纳米生物医用材料的进展研究
高分子纳米生物材料的发展现状及前景
高分子纳米生物材料的发展现状及前景纳米材料研究都是从20世纪80年代开始的,是在之前三次工业革命的基础上发展起来的的新兴科技领域。
巨大的需求与技术支撑,使其在材料、生物、医学、高分子等领域开拓出一片片新大陆,筑起21世纪工业革命的基石。
而纳米技术作为一项高新技术在高分子材料中有着非常广阔的应用前景,对开发具有特殊性能的高分子材料有着重要的实际意义纳米高分子材料,也称高分子纳米微粒或高分子超微粒,粒径尺度在1 nm~1000 nm范围。
这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能,可用于药物、基因传递和药物控释载体,以及免疫分析、介入性诊疗等方面。
1纳米科技与高分子材料的邂逅高分子材料学的一个重要方面就是改变单一聚合物的凝聚态,或添加填料来使高分子材料使用性能大幅提升。
而纳米微粒的小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应能在声、光、电、磁、力学等物理特性方面呈现许多奇异的物理、化学性质。
金属、无机非金属和聚合物的纳米粒、纳米丝、纳米薄膜、纳米块体以及由不同组元构成的纳米复合材料,可实现组元材料的优势互补或加强。
通过微乳液聚合方法得到的纳米高分子材料具有巨大的比表面积,纳米粒子的特异性能使其在这一领域的发展过程中顺应高分子复合材料对高性能填料的需求,出现了一些普通微米级材料所不具有的新性质和新功能,纳米科技与高分子材料科学的交融互助对高分子材料科学突破传统理念发挥了重要作用。
高分子纳米复合材料的应用及前景由于高分子纳米复合材料既能发挥纳米粒子自身的小尺寸效应、表面效应和量子效应,以及粒子的协同效应,而且兼有高分子材料本身的优点,使得它们在催化、力学、物理功能(光、电、磁、敏感)等方面呈现出常规材料不具备的特性,故而有广阔的应用前景利用纳米粒子的催化特性,并用高聚物作为载体,既能发挥纳米粒子的高催化性和选择催化性,又能通过高聚物的稳定作用使之具有长效稳定性。
定性。
纳米粒子加入聚合物基体后,能够改善材料的力学性能。
生物医用材料的研究进展与应用前景
生物医用材料的研究进展与应用前景随着社会的不断发展,人们对生物医用材料的需求日益增加。
生物医用材料作为生物医学领域中的关键材料之一,是指用于制造医学设备、器械或实现人体组织修复的材料。
生物医用材料具有良好的生物相容性、生物安全性、生物仿生性和可变形性等特点,在医学领域中有着广泛的应用前景。
本文将探讨生物医用材料的研究进展和应用前景。
一、生物医用材料的类型和特性生物医用材料种类繁多,按照材料类型可分为金属材料、聚合物材料、生物材料、陶瓷材料等;按照应用领域可分为假体材料、植入材料、组织工程材料、生物传感器材料等。
目前,生物医用材料以其独特的特性,已经被广泛应用于骨骼、牙齿、皮肤、软组织、器官、神经等领域。
本文将以最常用的生物医用聚合物材料为例进行介绍。
生物医用聚合物材料具有生物相容性好、生物重建性强、物理力学性能稳定的特点,可作为组织修复的材料、织造医体器械和手段的载体等,应用前景广阔。
例如,聚乳酸(PLA)、聚乳酸-羟基瓜拉克托酸(PLGA)、聚己内酯(PCL)、聚二甲基硅氧烷(PDMS)、聚亚甲基硫醚(PHEMA)等;生物聚合物例如胶原蛋白、明胶、海藻酸等;合成聚合物如聚丙烯腈复合膜、聚己内酰胺-C等在医学领域得到广泛应用。
二、生物医用材料的研发进展随着人们对生物医学领域的研究逐渐深入,生物医用材料的研发也得到了迅速发展。
近年来,通过不断的实验室研究,科学家们不断改进已有的生物医用材料,寻找更好的材料供应,开发出了许多新的生物医用材料,如纳米级聚合物材料、精确结构的功能材料等新型材料。
此外,生物打印技术的不断发展也推动了生物医用材料的研究。
生物打印技术是一种基于计算机辅助设计(CAD)和三维打印技术(3D)的新型医学技术,可将废旧物品转化为人体组织。
利用生物打印技术,科学家们可以将细胞、生物材料和生物材料组成物层层叠加的方式,按照预设的图形和大小,生产出具有特定功能的人工器官。
这种新型技术不仅可以用于外科手术、器官移植、血管补强等医学领域,也可以用于航空、化学等领域的产品研发。
生物医用材料的研究进展
生物医用材料的研究进展生物医用材料是指可用于修复或替代受损组织或器官的具有生物相容性并可与人体组织长期稳定相处的医用材料。
随着人们对医疗技术和生物工程技术的不断深入研究和应用,生物医用材料的研究也日渐成熟,医疗技术得到了前所未有的进步。
本文将探讨当前生物医用材料研究的进展。
一、纳米近年来,随着纳米技术的飞速发展,纳米生物医用材料逐渐走进人们的视野之中,成为生物医用材料的重要研究方向。
纳米材料具有超强的比表面积和可调控的物理、化学性质,可以被设计成具有多种功能的纳米生物材料,从而实现生物医用领域的革命性突破。
例如,目前已经开发出了许多纳米生物医用材料,如纳米金粒子、纳米磁性材料、纳米有机材料等等,这些纳米生物材料可以用于体内分子成像、疾病治疗、药物传输等领域。
此外,研究人员还发现纳米生物材料在药物释放、组织工程、生物传感器等方面具有重要应用价值,是生物医学领域的重要研究方向。
二、生物可降解材料的研究进展生物可降解材料具有良好的生物相容性和降解性,可以逐渐降解为人体正常代谢物,不会对人体产生明显的毒性和副作用,是近年来重要的生物医用材料研究方向之一。
其中最有代表性的生物可降解材料就是聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)等聚酯类材料。
这些材料具有优良的生物相容性和机械性能,在心血管支架、骨修复、软组织修复、药物运载等领域得到广泛应用。
随着生物可降解材料的不断改进和完善,最大限度地降低了人体对材料的反应和损伤,也为人们提供了更加安全、有效的生物医用材料。
三、生物仿生材料的研究进展生物仿生医用材料是指模仿自然界中的生物材料进行设计和制造的材料。
