我对生物材料的认识和看法

我对生物材料的认识和看法

生物材料，也称为生物医学材料，是以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命的材料，具有天然器官组织的功能或天然器官部分的功能，是生物医学科学中的最新分支学科。

生物材料的开发和利用可以追溯到3500年前，古埃及人开始利用棉纤维，马鬃作缝合线缝合伤口；印第安人则使用木片修补损伤的颅骨；2500年前，中国和埃及的墓葬中就发现了假牙，假鼻和假耳；1588年人们用黄金板修复额骨；1775年就有用金属固定体内骨折的记载；1851年发明了天然橡胶的硫化方法，有人采用硬胶木制作了人工牙托的腭骨。总体来讲，生物材料的发展可以分为3个阶段：

①无害阶段。这一阶段主要采用对人体组织化学惰性的无害材料。目前惰性生物材料主要品种有金属材料，如不锈钢、钛基合金等；非金属材料，如氧化铝、氧化硅、铝酸钙等陶瓷；有机高分子材料，如聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、碳纤维等；复合材料，如纤维增强聚合物材料、金属-陶瓷复合材料。

②有益阶段。这一阶段表现在生物材料的生物化，重点为对惰性生物材料所制成的人工器官和医疗器械在使用过程中与组织或血液产生的界面反应和惰性生物材料的生物化-即在不破坏原有材料性能的基础上，通过表面改性设计使材料在长期使用过程中与细胞亲和性好，不产生炎症、凝血、畸变、甚至癌变等反应的研究。

③真正的生物材料阶段。这一阶段主要是组织工程支架材料，特点是：无毒，具有良好的生物相容性和组织相容性；可降解吸收，在组织形成过程中材料降解并被吸收；可加工性，尤其是能形成三维结构并有较大的孔隙率，以便进行营养物质传输、气体交换、废物排泄；使细胞按一定形状生长，良好材料-细胞界面，利于细胞黏附、增殖、激活细胞特异基因表达等。

到目前为止，被详细研究过的生物材料已有一千多种 ,医学临床上广泛使用的也有几十种 ,涉及到材料学的各个领域。目前生物医用材料研究的重点是在保证安全性的前提下寻找组织相容性更好、可降解、耐腐蚀、持久、多用途的生物医用材料，具体体现在以下几个方面：

①提高生物医用材料的组织相容性。途径主要有两种，一是使用天然高分子材料；二是在材料表面固定有生理功能的物质。

②生物医用材料的可降解化。通常应用生物相容性的可降解聚合物去诱导周围组织的生长或

作为植入细胞的粘附、生长、分化的临时支架。其中组织工程材料除了具备一定的机械性能外，还需具有生物相容性和可降解性。

③生物医用材料的生物功能化和生物智能化。利用细胞学和分子生物学方法将蛋白质、细胞生长因子、酶及多肽等固定在现有材料的表面 ,通过表面修饰构建新一代的分子生物材料 ,来引发所需的特异生物反应，抑制非特异性反应。

④开发新型医用合金材料。生物适应性优良的Zr、Nb、Ta、Pd、Sn合金化元素被用于取代钛合金中有毒性的Al、V等，各项性能均得到显著的提高。

⑤作为研究热点的纳米生物材料。目前取得实质性进展的是纳米控释技术和纳米颗粒基因转移技术。这种技术是以纳米颗粒作为药物和基因转移载体，将药物、DNA和RNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面，同时也在颗粒表面耦联特异性的靶向分子，通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合，在细胞摄取作用下进入细胞内，实现安全有效的靶向性药物和基因治疗。

⑥增强生物医用材料的治疗特性。研究表明，肿瘤部位的神经和血管都不发达，通过温热疗法可以选择性杀死癌细胞。通常采用铁磁材料植入肿瘤部位，在交变磁场作用下通过磁滞加热使癌细胞死亡。由于铁磁材料不具备生物活性，加热后要用外科手术的方法去除，给患者带来不便。而铁磁微晶玻璃（Fe2O3 - CaO -SiO2）可以将磁滞与良好的生物相容性结合，即使长期留在人体内也无不良影响。

⑦研制具有多种特殊功能的生物材料

研究热点：

（1）生物材料表面改性：改进和发展生物医用材料的血液相容性和组织相容性以及生物材料分子相容性评价新方法研究。

（2）组织工程材料：研究具有全面生理功能的人工器官、组织支架材料、研究新的降解材料。

（3）复合生物材料，有效解决材料的强度、韧性及生物相容性问题

（4）血液净化材料，利用滤膜、吸附剂等生物材料，将体内内源性或外源性毒物（致病物质）专一性或高选择性地去除，从而达到治病的目的。是治疗尿毒症、各种药物中毒、免疫性疾病、高脂血症等各种疑难病症的有效手段。

（5）纳米生物材料，在医学上主要用作药物控释材料和药物载体

（6）口腔材料，牙科陶瓷技术沿着克服材料的脆性，精确测定牙的颜色并提供组成、性能稳定的陶瓷材料的方向发展。

（7）生物体植入集成电路，包括生物功能修复集成电路的设计与制造；生物功能修复IC 封装材料及其生物相容性研究；生物电传感材料及其生物相容性研究。

我觉得，未来的生物材料的发展应该朝着两个方向进行。一方面，对于在无害阶段和有益阶段成功研制或者已经应用到临床的生物材料，应该进一步研究使其机械性能进一步增强，使用寿命进一步延长，来暂时缓解人类对更好的生物材料的迫切需求。例如，人工髋关节中金属头与金属杯之间的摩擦造成骨溶解，从而导致关节松动。研究人员通过各方面的研究，找到了更好的材料，将金属头和金属杯换成陶瓷头和陶瓷杯，使两者之间的摩擦降低了100多倍，而且还增加关节的灵活性。这一改进目前已经广泛地应用到临床治疗中，保证了患者在更长的使用时间内不发生明显的问题，从而提高其生活质量。我们可以在这个方面进一步做下去，来提高已有材料的生物性能。；另一方面，还要加强第三代医用材料和组织工程材料的开发。开发的生物材料如需要降解，应该能够充分降解，尽量减少在身体内的残留，但同时应该和组织生长的速度保持同步，当组织生长修复完成时生物材料最好能恰好降解完成；如果不需要降解，应该具有更好的组织相容性，更低的组织溶解性，更强的机械性，更好的灵活性，以求达到更好的使用效果。生物材料中还应该含有特定的生长因子，促进组织的再生和修复。还可以利用组织工程技术，通过将正常细胞与组织支架材料相结合，最终建立有特定功能的新的器官和组织。

这次选修课使我的视野进一步开阔，我认识到了生物材料的广阔的发展前景，也意识到了作为我们这一代医学生在这个领域所应承担的历史任务。我想，我会在学好医基础知识的同时，积极参加生物材料的研究活动，来丰富自己的思想和生活！

参考文献：

孙雪，奚廷斐：第三代医学材料与再生医学；

老师上课相关的课件；

网络相关资料；