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篇1

生物醫用高分子材料是一種聚合物材料，主要用于制造人體內臟、體外器官、藥物劑型及醫療器械。按照來源的不同，生物醫用高分子材料可以分為天然生物高分子材料和合成生物高分子材料2種。前者是自然界形成的高分子材料，如纖維素、甲殼素、透明質酸、膠原蛋白、明膠及海藻酸鈉等；后者主要通過化學合成的方法加以制備，常見的有合聚氨酯、硅橡膠、聚酯纖維、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。按照材料的性質，生物醫用高分子材料可以分為非降解材料和降解材料。前者主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴，芳香聚酯、聚硅氧烷等；后者包括聚乙烯亞胺—聚氨基酸共聚物、聚乙烯亞胺—聚乙二醇—聚（β-胺酯）共聚物、聚乙烯亞胺—聚碳酸酯共聚物等。

生物醫用高分子材料作為植入人體內的材料，必須滿足人體內復雜的環境，因此對材料的性能有著嚴格的要求。首先，材料不能有毒性，不能造成畸形；其次，生物相容性比較好，不能與人體產生排異反應；第三，化學穩定性強，不容易分解；第四，具備一定的物理機械性能；第五，比較容易加工；最后，性價比適宜。其中最關鍵的性能是生物相容性。

根據國際標準化組織（InternationalStandardsOrganization，ISO）的解釋，生物相容性是指非活性材料進入后，生命體組織對其產生反應的情況。當生物材料被植入人體后，生物材料和特定的生物組織環境相互產生影響和作用，這種作用會一直持續，直到達到平衡或者植入物被去除。生物相容性包括組織相容性、細胞相容性和血液相容性。

二、生物醫用高分子材料的發展歷史

人類對生物醫用高分子材料的應用經過了漫長的階段。根據記載，公元前3500年，古埃及人就用棉花纖維和馬鬃縫合傷口，此后到19世紀中期，人類還主要停留在使用天然高分子材料的階段；隨后到20世紀20年代，人類開始學會對天然高分子材料進行改性，使之符合生物醫學的要求；再后來人類開始嘗試人工合成高分子材料；20世紀60年代以來，生物醫用高分子材料得到了飛速發展和廣泛的普及。1949年，美國就率先發表了研究論文，在文中第1次闡述了將有機玻璃作為人的頭蓋骨、關節和股骨，將聚酰胺纖維作為手術縫合線的臨床應用情況，對醫用高分子的應用前景進行了展望。這被認為是生物醫用高分子材料的開端。

在20世紀50年代，人類發現有機硅聚合物功能多樣，具有良好的生物相容性（無致敏性和無刺激性），之后有機硅聚合物被大量用于器官替代和整容領域。隨著科技的發展，20世紀60年代，美國杜邦公司生產出了熱塑性聚氨酯，這種材料的耐屈撓疲勞性優于硅橡膠，因此在植入生物體的醫用裝置及人工器官中得到了廣泛應用。隨后人工尿道、人工食道、人工心臟瓣膜、人工心肺等器官先后問世。生物醫用高分子材料也從此走上快速發展的道路。

三、生物醫用高分子材料的發展現狀、前景和趨勢

據相關研究調查顯示，我國生物醫用高分子材料研制和生產發展迅速。隨著我國開始慢慢進入老齡化社會和經濟發展水平的逐步提高，植入性醫療器械的需求日益增長，對生物醫用高分子材料的需求也將日益旺盛。2015年1月28日，中國醫藥物資協會的《2014中國單體藥店發展狀況藍皮書》顯示，2014全年全國醫療器械銷售規模約2556億元，比2013年度的2120億元增長了436億元，增長率為20.06%。但是相比于醫藥市場總規模（預計為13326億元）來說，醫藥和醫療消費比為1∶0.19還略低，因此業內普遍認為，醫療器械仍然還有較廣闊的成長空間，生物醫用高分子材料也將迎來良好的發展前景。