这些仿生材料具有类似生物组织的结构和功能,可以更好的与人体组织相容,从而实现生物修复和再生。
生物仿生材料研究领域涉及材料科学、生物学、化学等多个学科,目前已经取得了一些重要的进展。
例如,利用仿生材料制造出类人软骨、肌肉等组织,不仅提高了医疗修复效果,而且为人体仿生技术的发展奠定了基础。
新型生物医用材料的研制及其应用前景
新型生物医用材料的研制及其应用前景生物医用材料是指用于修复、重建、替换人体组织或器官的材料,这些材料能够与人体相容,不会产生不良反应或排斥现象。
近年来,随着生物医学领域的快速发展,越来越多的新型生物医用材料被研制出来并被广泛应用,其应用前景也变得越来越广阔。
一、新型生物医用材料的研制1.仿生纳米材料仿生纳米材料是一种把有机材料与无机材料进行融合的新型材料,其特点是与生物体组织具有很好的相容性,能够在人体内进行自我修复和组织再生。
当前,仿生纳米材料在医学领域的研究重点主要集中在心血管领域、骨科领域和神经领域等。
例如,在心血管领域,仿生纳米材料可以用于修复冠心病、心脏瓣膜等病变组织,从而减少术后并发症。
2.生物可降解聚合物材料生物可降解聚合物材料是一种可以被生物体代谢、降解的高分子材料,其最大的优点是不会留下任何残留物,不会对人体造成伤害。
生物可降解聚合物材料已经被广泛应用于造血支架、软组织修复、药物缓释等领域。
例如,它们可以用于植入可吸收缝线、口腔修复等领域。
3.人工骨人工骨是一种由生物可吸收或不可吸收材料制成的替代性骨组织,其能够进行再生和修复,从而达到替代受损骨组织的目的。
人工骨在医学领域的应用前景十分广泛,可以用于修复人体骨折、骨缺损等领域,而且生产成本也相对较低,极大地方便了临床使用。
二、新型生物医用材料的应用前景1.心血管领域心血管疾病是目前世界上最致命的疾病之一。
目前,新型心血管生物医用材料的研制和应用正在取得突破性进展。
例如,心脏支架、动脉支架、心脏瓣膜等已经被广泛应用于心血管领域,从而提高了患者的治疗效果和生存率。
2.骨科领域骨科领域是新型生物医用材料的重要应用领域之一,这些材料可以应用于骨折、关节置换、人工骨等领域,从而可以帮助患者重建骨骼结构,顺利完成康复治疗。
3.软组织修复软组织修复也是新型生物医用材料的一个重要应用领域。
例如,生物可降解聚合物材料可以用于可吸收缝线、软骨修复等领域,从而提高了治疗效果和手术安全性。
纳米材料的毒理学和生物安全性研究进展
生堡亟随匿堂盘壶!Q塑生!月筮塑鲞星!翅£!!!』堕!丛型:&坠磐盟!Q塑:!些塑,盟些兰纳米材料的毒理学和生物安全性研究进展刘建军何浩伟龚春梅庄志雄纳米材料是指物质结构在三维空间内至少有一维处于纳米尺度…(0.1—100llm,1am=10一m),或由纳米单元构成的材料,被誉为“21世纪的新材料”,这一概念首先是由美国国家纳米计划(NNI)提出来的。
这些具有独特物理化学性质的纳米材料,对人体健康以及环境将带来的潜在影响,目前已经引起公众、科学界以及政府部门的广泛关注。
随着纳米技术的完善和应用规模的扩大,纳米材料将被迅速普及和广泛应用旧o。
据报道,目前世界范围内市场上有超过400种消费品建立在纳米材料的基础之上p1,预计到2014年全球市场的纳米科技产品价值将达2.6兆亿美元MJ。
为了了解应用于这些产品中的纳米材料的潜在影响,就要熟悉和掌握其潜在暴露风险、材料性质、产品生命周期及其在每一点性质和周期上的潜在危险”J。
自2000以来,国内外对于纳米材料的生物安全性和毒理学问题展开了日益深入的讨论和研究净“。
一、纳米材料的特殊效应和应用纳米材料具有传统材料所不具备的奇异或反常的物理、化学特性”],如原本导电的铜到某一纳米级界限就不导电,原来绝缘的二氧化硅、晶体等,在某一纳米级界限时开始导电。
这是由于纳米材料特有的4大特殊效应所致¨1:即小尺寸效应(8maLlsizeeffect)、表面效应(¥urfaceeffect)、量子尺寸效应(quantumsizeeffect)和量子隧道效应(quantumtunnelingeffect);上述效应可导致纳米材料具有异常的吸附能力、化学反应能力、分散与团聚能力,上述特性在赋予纳米材料广泛应用的同时也带来一系列的负面效应。
这些已被证实,以及有待被证实的负面效应给当前迅猛发展的纳米科技带来了一定的隐患。
现将纳米材料理化特性涉及的应用研究领域归纳如表1[9-103。
生物医学材料的应用总结
生物医学材料的应用总结生物医学材料的应用总结生物医学材料的应用总结篇一:纳米生物医学材料的应用纳米生物医学材料的应用摘要:纳米材料和纳米技术是八十年代以来兴起的一个崭新的领域,随着研究的深入和技术的发展,纳米材料开始与许多学科相互交叉、渗透,显示出巨大的潜在应用价值,并且已经在一些领域获得了初步的应用。
本文论述了纳米陶瓷材料、纳米碳材料、纳米高分子材料、微乳液以及纳米复合材料等在生物医学领域中的研究进展和应用。
关键字:纳米材料;生物医学;进展;应用1. 前言纳米材料是结构单元尺寸小于100nm的晶体或非晶体。
所有的纳米材料都具有三个共同的结构特点:(1)纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级(1~100nm),(2)有大量的界面或自由表面,(3)各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。
由于这种结构上的特殊性,使纳米材料具有一些独特的效应,包括小尺寸效应和表面或界面效应等,因而在性能上与具有相同组成的传统概念上的微米材料有非常显著的差异,表现出许多优异的性能和全新的功能,已在许多领域展示出广阔的应用前景,引起了世界各国科技界和产业界的广泛关注。
“纳米材料”的概念是80年代初形成的。
1984年Gleiter首次用惰性气体蒸发原位加热法制备成功具有清洁表面的纳米块材料并对其各种物性进行了系统研究。
1987年美国和西德同时报道,成功制备了具有清洁界面的陶瓷二氧化钛。
