纳米生物医用材料的进展研究

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，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降解材料在体的代过程；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。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