根據evaluateMedTech公司基于全球300家頂尖醫療器械生產商的公開數據而得出的報告《2015-2020全球醫療器械市場》預測，2020年全球醫療器械市場將達到4775億美元，2016-2020年間的復合年均增長率為4.1%。世界醫療器械格局的前6大領域包括：診斷、心血管、影像大型設備、骨科、眼科、內窺鏡，其中生物醫用高分子材料在其中都得到了廣泛的應用。

以往的醫學研究對組織和器官的修復，更多是選擇一種替代品，實現原有組織和器官的部分功能。隨著再生醫學和干細胞技術的迅速發展，利用生物技術再生和重建器官、個性化治療和精準醫學已經成為趨勢。因此傳統的生物醫藥高分子材料已經不能滿足現有的需求，需要模擬生物的結構，恢復和改進生物體組織與器官的功能，最終實現器官和組織的再生，這也是生物醫用高分子材料未來的發展方向。

生物醫用高分子材料在醫療器械領域中得到了非常廣泛的應用，主要體現在人工器官、醫用塑料和醫用高分子材料3個領域。

1.人工器官

人工器官指的是能植入人體或能與生物組織或生物流體相接觸的材料；或者說是具有天然器官組織或部件功能的材料，如人工心瓣膜、人工血管、人工腎、人工關節、人工骨、人工肌腱等，通常被認為是植入性醫療器械。人工器官主要分為機械性人工器官、半機械性半生物性人工器官、生物性人工器官3種。第1種是指用高分子材料仿造器官，通常不具有生物活性；第2種是指將電子技術和生物技術結合；第3種是指用干細胞等純生物的方法，人為“制造”出器官。目前生物醫用高分子材料主要應用在第1種人工器官中。

目前，植入性醫療器械中骨科占據約為38%的市場份額；隨后是心血管領域的36%；傷口護理和整形外科分別為8%左右。人工重建骨骼在骨科產品市場中占據了超過31%的市場份額，主要產品是人工膝蓋，人工髖關節以及骨骼生物活性材料等，主要應用的生物醫用高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、聚砜、聚左旋乳酸、乙醇酸共聚物、液晶自增強聚乳酸、自增強聚乙醇酸等。心血管產品市場中支架占據了一半以上的市場份額，此外還有周邊血管導管移植、血管通路裝置和心跳節律器等。

目前各國都認識到了人工器官的重要價值，加大了研發力度，取得了一些進展。2015年，美國康奈爾大學的研究人員開發出了一種輕量級的柔性材料，并準備將其用于創建一個人工心臟。在我國，3D打印人工髖關節產品獲得國家食品藥品監督管理總局（CFDA）注冊批準，這也是我國首個3D打印人體植入物。

人工器官未來發展趨勢是誘導被損壞的組織或器官再生的材料和植入器械。人工骨制備的發展趨勢是將生物活性物質和基質物質組合到一起，促進生物活性物質的黏附、增殖和分化。血管生物支架的發展趨勢是聚合物共混技術，如海藻酸鈉/殼聚糖、膠原/殼聚糖、膠原/瓊脂糖、殼聚糖/明膠、殼聚糖/聚己內酯、聚乳酸/聚乙二醇等體系。

2.醫用塑料

醫用塑料，主要用于輸血輸液用器具、注射器、心導管、中心靜脈插管、腹膜透析管、膀胱造瘺管、醫用粘合劑以及各種醫用導管、醫用膜、創傷包扎材料和各種手術、護理用品等。注塑產品是醫用塑料制品當中產量最大的品種。與普通塑料相比，醫用塑料要求比較高，嚴格限制了單體、低聚物、金屬離子的殘留，對于原材料的純度要求很高，對加工設備的要求也非常嚴格，在加工和改性過程中避免使用有毒助劑，通常具有表面親水、抗凝血等特殊功能。常用醫用塑料包括聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）、熱塑性聚氨酯（TPU）、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET）等。

目前醫用塑料市場約占全球醫療器械市場的10%，并保持著每年7%～12%的年均增長率。統計數據顯示，美國每人每年在醫用塑料領域消費額為300美元，而我國只有30元，由此可見醫用塑料在我國的發展潛力非常大。