从那时以来,用各种方法所制备的人工纳米材料已多达数百种。
人们正广泛地探索新型纳米材料,系统研究纳米材料的性能、微观结构、谱学特征及应用前景,取得了大量具有理论意义和重要应用价值的结果。
纳米材料已成为材料科学和凝聚态物理领域中的热点,是当前国际上的前沿研究课题之一[1]。
2. 纳米陶瓷材料纳米陶瓷是八十年代中期发展起来的先进材料,是由纳米级水平显微结构组成的新型陶瓷材料,它的晶粒尺寸、晶界宽度、第二相分布、气孔尺寸、缺陷尺寸等都只限于100nm量级的水平[2]。
生物医用材料的研究与发展现状
生物医用材料的研究与发展现状生物医用材料是指应用于医疗领域的材料,其主要功能是作为医疗器械或药物的载体,或者作为组织修复和再生的支架。
随着现代医学的发展和技术的不断提高,生物医用材料的应用领域越来越广泛,对于提高医疗水平和改善人们生活质量起到了积极作用。
本文将从生物医用材料的分类、研究现状和发展趋势等方面进行探讨。
一、生物医用材料的分类生物医用材料的分类方式有很多种,按用途可分为功能性材料、修复性材料和组织再生材料;按来源可分为天然材料和合成材料;按形态可分为固态材料、流体材料和气相材料等。
下面将简要介绍其中几种常见的生物医用材料。
1. 金属材料金属材料是生物医用材料中应用最广泛的一类,其优点是强度高、稳定性好、可加工性强等。
目前常用的金属材料包括钛、钽、镁、锆、银等,在骨科、牙科、眼科、神经外科等领域得到了广泛应用。
2. 高分子材料高分子材料是一类含有大量重复单元的聚合物,其特点是生物相容性好、可加工性强、生物吸收性等。
常见的高分子材料有聚乳酸(PLA)、聚己内酯(PCL)、聚酯多元醇(PEU)、聚乳酸-羟基磷灰石(PLA/HA)等。
它们在骨组织修复、软组织修复、人工血管等方面也有较广泛应用。
3. 磁性材料磁性材料是一类具有一定磁性的材料,其主要应用是为了实现对其在体内的跟踪、定位和靶向治疗。
常见的磁性材料有氧化铁、钙钛矿等。
4. 生物陶瓷材料生物陶瓷材料是一类由无机物质制成的材料,其应用主要集中在骨组织修复、关节假体、牙科修复等方面。
生物陶瓷材料具有很高的生物相容性、无毒性、能促进骨组织重建等优点。
目前常用的生物陶瓷材料有氧化锆、氢氧化钙、氢氧化磷灰石等。
二、生物医用材料的研究现状生物医用材料研究是生物医学工程领域的重要分支之一,其发展与人类生命健康息息相关。
随着生物医学技术的不断发展,生物医用材料的研究也越来越深入。
下面我们将从材料表面纳米结构、基因修饰、生物打印等几个方面介绍生物医用材料的研究现状。
纳米生物医用材料
纳⽶⽣物医⽤材料纳⽶⽣物医⽤材料余传威滁州学院材料与化学⼯程学院摘要:⽣物医⽤材料作为功能材料的⼀种,早在距今约7000年前就有使⽤记录。
⽬前⽣物医⽤材料需求巨⼤且对各⽅⾯性能要求越来越⾼。
20世纪30年代以来,⽣物医⽤材料随着⼯业的发展得到长⾜进步。
近年来,随着纳⽶技术的重⼤突破,纳⽶⽣物医⽤材料应运⽽⽣。
纳⽶⽣物医⽤材料因其独特的⼒学性能、可靠地⽣物相容性、良好的降解性能、⾼度的靶向性等等优点成为⽣物医⽤材料中的新星。
专家预计,在20世纪⼈类未能彻底攻克的主要疾病,如⼼脏病、艾滋病、中风、糖尿病等,都有望在21世纪纳⽶⽣物和医学的成功应⽤中得到解决[1]。
本⽂主要针对纳⽶⽣物医⽤材料的概念、分类、进展、应⽤、发展趋势等⽅⾯进⾏评述,并在最后作出结论。
关键词:⽣物医⽤材料;功能材料;纳⽶⽣物医⽤材料;性能;医学⽣物医⽤材料是⽤于和⽣物系统结合治疗或替换⽣物机体中的组织器官或增进其功能的材料[2]。
纳⽶⽣物医⽤材料则由现代化的纳⽶技术和⽣物材料交叉、融合的全新⾼科技领域,其应⽤前景也必定会带来⽣物医学界的新⼀代⾰新。
颗粒在1~100nm范围内的材料被称为纳⽶材料,纳⽶⽣物医⽤材料体现在纳⽶级药物(可以有很强的靶向性,能制作“⽣物导弹”药物,增强疗效)、纳⽶表⾯特性置换物(对⼈⼯脏器进⾏表⾯或者整体纳⽶处理改性,减⼩毒副作⽤,延长使⽤寿命和安全性)、纳⽶级微⼩检测仪器(纳⽶级颗粒可有效进⼊体内细⼩组织,⼤⼤提⾼疾病的诊断率)等⽅⾯。
⽬前,⽣物医⽤材料应⽤很⼴泛,⼤到器官移植,⼩到⽛齿修复和⼿术缝合线等。
纳⽶⽣物医⽤材料的研究还很有限,离⼴泛应⽤于临床还有相当⼤距离。
很多技术上的难题难以解决。
即便如此,其如此多的优越性让各国政要⼤商以及科研机构和个⼈异常狂热。
纳⽶⽣物医⽤材料是⼀个多学科交叉前景⼗分⼴阔的领域,它所具有的独特结构使它显⽰出独特的性能如量⼦尺⼨效应、⼩尺⼨效应、表⾯效应和宏观量⼦隧道效应,故⽽显⽰出许多特有的性质诸如磁引导靶向性、⽣化相容性、耐持久磨损等等。
纳米材料的研究进展以及应用前景研究
纳米材料的研究进展以及应用现状1.绪论从概念来说,纳米材料是由无数个晶体组成的,它的大小尺寸在1~100纳米范围内的一种固体材料。
主要包括晶态、非晶态的金属、陶瓷等材料组成。
因为它的大小尺寸已经接近电子的相干长度,它有着特殊的性质。
这些特殊性质所表现出来的有导电、导热、光学、磁性等。
目前国内、国际的科学家都在研究纳米材料,试图打造一种全新的新技术材料,将来为人类创造更大的价值。
纳米科学技术也引起了科学家的重视,在当代的科学界有着举足轻重的地位。
纳米技术的范围包括纳米加工技术、纳米测量技术,纳米材料技术等。
其中纳米材料技术主要应用于材料的生产,主要包括航天材料、生物技术材料,超声波材料等等。
从1861年开始,因为胶体化学的建立,人们开始了对直径为1~100纳米粒子的研究工作。
然而真正意义上的研究工作可以追溯到20世纪30年代的日本为了战争的胜利进行了“沉烟实验”,由于当时科技水平落后研究失败。
2.纳米材料的应用现状研究表明在纺织和化纤制品中添加纳米微粒,不仅可以除去异味和消毒。
还使得衣服不易出现折叠的痕迹。
很多衣服都是纤维材料制成的,通常衣服上都会出现静电现象,在衣服中加入金属纳米微粒就可消除静电现象。
利用纳米材料,冰箱可以消毒。
利用纳米材料做的无菌餐具、无菌食品包装用品已经可以在商场买到了。
