000萬農戶生活用能效提高2-3倍。

（四）發展生物質產業是促進林業產業和林業生態兩大體系建設協調發展的有效途徑發展生物質產業可充分挖掘不適宜農耕的宜林荒山荒地的生產潛力，與林業生態工程建設相結合，實施能源林基地建設，培育適地適樹的能源樹種，加大抗逆能源林種植，具有保持生態平衡、降低水土流失、調節氣候的作用。同時，能源林特別是木本燃料油植物具有規模化種植的巨大優勢，建立木本燃料油植物基地可以一次投入，而受益期卻長達40～50年，只采收果實或種子不砍伐樹木，不會造成對生態系統的破壞。發展林業生物質能源，建立具有林業特色的“能源林基地—林業生物質能源加工”一體化的林業生物質能源工程產業鏈，可帶動能源林業、特色資源原料林基地建設和新能源產業的大發展，拓展林業產業的領域，也對生態環境改善帶來積極作用，從而促進完備的林業生態體系和發達的林業產業體系兩大體系建設。

三、以科學發展觀指導生物質產業的健康發展

（一）制定相關政策，鼓勵和支持企業投資生物質產業生物質產業在現階段主要是從生態環境、環境保護的角度出發,從中長期來看,將要彌補資源有限性的不足，目前社會效益遠遠大于經濟效益。在目前發展階段,需要國家的政策扶持和財力支撐。國家應在財政、稅收、金融及研發投資方面制定優惠政策，鼓勵企業投資生物質產業。

（二）強化科技自主創新，掌握關鍵技術，消除二次污染，實現綠色發展生物質產業是一項技術密集型產業。在科技創新體系的建設中，要把生物質產業領域的科技自主創新作為優先發展領域，重點加強優質速生生物質資源選育、栽培和示范基地建設，開發林業生物質能源及材料的高效低成本轉化以及副產物綜合利用技術。生物質產業是以生物質資源為原料通過化學及生物技術生產生物基產品的產業，不同的生物質利用技術在生產過程中會不同程度地對環境造成二次污染，如不能有效解決，必將降低市場競爭力，影響生物質產業的發展。必須要加大科技投入，減少二次污染的產生，實現綠色發展。