我國醫用塑料制品產業經過多年的發展，取得了長足的進步。中國醫藥保健品進出口商會統計數據顯示，2015年上半年，紗布、繃帶、醫用導管、藥棉、化纖制一次性或醫用無紡布物服裝、注射器等一次性耗材和中低端診斷治療器械等成為我國醫療器械的出口大戶。但是也必須清醒地認識到，我國的醫用塑料發展水平還比較落后。醫用塑料的原料門類不全、生產質量標準不規范、新技術和新產品的創新能力薄弱，導致一些高端原料導致國內所需的高端產品原料還主要靠進口。

目前各國都認識到了醫用塑料的重要價值，加大了研發力度，取得了一些進展。2015年，英國倫敦克萊蒙特診所率先開展了塑膠晶狀體移植手術，不僅可以治療遠視眼或近視眼，還可以恢復患有白內障和散光者的視力；住友德馬格公司推出一種聚甲醛（POM）齒輪微注塑設備，在新型白內障手術器械中具有重要作用；美國美利肯公司開發了一項技術，可使非處方藥和保健品塑料瓶的抗濕性和抗氧化性提高30%；MHT模具與熱流道技術公司開發出了PET血液試管，質量不足4g，優于玻璃試管；Rollprint公司與TOPAS先進高分子材料公司合作，采用環烯烴共聚物作為聚丙烯腈樹脂的替代品，以滿足苛刻的醫療標準；美國化合物生產商特諾爾愛佩斯推出了一款硬質PVC，以取代透明醫療零部件中用到的PC材料，如連接器、止回閥、Y接頭、套管、魯爾接口配件、過濾器、滴注器和蓋子，以及樣本容器。

未來醫用塑料的發展趨勢是開發可耐多種消毒方式的醫用塑料，改善現有醫用塑料的血液相容性和組織相容性，開發新型的治療、診斷、預防、保健用塑料制品等。

3.藥用高分子材料，

藥用高分子材料在現代藥物制劑研發及生產中扮演了重要的角色，在改善藥品質量和研發新型藥物傳輸系統中發揮了重要作用。藥用高分子材料的應用主要包括2個方面：用于藥品劑型的改善以及緩釋和靶向作用，此外還可以合成新的藥物。

藥物緩釋技術是指將衣物表面包裹一層醫用高分子材料，使得藥物進入人體后短時間內不會被吸收，而是在流動到治療區域后再溶解到血液中，這時藥物就可以最大限度的發揮作用。藥物緩釋技術主要有貯庫型（膜控制型）、骨架型（基質型）、新型緩控釋制劑（口服滲透泵控釋系統、脈沖釋放型釋藥系統、pH敏感型定位釋藥系統、結腸定位給藥系統等）。

貯庫型制劑是指在藥物外包裹一層高分子膜，分為微孔膜控釋系統、致密膜控釋系統、腸溶性膜控釋系統等，常用的高分子材料有丙烯酸樹脂、聚乙二醇、羥丙基纖維素、聚維酮、醋酸纖維素等。骨架型制劑是指向藥物分散到高分子材料形成的骨架中，分為不溶性骨架緩控釋系統、親水凝膠骨架緩控釋系統、溶蝕性骨架緩控釋系統，常用的高分子材料有無毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚氧硅烷、甲基纖維素、羥丙甲纖維素、海藻酸鈉、甲殼素、蜂蠟、硬脂酸丁酯等。

我國的高分子基礎研究處于世界一流，但是藥用高分子的應用發展相對滯后，品種不夠多、規格不完整、質量不穩定，導致制劑研發能力與國際產生差距。國內市場規模前10大種類分別為明膠膠囊、蔗糖、淀粉、薄膜包衣粉、1，2-丙二醇、PVP、羥丙基甲基纖維素（HPMC）、微晶纖維素、HPC、乳糖。高端藥用高分子材料幾乎全部依賴進口。專業藥用高分子企業則存在規模小、品種少、技術水平低、研發投入少的問題。