另外利用纳米粉末,可以快速使废水彻底变清水,完全达到饮用标准。
这个技术可以提高水的重复使用率,可以运用到化学工业中。
比如污水处理厂、化肥厂等,一方面使得水资源可以再次利用,另一方面节约资源。
纳米技术还可以应用到食品加工领域,有益健康。
纳米技术运用到建筑的装修领域,可以使墙面涂料的耐洗刷性可提高11倍。
玻璃和瓷砖表面涂上纳米材料,可以制成自洁玻璃和自洁瓷砖,根本不用擦洗。
这样就可以节约成本,提高装修公司的经济效益。
使用纳米微粒的建筑材料,可以高效快速吸收对人体有害的紫外线。
纳米材料可以提高汽车、轮船,飞机性能指标。
生物医药领域中的纳米材料研究进展
生物医药领域中的纳米材料研究进展纳米技术是21世纪最具前景的科学技术之一,已经广泛应用在生物医药领域中。
由于纳米材料具有其它材料不具备的特性,例如纳米颗粒具有巨大的比表面积、可调控的光学性质、高感生率等,因此在药物输送、医用材料等领域具有广泛应用前景。
本文将重点讨论生物医药领域中的纳米材料研究进展,包括纳米医学、纳米生物学及纳米诊断的最新进展。
一、纳米医学1. 纳米粒子药物输送系统纳米粒子药物输送系统已经成为当前药物输送领域的热门研究方向。
这种技术通过将药物分散在纳米颗粒中,使得药物能够更好地被生物体吸收、摄取,并实现缓慢释放,提高药效。
最近的研究表明,纳米粒子药物输送系统不仅可以在治疗癌症、心血管疾病等疾病领域发挥作用,在传统药物输送领域也有广泛应用前景。
2. 磁性纳米粒子热疗磁性纳米粒子热疗是一种新型的疗法,正在生物医药领域中得到越来越广泛的应用。
这种技术利用铁磁性纳米粒子吸收外界磁场能量并将其转化为局部热能,从而杀死癌细胞。
磁性纳米粒子热疗不仅可以用于治疗癌症,还可以用于治疗其他疾病,例如感染、组织损伤等。
二、纳米生物学1. 纳米生物学的基本概念纳米生物学是指从纳米尺度的角度对生命现象进行研究的学科,它的发展已经成为当前生物学领域中最具挑战性和前沿的课题之一。
纳米生物学的应用范围涵盖了从生命的最基本单元——蛋白质、核酸,到生命体系的高级结构和功能,包括膜蛋白、细胞骨架、细胞器等。
2. 纳米生物学在药物寻找中的应用纳米生物学在药物寻找中的应用也是研究的重点之一。
通过纳米技术,可以分析蛋白质、核酸等在细胞内的组合和相互作用,从而寻找新的药物靶点。
此外,纳米技术还可以用于制备高效、靶向的药物载体,改善新药的吸收、代谢与排泄的性质。
三、纳米诊断1. 纳米生物传感器随着纳米技术的发展,纳米生物传感器也得到了广泛的关注。
它利用纳米材料的特有性质,可以对生物分子进行快速、准确的检测和诊断,额外具有高灵敏性、高选择性、成本低廉等优点。
纳米材料在生物医学成像中的应用进展
纳米材料在生物医学成像中的应用进展摘要:随着纳米技术的迅速发展,纳米材料在生物医学成像领域的应用也越来越多。
本文将介绍纳米材料在生物医学成像中的应用进展,包括纳米荧光探针、纳米氧化铁磁性探针、纳米金材料等,分析其在生物医学成像中的优势和挑战,展望未来的发展方向。
关键词:纳米材料,生物医学成像,纳米荧光探针,纳米氧化铁磁性探针,纳米金材料一、引言生物医学成像是现代医学诊断与治疗的重要手段之一,它通过对生物体内部结构和功能进行观察和分析,为疾病的诊断和治疗提供了重要的信息。
随着纳米技术的迅速发展,纳米材料在生物医学成像中的应用也得到了广泛关注。
纳米材料具有体积小、表面积大、药物载荷能力强、生物相容性好等优点,可以被设计成各种形式的成像探针,如纳米荧光探针、纳米氧化铁磁性探针、纳米金材料等,用于生物医学成像。
二、纳米荧光探针在生物医学成像中的应用纳米荧光探针是一种应用于生物成像的纳米材料,具有优异的荧光性能和生物相容性。
纳米荧光探针可以通过改变其大小、形状、表面修饰等方式,实现在生物体内的特定成像。
目前,纳米荧光探针广泛应用于肿瘤成像、神经成像等领域。
研究表明,纳米荧光探针可以提高生物医学成像的分辨率和灵敏度,为疾病的早期诊断和治疗提供了重要支持。
三、纳米氧化铁磁性探针在生物医学成像中的应用纳米氧化铁磁性探针是一种具有磁性的纳米材料,可以在磁场的作用下产生明显的磁共振信号,用于生物医学成像。
纳米氧化铁磁性探针可以通过不同的表面修饰实现在生物体内的靶向成像,对于肿瘤、心血管疾病等的诊断和治疗具有重要意义。
目前,纳米氧化铁磁性探针在生物医学成像中的应用已取得了一系列重要成果,为临床诊断提供了新的思路和方法。
四、纳米金材料在生物医学成像中的应用纳米金材料是一种优异的生物医用材料,具有优异的光学性能和生物相容性。
纳米金材料可以通过表面修饰实现在生物体内的特定成像,用于诊断和治疗各类疾病。
近年来,纳米金材料在生物医学成像中的应用取得了重要进展,为疾病的早期诊断和治疗提供了新的途径和手段。
纳米生物材料
纳米生物医用材料摘要:纳米生物材料的理论和实验研究正成为现代生物和医用材料的研究热点。
随着纳米技术和材料科学、生命科学的不断交叉, 纳米生物医用材料已在新型医用植入材料和介入医用材料、组织工程和再生医学材料、新型药物和基因控释载体及高效生物诊断材料领域取得较大进展。
本文主要介绍了纳米技术在止血材料、骨科移植材料、血管支架材料等领域上的应用, 并探讨纳米生物医用材料的发展前景。
关键词:纳米生物材料;应用;发展;1 引言生物医用纳米材料是用于和生物系统结合、治疗和替换生物机体中的组织、器官或增进其功能的材料[1]。
“纳米生物材料”是生物技术器件的基础, 可以简单地分为两类, 一类是适合于生物体内应用的纳米材料, 它本身即可以是具有生物活性的, 也可以不具有生物活性。
它不仅易于被生物体接受,而且不引起不良反应。
另一类是利用生物分子的特性而发展的新型纳米材料, 它被用于其它纳米人工器件的制造。
比如已经发展的有代表性的人工组织器官替代纳米材料(如人工骨骼、人工牙齿) , 以及用于分离生物分子的功能膜和各种特性化生物分子材料等。
1.1纳米材料的基本效应因为纳米材料整体尺寸较小, 电子运动受到很大限制, 而且电子平均的自由程较短, 其局域性以及相干性得到增强。
