纳米生物医用材料

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。

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。这些优异性能符合了人们期望安全有效经济地使用脏器替代品和药物增效（这给传统中药很大的发展空间）的愿望。纳米生物医用材料按照组成一般可分类为纳米无机生物医用材料、纳米高分子医用材料、纳米生物医用复合材料等。

一、纳米无机生物医用材料

纳米生物医用无机材料可分为纳米生物陶瓷材料、纳米生物碳材料、纳米生物玻璃陶瓷、纳米生物复合无机材料等几类，其中应用最广泛的是纳米生物医用陶瓷材料与纳米生物碳材料等。纳米陶瓷的问世，将会使陶瓷材料的强度、硬度、韧性和超塑性都大为提高。

生物陶瓷（如磷酸钙、生物玻璃、氧化铝等）是一类重要的生物医用材料，在临床上已有广泛的应用，主要用于制造人工骨、骨螺钉、人工齿、牙种植体以及骨的髓内固定材料等。纳米陶瓷的制备，将会使陶瓷材料的强度、硬度、韧性和超塑性都大为提高，一些材料学家指出：纳米陶瓷是解决陶瓷脆性的战略途径，纳米陶瓷材料将会比传统陶瓷有更广泛的应用和发展前景。

由于量子尺寸效应和具有极大的比表面积及不同的抗菌机制，无机纳米抗菌剂(如纳米TiO2，ZnO，SiO2。的银系纳米复合粉)具有传统无机抗菌剂(TiO2、ZnO、沸石、磷灰石等多孔性物质以及银、铜、金等金属及其离子化合物)所无法比拟的优良抗菌效果，其综合抗菌效果也优于有机类和天然类抗菌剂，对绿脓杆菌、大肠杆菌、金黄色葡萄球菌、沙门氏菌、芽枝菌和曲霉等具有很强的杀伤能力。这种抗菌剂不仅抗菌能力强、范围广，而且具有极高的安全性，是～种长效抗菌剂，可用作伤口敷料订[3]。Ag可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料对诸如金黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用[4]。另外，如HAP纳米颗粒在体外细胞培养实验中发现，其对正常细胞活性无影响。作用机理解释为HAP纳米微晶对癌细胞DNA合成

翻译有抑制作用。

纳米无机生物医用材料的研究方向将从植入体在人体内随时间变化、力学性能（包括抗磨损、耐疲劳、柔韧性等）、可降解、生化活性等方面切入。将来的课题还是会围绕三个方面：一是系统地研究纳米生物无机材料的性能、微结构和生物学效应通过和常规材料对比，找出其特殊的规律；二是发展新型的纳米无机生物材料；三是进行应用研究，开创新的产业。与人体相容性高或者接近人体组织，力学性能优良且不影响组织正常恢复，不残留有害物质的绿色高效产品是纳米无机生物医用材料的研究大趋势。

二、纳米高分子生物医用材料

现代医学的发展，对材料的性能提出了愈来愈高的要求，大多数金属材料和无机材料难以满足，而合成高分子材料与天然高分子材料有着极其相似的化学结构，而且来源丰富，能够长期保存，品种繁多，性能可变化，应用范围广。从坚硬的牙齿和骨头、强韧类似筋腱和指甲，到柔软而富于弹性的肌肉组织、透明角膜和晶状体等，都可用高分子材料制作，而且可加工成各种复杂的形状。因此，生物医用高分子材料在生物医用材料领域占绝对优势。[5]纳米生物医用高分子材料可分为天然生物医用高分子材料和合成生物医用高分子材料；根据其稳定性可分为生物降解型医用高分子材料和不可降解型生物医用高分子材料；根据其应用可分为人工脏器，固定、缝合材料，药用高分子材料，诊断用高分子材料及血液净化高分子材料等[6]

古代人已经开始用天然高分子材料治病，古埃及人用棉线和马鬃等做伤口缝合线，中国人使用假牙假肢，印第安人用木片修补颅骨。1851年发明天然橡胶的硫化法后，用天然高分子硬胶制作人工牙托和颚骨。1936年邮寄玻璃用于临床。1943年赛璐珞薄膜用于血液透析。1950年后高分子材料大发展。1970年后高分子生物医学材料大量应用。近年来，纳米级的高分子生物医用材料逐步发展起来，前景光明。

纳米高分子材料可通过微乳液聚合的方法得到，这种纳米粒子可用于某些疑难病的介入诊断和治疗。由于纳米粒子比红细胞小得多，可以在血液中自由运动，因此，可注入各种对机体无害的纳米粒子到人体的各部位，检查病变和进行治疗。将载有地塞米松的乳酸乙酸共聚物纳米粒子，通过动脉给药的方法送入血管内，可以有效治疗动脉再狭窄；而载有抗增生药物的乳酸乙醇酸共聚物纳米粒子经冠状动脉给药，可以有效防止冠状动脉再狭窄。聚合物纳米粒子还可用于生物物质的分离；将纳米颗粒压成薄片制成过滤器，由于过滤孔径为纳米级，在医药工业中可用于血清的消毒等[7]。通过对纳米粒子的修饰，可以增加其对肿瘤组织的靶向特异性。有时候药效可以提高几十倍。纳米粒子作为基因载体输送核苷酸也有很多优越性，结合核苷酸后具有对抗核酸酶的作用，防止了核酸的降解，同时具有靶向输送功能并增加其在细胞内的稳定性。

高分子具有易于大规模合成且一般比无机金属质量小的特点，作为临床需求量大且要求有一定机械性能的医用材料如手术器械、支架等等都很有优势，经过纳米技术处理后对防止手术创伤感染以及支架在人体组织内相容性都有帮助。技术成熟后，高分子生物医用材料可能大量替代传统医疗器械和医疗辅助产品。

人工器官的应用，纳米高分子生物医用材料可以制作人工脏器、人工血管、人工骨骼、人工关节等，比传统高分子材料性能优越。纳米高分子生物医用材料凭借其表面效应，具有