目前，藥物劑型逐步走向定時、定位、定量的精準給藥系統，考慮到醫用高分子材料所具備的優異性能，將會在這一發展過程中發揮關鍵性的作用。未來發展趨勢是開發生物活性物質（疫苗、蛋白、基因等）靶向控釋載體。

四、結語

雖然生物醫用高分子材料的應用已經取得了一些進展，但是，隨著臨床應用的不斷推廣，也暴露出不少問題，主要表現出功能有局限、免疫性不好、有效時間不長等問題。如植入血管支架后，血管易出現再度狹窄的情況；人工關節有效期相對較短，之所以出現這些問題，主要原因是人體與生俱來的排異性。

生物醫用高分子材料隸屬于醫療器械產業，其發展備受政策支持。國務院于2015年5月印發的《中國制造2025》明確指出，大力發展生物醫藥及高性能醫療器械，重點發展全降解血管支架等高值醫用耗材，以及可穿戴、遠程診療等移動醫療產品。可以預見，在未來20～30年，生物醫用高分子材料就會迎來新一輪的快速發展。

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篇2

一、生物材料

生物材料又可以叫做生物技術。它是運用生物學和工程學的原理，根據生物的材料、生物所持有的特有功能組建成具有特定性狀的生物新品種，生物材料是在分子生物學、細胞生物學等基礎上發展起來的，不僅僅包括基因工程、細胞工程、還有發酵工程，他們之間互相聯系，其中最主要的是以基因工程為基礎的。我們只有投入到生物材料的研究，才能讓給我們做出更大的貢獻。

二、生物材料玻璃陶瓷的分類和特點

（一）生物材料的分類。在醫學中最早出現的生物材料是醫用的金屬材料，隨著人類社會的進步，生物材料的不斷發展，現在生物材料的應用越來越廣泛。其中生物材料主要包括醫用金屬材料、醫用高分子材料和醫用生物玻璃陶瓷這三方面。特別對于生物玻璃陶瓷，由于生物玻璃陶瓷具有良好的生物相容性和很好的力學性能而受到人們的喜愛。而且它的光澤與人類骨骼的有很高的相似度，所以不易發生臟化的現象，十分適合于填補人體的空洞，填補缺失的牙冠和遮蓋的牙面等。

（二）生物玻璃陶瓷的分類和特點。生物玻璃陶瓷現在可以主要分為三類：惰性玻璃陶瓷、可降解陶瓷、生物活性陶瓷。在這三類的應用中惰性玻璃陶瓷這種材料在植入到人體后不容易引起周圍組織和全身明顯的化學和生物反應。一般來說它具有良好的力學性能，持久的的抗腐蝕性和耐磨性。但是由于它的彈性模量較骨非常高，所以他的生物力學的相容性差，而且容易出現脆性斷裂。

第二種是生物可降解陶瓷，這種玻璃陶瓷在植入人體的組織后不引起任何不良的組織反應，能夠很好地被新生的組織所取代。但是該種生物材料的玻璃陶瓷強度低而且比較脆，因此在使用的時候不適合用于支撐比較重的部位，因為這些比較重的部位的彎曲力、扭轉應力傳遞到植入體以后會導致植入體的斷裂。第三種是生物活性陶瓷，這種生物材料在植入到體內后會與周圍的組織發生生物和化學反應，從而能夠很好地使得植入體與組織間形成生物的結合。這種生物材料的陶瓷玻璃不僅對人體無害，而且與骨組織的親和性好，還能與周圍的骨組織牢固結合。

三、生物玻璃陶瓷應用方面的優點

（一）生物玻璃陶瓷的獨特屬性。生物玻璃陶瓷要比普通窗玻璃含有較多的鈣和磷，正是基于此能與骨自然牢固地發生化學的結合，而且它具有獨特的屬性，能在植入的部位迅速而且穩定的發生一系列的表面反應，導致含碳酸鹽基磷灰石層的最終形成。此外，生物玻璃陶瓷的生物相容性很好，這些材料在植入體后，不會發生較多的不良反應。