纳米材料整体尺度不断下降, 这让纳米体系当中的原子数量降低很多, 致使其宏观固定的连续性逐渐消失[2]。
同时使得纳米材料表现出分离能级, 并且量子尺寸这一效应非常显著, 这让纳米体系具有的磁、电、热、光这些物理性质和常规材料有所不同, 其表现出不少新奇特性, 例如热学性能、磁学性能、催化效应以及化学方面的反应能等。
1.2纳米材料的性质纳米材料具有3个共同的结构特点:(1)纳米尺度的结构单元或特征,维度尺寸在纳米数量级(1~l00nm);(2)有大量的界面或自由表面;(3)各纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。
正是由于这种结构上的特殊性,使纳米材料具有一些独特的效应——表面效应、体积效应、量子效应和宏观量子隧道效应,因而在性能上与传统概念上相同组成的微米材料有非常显著的差异,表现出许多优异的性能和全新的功能,在许多领域展示出广阔的应用前景。
材料科学中的新型生物医用材料
材料科学中的新型生物医用材料随着现代科技的不断发展,人们对于生物医学材料的需求与日俱增。
为了更好地满足医疗领域的需求,材料科学也在不断地探索创新。
新型生物医用材料的研发将在医学领域产生重要的影响,或许在未来不久就能为人们的健康提供更好的保障。
1. 纳米生物医用材料:随着纳米技术的逐渐成熟,纳米生物医用材料逐渐得到了人们的重视。
纳米生物医用材料是指具备纳米结构的生物医用材料,在医疗领域有着多种应用,比如生物传感、肿瘤诊疗、组织修复及再生等领域。
纳米生物医用材料不仅可以在病情诊断时发挥作用,还可以在药物治疗及手术治疗时发挥重要的作用。
目前,纳米生物医用材料已成为医学领域研究的热点之一。
其不同于传统医用材料的独特特性和优势,使其成为材料科学领域的前沿领域。
对于纳米生物医用材料的研究,将有望为生物医学和基础科学提供新的思考和解决方案。
2. 生物降解医用材料:传统的医用材料一般都具有较长的生命周期,难以降解。
而生物降解医用材料可以在体外或体内环境下降解或被吸收,从而避免对环境造成污染,减少废弃物产生。
因此,生物降解医用材料被认为是更加环保和可持续的生物医用材料,具有更广泛的应用前景。
目前,生物降解医用材料已经成为生物医学领域的研究热点之一。
生物降解材料在医学领域有着广泛的应用,如生物修复、组织工程、药物缓释等领域。
生物降解材料的研究不仅可以解决传统医用材料对于环境的影响,还能够提高医疗的效率和成功率。
3. 生物仿生医用材料:生物仿生医用材料是以生物系统为模板,根据仿生学原理设计并制造的具有特殊形态或结构的生物医用材料。
生物仿生医用材料可以具有与生物体相似的特性和结构,从而在治疗实践中更加贴合人体需要,增强治疗效果,提高治疗成功率。
在生物仿生材料的研究中,科学家们运用了多种材料学、生物学和仿生学的方法,从而不断改进医用材料的性能。
目前,生物仿生材料在医学领域的应用也越来越多,如仿生心脏瓣膜、仿生角膜等。
未来,生物仿生医用材料的研究将成为材料科学的又一重要领域,相关研究在生物医学领域中具有广泛的应用前景。
生物质纳米材料的制备和性能研究
生物质纳米材料的制备和性能研究随着科技的不断发展,越来越多的新材料得以应用到各个领域,其中生物质纳米材料作为一种新兴的材料备受关注。
那么,什么是生物质纳米材料,它的制备方法和性能研究现状是怎样的呢?一、生物质纳米材料的定义和分类生物质纳米材料指的是由纤维素、木质素等天然高分子材料制备成的纳米级材料,它的尺寸一般在1-100纳米之间。
根据生物质来源的不同,生物质纳米材料可以分为植物纳米纤维素和木材纳米纤维素两种类型。
植物纳米纤维素是从植物纤维素中提取出来的,其大小在10-30纳米之间。
而木材纳米纤维素则是从木材中提取出来的,其大小一般在5-20纳米之间。
两种材料在细节上有所不同,但它们的基本组成都是纤维素和木质素。
二、生物质纳米材料的制备方法目前,生物质纳米材料的制备方法主要有两种:机械剥离法和酸水解法。
机械剥离法是将生物质通过高压破碎机、超声波、高剪切发光机等机械设备进行剥离,从而得到纳米级别的生物质纳米材料。
酸水解法则是将生物质在强酸和热水的混合液体中进行水解反应,从而形成纳米级的生物质纳米材料。
该方法相比机械剥离法,更加简单易行。
三、生物质纳米材料的性能研究生物质纳米材料作为一种新兴材料,在实际应用中表现出了很好的性能。
目前,学者们对其进行了多方面的研究,主要包括力学性能、光学性能和化学稳定性。
力学性能方面,生物质纳米材料因其纤维素和木质素的高含量,所以具有优良的力学性能。
其强度和硬度较高,可以用于制备轻质复合材料等。
在光学性能方面,生物质纳米材料具有高透过率和超强的折射率,可以应用于制备透明材料和高折射率材料等。
最后,在化学稳定性方面,生物质纳米材料除了具有优越的力学性能和光学性能之外,还具有强的化学稳定性,能够耐受各种环境的影响。
这种化学稳定性使得生物质纳米材料能够制备出各种稳定性能材料,例如高温材料和阻燃材料等。
四、生物质纳米材料的应用前景生物质纳米材料具有广阔的应用前景,可以应用于纸张、塑料、橡胶、复合材料、高分子材料、生物医学等领域。
纳米材料在生物医学方面的应用
纳米材料在生物医学方面的应用摘要:纳米材料和纳米技术是一门新兴的学科领域,在最近几年得到了科学界的重视,其在各个领域的应用都越来越广泛。
由于纳米材料的特殊的尺寸效应,纳米颗粒、纳米管以及各种纳米技术在生物医学方面的应用正蓬勃发展,势头十足。
目前应用于生物医学中的纳米材料的主要类型有纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料等,纳米材料在生物医学的许多方面都有广泛的应用前景。
关键词:纳米材料,生物医学,应用一、纳米生物材料的概述纳米生物材料是指用于对生物材料进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术纳米材料。
纳米生物材料可以分为两类:一种是适合于生物体内应用的纳米材料,它本身既可以是具有生物活性的,也可以是不具有生物活性的,而仅仅易于被生物体所接受,且不引起不良反应;另一类是利用生物分子的特性而发展的新型纳米材料,它们可能不再被用于生物体,而被用于其他纳米技术或微制造。
纳米材料分为两个层次:纳米微粒和纳米固体。
如今,人们已经能够直接利用原子、分子进行生产、制备出仅包含几十个到几百万个原子的单个粒径为1~100纳米的纳米微粒,并把它们作为基本构成单元,适当排列成三维的纳米固体。
纳米材料由于其结构的特殊性,表现出许多不同于传统材料的物理、化学性能。
在自然界,天然纳米生物材料早就存在,自然界的蛋白质就有许多纳米微孔;人类及兽类的牙齿也是由纳米级有机物质所构成。
在医学领域中,纳米材料也已经得到成功的应用,最引人注目的是作为药物载体,或制作人体生物医学材料,如人工肾脏、人工关节等。
国外用纳米陶瓷微粒作载体的病毒诱导物也取得成功。
由于纳米微粒比红细胞还要小很多,因此,可以在血液中自由运行,从而在疾病的诊断和治疗中发挥独特的作用。
二、纳米生物医学材料的分类按照材料科学的分类方法,纳米生物医学材料可以分为纳米金属生物材料、纳米无机非金属生物材料、纳米高分子生物材料、纳米复合生物材料。
但是按照其在生物医学领域的应用则可分为:细胞分离用纳米材料、细胞内部染色用纳米材料、抗菌及创伤敷料用纳米材料、组织工程中的纳米生物材料、生物活性材料等。
磁性纳米材料在生物医学领域的应用研究
磁性纳米材料在生物医学领域的应用研究1、课题分析磁性纳米材料的特性不同于常规的磁性材料,其原因是关联于与磁相关的特征物理长度恰好处于纳米量级,例如:磁单畴尺寸,超顺磁性临界尺寸,交换作用长度,以及电子平均自由路程等大致处于1-100nm量级,当磁性体的尺寸与这些特征物理长度相当时,就会呈现反常的磁学性质。
磁性纳米材料的应用可谓涉及到各个领域。
在机械,电子,光学,磁学,化学和生物学领域有着广泛的应用前景。
纳米科学技术的诞生将对人类社会产生深远的影响。
并有可能从根本上解决人类面临的许多问题。
特别是能解决人类健康和环境保护等重大问题。
磁性纳米材料具有良好的磁导向性、较好的生物相容性、生物降解性和活性能基团等特点,它可结合各种功能分子。
如酶、抗体、细胞、DNA或RNA等。
因而在靶向药物、控制释放、酶的固定化、免疫测定、DNA和细胞的分离与分类等领域可望有广泛的应用。
因此此行纳米材料是当前生物医学的一热门研究课题,有的已步入临床试验。
鉴于此,我想对此有更多的了解,所以定了该课题。
2、背景知识10 m。
纳米技术是在纳米尺寸范围内,通纳米是一种长度计量单位,1 nm=9过直接操纵单个原子,分子来组装和创造具有特定功能的新物质。
当物质颗粒小到纳米量级后,这种物质就可称为纳米材料。
物质经过原子重排,使体积变小,小到微米级、纳米级时,性质就将发生改变。
表现出小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应和宏观量子隧道效应等特点,从而使纳米粒子出现了许多不同于常规固体的新奇特性。
由于纳米微粒尺寸小、比表面积大,表面原子数、表面能和表面张力随颗粒直径的下降急剧增大。
表面原子周围缺少相邻的原子,有许多悬空键,具有不饱和性质,易与其它原子相结合而稳定下来,故具有很大的化学活性。
磁性纳米材料指具有磁响应性的纳米材料,在外加磁场的作用下这些纳米材料具有强的磁响应信号。
磁性纳米材料运用于生物医学领域具有小尺寸效应、良好的磁导向性、生物相容性、生物降解性和活性功能基团等特点。
国家自然基项目 纳米生物医用材料
国家自然基项目纳米生物医用材料全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:国家自然科学基金项目是国家支持科学研究与技术开发的重要资助项目之一,旨在促进科学研究的创新性和基础性,为国家经济社会发展和科技创新提供强有力的支持。
纳米生物医用材料是一个备受关注的研究领域,其潜力巨大,对人类健康和医疗技术的发展具有重要意义。
纳米生物医用材料是将纳米技术与生物医学工程相结合的产物,利用纳米尺度的材料和结构来实现更精准的生物医学应用。
这种材料具有许多独特的性质和应用优势,如具有高度可控的生物相容性、生物活性和组织相容性,能够在细胞水平上对疾病进行诊断和治疗,有望实现个性化医疗和精准治疗。
随着生物医学工程和纳米技术的不断发展,纳米生物医用材料已成为研究热点之一。
国家自然科学基金项目在这一领域的资助不仅有助于推动相关研究的深入发展,还有助于提升我国在该领域的科研实力和国际影响力。
通过对纳米生物医用材料的研究,有望为解决一些严重的医学问题提供新的思路和解决方案。
在国家自然科学基金项目中,研究人员可以通过建立合理的研究方案和开展有针对性的实验研究,深入探索纳米生物医用材料的结构、性能和应用,为相关技术的发展和创新提供强有力的支持。
国家自然科学基金项目还可以为研究人员提供必要的经费和资源支持,帮助他们开展高水平的科研工作,推动相关技术的转化和应用,促进产学研结合,加快科技成果的转化和落地。
纳米生物医用材料的研究涉及到材料科学、生物医学工程、生物医学影像学、药物传输等多个学科领域,相关研究内容有着广泛的应用前景。
纳米生物医用材料可用于制备新型的生物传感器和医疗诊断设备,用于提高药物的生物利用度和降低药物的毒副作用,用于实现肿瘤的早期诊断和精准治疗等。
在这些应用领域中,纳米生物医用材料的研究和开发将为生物医学领域带来革命性的变革和进步。
在国家自然科学基金项目的资助下,研究人员在纳米生物医用材料领域取得了许多重要的研究成果,如制备了一系列新型的纳米材料和结构,研发了一些具有创新性和前瞻性的纳米医疗器械和医疗技术,取得了一些在临床上具有重要应用价值的成果。
生物医学材料的历史发展和进展
生物医学材料的历史发展和进展生物医学材料是指作为医疗器械或人工器官替代品而在人体内使用的材料,包括了人造关节、人造血管、心脏起搏器、牙齿修复材料等等。