（二）生物材料玻璃陶瓷最合適的運用部位。在人體發生無排斥的炎性及組織壞死等反應并能與骨形成骨性的結合，而且骨結合的強度大，界面結合能力非常好，并且相對來說成骨快。因此目前這種生物材料的玻璃陶瓷適合用于耳小骨的修復，同時對恢復聽力也具有良好得效果，但是由于這種生物材料的玻璃強度低，所以只能用于對人體來說受力不大的部位。不管怎么樣生物活性玻璃的多孔材料在用作骨組織工程支架方面具有很好的發展前景。

四、生物玻璃材料在應用中的改進

我們都知道生物玻璃陶瓷在生物醫用領域具有極大的優越性，但是，它在力學性能方面還存在一定不足，尤其是陶瓷本身的脆性較大，疲勞強度和斷裂韌性較低，鑒于這種情況不能應用于復雜的應力承載的環境中。所以為了獲得能夠更加滿足要求的生物玻璃陶瓷材料，我們必須開發增加韌性和強度的方法，使得更適合人類的使用和發展。當前增韌增強的方法主要有粒子增韌、纖維增韌、層狀復合增韌、生物性玻璃陶瓷涂層等。

（一）粒子增韌。玻璃陶瓷的粒子增韌是利用生物玻璃陶瓷和其它顆粒的復合方法來提高強度，這種方法應用最廣，因為其工藝的過程比較簡單。我們通常通過在玻璃陶瓷中添加納米顆粒來提高材料的強度和韌性。

（二）纖維增韌。纖維增強增韌陶瓷復合材料是在陶瓷材料中添加纖維類材料來提高強度，其增韌機理主要是因模量的不同引起載荷的轉移、微裂紋的增韌、裂紋的偏轉、纖維的脫粘和纖維的拔出等情況。在軸向的應力作用下，纖維增強陶瓷基體復合材料的斷裂包括基體的開裂、基體的裂紋逐漸向纖維和基體間的界面不斷擴散、纖維脫粘、纖維的斷裂和纖維的拔出等復雜的過程。

（三）層狀復合增韌。玻璃陶瓷的層狀復合增韌主要是從自然界中的珍珠類材料獲得的啟示。因為珍珠類的材料鈣所占的比重大，所以鑒于此可以克服陶瓷材料的脆性，采用層狀的結構，然后加入延性材料，從而制得層狀復合材料。

（四）生物活性玻璃陶瓷的涂層增韌。這種增韌方法是把生物的活性材料涂覆在金屬基體上，這樣得到的復合材料不僅僅具有基體金屬的強度和韌性，而且又具有生物活性材料優良的生物活性和生物相容性，這種生物材料的玻璃陶瓷在植入到人體后，可以在短期內與人體的組織形成良好的生物結合。這種增韌方式的金屬基體主要包括不銹鋼、鈦合金等等。

五、結束語

生物材料玻璃陶瓷應用的廣闊前景是我們不斷進行研究的動力，隨著科技的不斷發展，我們的醫學水平亟待提高，而且我們要向著更加人性化，符合人類的人體方向不斷發展，讓更加適應人的水平，以人性化為準則，發展更新的生物玻璃陶瓷。

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篇3

生物材料的定義

生物材料也叫生物醫用材料，是一種植入生命系統內或與生命系統相結合而設計的物質，它與生命體不起藥理反應。主要用于人工器官、外科修復、理療康復、診斷、檢查及治療疾患等醫療、保健等領域，能執行、增進或替換因疾病、損傷等失去的某種功能或能恢復缺陷部位，其作用藥物不可替代。

生物材料的發展已經有非常長的歷史，自人類認識了解材料起，就有了生物材料端倪。有學者依據生物醫學材料的發展歷史及材料本身的特點，將已有的材料分為三代，它們各自都有自己明顯的特點和發展時期，代表了生物醫學材料發展的不同水平，如圖1所示。

生物材料的分類

當今社會醫學水平的提高以及人類生活質量的改善，大大促進了生物材料的發展，生物材料應用廣泛，品種眾多，根據不同的分類標準，生物材料可以分為見表1。

Two

國內外生物材料產業發展現狀

生物材料產品的研究與開發不僅具有巨大的經濟效益又兼有重大的社會效益。隨著人類文明進步以及經濟的快速增長，人類更加注重生活品質，更加注重康復和保健，這給予生物材料產業龐大的市場。與此同時，交通工具大量涌現，生活節奏加快，這給疾病、自然災害、意外事故的發生提供了溫床。因此，發展用于人體組織和器官再生與修復的生物醫用材料具有重大社會效益。

國際生物材料產業發展現狀

國際社會日益重視生物材料的研究與產業發展。生物材料的研究和產業化對社會和經濟的重大作用正日益受到各國政府、產業界和科學界的高度重視，其研究與開發被許多國家列入高技術關鍵新材料發展計劃，并迅速成為國際高技術制高點之一。美國國防部將生物材料列入5 種高技術關鍵新材料發展規劃。德國、日本、加拿大、法國、澳大利亞及韓國等國家和地區紛紛公布自己的生物材料研究計劃及巨額投資來吸引人才或引導投資，以期能夠在此領域內的世界性競爭中占一席之地。目前，美國、西歐、澳大利亞和日本均組建了10余個高級別多學科交叉的國家生物材料與工程中心。

生物材料產業的經濟地位日益提高，有望成為本世紀世界經濟新的增長點。近年來，世界生物材料市場發展勢頭更為迅猛，其發展態勢可與信息、汽車產業在世界經濟中的地位相比。全球生物材料市場規模迅猛擴張，其中1995年至2010年期間，全球生物材料市場規模增長了19倍，達到了4000億美元。

就市場需求面而言，主要市場增長動力來自于歐、美、日等國家老年人口數目提升及慢性疾病問題逐漸增加，對于人工關節等骨科應用及心臟支架等心血管應用的需求持續攀升，預期未來市場將仍維持穩定成長趨勢。同時由于全球生醫材料的應用領域的擴展、產品技術的改良和人們對生物材料產品接受度的逐漸提升，也是促使生物材料市場需求和提升市場規模的主要推動力。預計在不久的將來生物醫用材料及其制品產業成為本世紀經濟的一個支柱性產業。

國內生物材料產業發展現狀

我國生物材料產業起步于上世紀80年代初期，到現在為止，仍然屬于起步階段。我國生物醫用材料研制和生產迅速發展，初具規模，已經成為一個新興產業，總產值的增長率遠高于國民經濟平均發展速度。從上世紀90年代到2011年，我國生物產業年均增長均超過20%。然而，我國生物材料產業所占全球生物材料市場份額較低，最高時僅占2%左右。

我國生物材料發展起步晚，發展基礎薄弱。由于我國生物材料研究和產業化起步較晚，導致我國在生物材料市場全球競爭中失去先機。目前，我國生物材料企業產品沒有自己的專有產品和自主知識產權，生產的產品大都屬于在國外技術非常成熟且國外廠商并不愿意生產的初級產品。同時由于生產技術裝備、管理與操作工素質等因素，導致目前我國生產的生物材料質量一直處于中低檔水平，鮮見有高質量的國產生物材料。由于我國生物材料質量問題，我國生物材料與制品約有70%～80%需要進口，且我國生物材料和制品所占世界市場份額不足1.5%。

我國政府日益重視生物材料產業發展。2006年國務院的《國家中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020）》不僅將生物技術作為科技發展的5個戰略重點之一，同時在基礎研究等方面也給予了高度重視。2010年9月通過的《國務院關于加快培育和發展戰略性新興產業的決定》也將生物產業列入戰略性新興產業，并明確指出要求“加快先進醫療設備、醫用材料等生物醫學工程產品的研發和產業化，促進規模化發展”。在2011年7月科技部的《國家“十二五”科學和技術發展規劃》中第四部分“四、大力培育和發展戰略性新興產業”也明確指出要大力發展包括生物材料在內的生物產業。