随着医学技术的不断发展,生物医学材料的使用范围不断扩大,许多病症也得到了更好的治疗。
下面就让我们来了解一下生物医学材料的历史发展和进展。
一、生物医学材料的发展史早在公元前2700年,在巴比伦和古埃及,人们就已经开始使用木制假肢、金属缝线和动物肠衣来治疗伤口和创伤。
随着时代的进步,人们不断探索新的材料,普通的材料逐渐被淘汰。
到了20世纪初,人们才开始初步研究生物医用材料,解决了一些人工器官的制作和人造心脏等问题。
但是,由于材料本身特性、材料与组织承认行交互作用以及应用环境等缘由,反感了材料的应用。
随着技术的不断进步,生物学、材料科学、化学和物理等领域相互交汇碰撞,生物医学材料的质量和设计都得到了显著提高,进而广泛应用于医疗实践。
现如今,生物医学材料已经成为医学上不可或缺的一个重要领域。
二、生物医学材料的分类根据材料的性质,生物医学材料主要分为金属材料、陶瓷材料、高分子材料和复合材料四种。
金属材料主要指在医学领域中使用的金属,如不锈钢、钛合金、铜等。
陶瓷材料则包括玻璃、陶瓷、陶瓷-复合材料、玻璃-复合材料和各种复合陶瓷等。
高分子材料主要包括Bioabsorbable材料、高密度聚乙烯以及高弹性体。
复合材料则是由不同材料混合而成的一种新材料。
三、生物医学材料的进展随着科技不断进步,生物医学材料也得到了不断的发展,取得许多的进展。
1、生物相容性生物相容性是指材料在人体内的生物相互作用和组织适应性。
一个材料的生物相容性很重要,它能直接影响到健康和生产的成功率。
高质量的生物医学材料在经过一段时间的检验和验证后,不仅能够获得更高的生物相容性,还能提高其使用寿命和安全性。
2、智能材料智能材料是一种潜在的重要医用材料, 它能够对人体环境产生反应并做出响应。
比如,可植入电极的先进生物医学材料使瘫痪人士和神经调节系统疾病患者恢复了运动,再如具有热改性性质的一些生物医学材料,它们能够自动改变形状和大小,为外科手术提供了更大的便利。
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生物医用材料的研究进展生物医用材料是用来对于生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料,它是研究人工器官和医疗器械的基础,己成为材料学科的重要分支,尤其是随着生物技术的莲勃发展和重大突破,生物材料己成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。
研究动态迄今为止,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不外乎有两种,一是使用天然高分子材料,例如利用基因工程技术将产生蛛丝的基因导入酵母细菌并使其表达;二是在材料表面固定有生理功能的物质,如多肽、酶和细胞生长因子等,这些物质充当邻近细胞、基质的配基或受体,使材料表面形成一个能与生物活体相适应的过渡层。
2. 生物医用材料的可降解化组织工程领域研究中,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。
英国科学家发明了一种可降解淀粉基聚合物支架。
以玉米淀粉为基本材料,分别加入乙烯基乙烯醇和醋酸纤维素,再分别对应加入不同比例的发泡剂(主要为羧酸),注塑成型后就可以获得支撑组织再生的可降解支架。
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,来引发我们所需的特异生物反应,抑制非特异性反应。
例如将一种名叫玻璃粘连蛋白(VN)的物质固定到钛表面,发现固定VN的骨结合界面上有相对多的蛋白存在。
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,如Ti -15Zr - 4Nb - 2Ta和Ti - 12Mo - 6Zr - 2Fe等合金的生物亲和性显著提高,,耐蚀及机械性能也有较大改善,Ti-Ni 和Cu、Zn、Al等形状记忆合金由于具有形状记忆和超弹性双重功能,在脊椎校正、断骨固定等方面有特殊的应用。
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,如特异性配体、单克隆抗体等,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如:膜式人工肺中使用的透氧气和二氧化碳的材料;用于植入体内降解缓蚀性材料和经过皮肤吸收的液晶缓蚀膜材料;用于口腔医学临床的金属和陶瓷与用碳纤维增强的复合材料。
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。
今后对材料生物相容性的研究主要集中在以下3个方面:①生物医用材料对组织、器官的全面生理影响;②降解材料在体内的代谢过程;③生物医用材料对细胞、组织、器官间的信息传递、基因调控的影响。
新的生物相容性内容的研究对材料的生物学评价提出新的要求,除了目前的ISO10993标准外,新的评价方法将从以下几个方面展开:①生物医用材料对人体免疫系统的影响;②生物医用材料对各种细胞因子的影响;③生物医用材料对细胞生长、调亡的影响;④降解控释材料对人体代谢过程的影响;⑤智能材料对人体信息传递和功能调控的影响;⑥药物控释材料、净化功能材料、组织工程材料的生物相容性评价。
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,目前研究较多的是:合金、碳纤维/高分子材料、无机材料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。
血液净化材料的研究和临床应用在日本和欧洲已成为生物材料发展的热点。
我国在这一研究领域具有一定的实力,研究水平居于世界前列,但临床应用不够,应予以加强。
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。
从物质性质上可以将纳米生物材料分为金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒和生物降解性高分子纳米颗粒;从形态上可以将纳米生物材料分为纳米脂质体、固体脂质纳米粒、纳米囊(纳米球)和聚合物胶束。
纳米材料作为基因治疗的理想载体,具有承载容量大,安全性能高的特点。
近来新合成的树枝状高分子材料作为基因导入的载体值得关注。
6. 口腔材料。
陶瓷材料脆弱的挠曲强度一直困扰着牙科医生和患者。
而牙科修复学中颜色的再现问题是影响牙齿及修复体客观的一个重要因素。
因此牙科陶瓷技术是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的。
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。
8. 我国生物医用材料的研究热点。
国家自然科学基金项目“生物医用材料基本科学问题的研究”选定以下领域作为研究热点:具有诱导组织再生的骨、软骨及肌腱等基底和框架材料的设计原理和组织诱导机制;赋予材料抗凝血性和生物活性的表面设计和改性原理;具有特异性识别细胞和血液中致病毒物分子的材料的分子识别规律和机制;能识别特定(病变)组织、器官及细胞受体的靶向型生物活性物质控释体系的材料设计原理和控释机制;以及材料的制备方法学和质量控制体系的科学基础。
我国生物医用材料研究的对策我国生物医用材料的研究虽然取得一些令人瞩目的成果,但整体水平不高,跟踪研究多,源头创新少。
在产业化方面,生物医用材料及其制品占世界市场的份额不足2%,主要依靠进口,产品技术结构和水平基本上处于初级阶段。
结合我国国情和学科发展趋势,中国生物材料联合会副主席、南开大学教授俞耀庭先生提出,我国应该在以下五个方面开展重点研究:一是生物结构和生物功能的设计和构建原理研究,二是表面/界面过程-材料与机体之间的相互作用机制研究,三是生物导向性及生物活性物质的控释机理研究, 四是生物降解/吸收的调控机制研究, 五是材料的制备方法学和质量控制体系研究。
通过上述研究的开展,将使我国生物材料的研究水平有较大提高,为我国生物医用材料科学及其产业的发展奠定坚实的基础。
生物医用材料研究新进展一、引言生物医用材料(biomedical material),是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换生物体病损组织或器官,或增进生物体功能的新型功能材料,它是研究人工器官和医疗器械的基础。
生物医用材料科学是生物技术、材料科学等交汇形成的前沿交叉学科,已成为人体健康领域的重要组成部分,也是材料学科的重要分支。
随着人类生活环境的改善和生活水平的提高,对生物医用材料的需求日益扩大,目前世界生物医用材料市场以每年大于20%的速度增长。
中国的增长速度为28%,居世界首位。
生物医用材料和制品产业已呈现与信息产业、汽车产业相抗衡的态势,逐步发展成为本世纪世界经济的支柱产业之一。
目前生物医用材料产业仍以常规材料居主导地位。
2000年全球医疗器械市场已达1650亿美元,其中生物医用材料及制品约占50%。
硬组织材料是生物材料的重要组成部分,目前大约占整个生物材料产品销售额的1/5。
以骨缺损修复材料为例,美国每年有600多万例骨伤,50万-60万人需骨修复材料,市场为每年6亿~10亿美元。
据统计,我国全国骨缺损病例每年为300万例,对骨修复材料的需求每年是200万例,目前的实际用量每年为50万例。
在中国市场,目前骨修复产品为每单元2000元人民币左右。
这样目前每年有不低于10亿元人民币的市场,而潜在的市场每年是40亿元人民币。
矫形外科修复材料和制品的世界市场年增长率维持在26%;人造皮肤、组织黏合剂及术后防粘连制品年增长率达45%;预计工程化组织和器官上市后,可开拓800亿美元的新市场;心血管系统修复材料、血液净化材料、药物缓释材料也是高速增长的领域。
与此同时,生物材料前沿研究不断取得进展,将开拓更为广阔的市场空间,并为常规材料的改性和创新提供导向。
预计在今后15-20年,生物医用材料产业可达到相当于药物市场份额的规模。
生物医用材料发展迅速的主要动力来自全球性的人口老龄化、中青年刨伤的增多、疑难疾病患者的增加,同时以纳米技术、信息技术为主体的高新技术的发展有力地推进了生物医用材料的发展。
人口老龄化进程的加速和人类对健康与长寿的追求,激发了对生物材料的需求。
例如,澳大利亚2000年17%以上的人口大于65岁,2005年将增至20%;与此相应,人工心瓣膜、心脏起搏器等心血管系统材料和器械的市场将从2000年的5600万美元增至2005年的8000万美元。
作为世界人口最多的国家,中国已进入老龄化国家行列,生物材料的市场潜力将更加巨大。
生活节奏的加快、活动空间的扩展和饮食结构的变化等因素,使创伤成为一个严重的社会问题。
美国1998年用于骨骼-肌肉系统损伤患者的治疗费高达1280亿美元,其中80%需用生物医用材料治疗。
同时,心脑血管疾病、各种癌症、艾滋病、糖尿病、老年痴呆症等发病率逐年增加,对急需用于诊断、治疗和修复的生物材料提出了更大的需求。
二、发展状况和趋势随着生物技术的发展,不同学科的科学家进行了广泛合作,从而使制造具有完全生物功能的人工器官显现出了美好的前景。
人体组织和器官的修复,将从简单的利用器械机械固定发展到再生和重建有生命的人体组织和器官;从短寿命的组织和器官的修复发展至永久性的修复和替换。
这一医学革命(特别是外科学),对生命科学和材料等相关学科的发展提出了诸多需求,对生物医学材料的发展产生了重要的促进作用。
近年来生物医用材料领域的研究论文和申请发明专利数的逐年快速增加(见图1),显示了该领域研究与开发的活跃态势。
目前在生物医用材料领域以下研究方向最为活跃:医用植入材料(尤其是活性可降解生物材料)、组织工程材料、诊断与治疗相关材料及技术(主要是生物标记和生物芯片材料)、药物释放材料。