我國生物材料產業市場前景廣闊。據民政部門報告，我國現有的肢體不健全患者已超過1500萬個，其中肢殘患者約800萬個；由類風濕引發的大骨節病患者有數百萬；冠心病患者已超過1000萬個；白內障盲人約500萬個；牙缺損和牙缺失患者高達3億～4億人；肝炎病毒攜帶者1.2億人；心血管病患者2000萬人；需計劃生育的育齡婦女2000萬人；伴隨人口老齡化（60歲以上的老年人口已達1.39億人，約占全國人口的10.69%） 的骨質疏松患者7000萬人；每年由于疾病、交通事故和運動創傷等造成的骨缺損和缺失患者人數近1000萬人；需要進行顱頜面等整形的人數有數千萬人。這還不包括數目龐大的各類軟組織、血液和器官疾病患者人數。

上述疾病的治療均需要生物材料，從而為生物材料產業創造了巨大的市場。據統計，僅2008年，包括生物材料在內的生物行業總產值就已經突破8000億元人民幣。在“十二五”發展熱點研討會上，中國工程院院士張興棟表示，生物醫學材料的技術和產業都處于起步階段，并在不斷變革之中，我國生物醫學材料市場正處于“井噴”前夕，前景比較廣闊；保守估計，到2015年，將實現銷售額200億美元，同期國際市場份額為6.2%，帶動相關產業收入將達600億美元。

Three

濱海新區生物材料產業發展現狀

濱海新區生物材料產業技術研發能力不強、產業基礎薄弱，尚處于起步階段。但關聯產業如生物醫藥、新材料均是濱海新區核心產業，有一定的產業基礎；南開大學、天津大學以及生物醫藥聯合研究院等科研實力雄厚的教學與研究機構在生物醫藥、新材料等領域都有很強的科研實力，這對濱海新區今后發展生物材料產業提供了可能。由此可見，雖然濱海新區發展現狀不盡人意，但是具有很大的市場發展潛力。

濱海新區研發能力不強，研究領域處于空白

根據布局在濱海新區的研究院所、高等院校等創新機構的研究方向發現，濱海新區雖然擁有國際生物醫藥聯合研究院、中科院天津工業生物技術研究所、南開大學泰達學院、天津大學濱海工業研究院以及天津科技大學等生物領域的研究與教學機構，但對于生物材料或生物醫學工程相關的研究基本處于空白。雖然南開大學和天津大學在生物材料領域科技成果產出較多，有較強的科研能力，但相關研發團隊基本分布在市內的校區，輻射濱海新區的能力有限。

產品結構單一、企業數量偏少

濱海新區擁有生物材料領域的企業較少，產品結構單一，企業分布也較分散，沒有形成完整的產業鏈。天津世紀康泰生物醫學工程有限公司（原天津泰達生物醫學工程股份有限公司）和天津國韻生物材料有限公司是濱海新區為數不多的生物材料公司。世紀康泰主要產品為人工晶體系列產品，而國韻生物材料主要產品則是可完全生物降解的生物基高分子材料聚羥基烷酸酯（PHA）及其應用產品，雖同屬濱海新區但產品相關度低，再加上濱海新區相關企業稀少，無法形成有力的產業發展合力。

政策支持乏力，濱海新區相關政策處于真空狀態

天津市有關支持生物材料發展的政策，僅有《天津市中長期科學和技術發展規劃綱要（2006-2020年）》中，在生物醫藥及工程技術領域提到“醫用納米生物材料與技術，骨科植入材料和醫用塑料技術與產品；”和新材料和納米技術領域中提到“生物醫學材料重點發展可控生物降解材料，具有天然生理功能的人工器官和組織工程材料，環境響應醫用材料，研究材料的生物相容性及其評價方法。”，后續具體的支持政策沒有出臺，僅停留在規劃層面。甚至在濱海新區十二五規劃中也沒有體現支持生物材料產業或生物醫學工程領域發展的相關內容。

Four

濱海新區應對策略

結合濱海新區生物材料產業發展所面臨的起步晚、研發能力不強、產業基礎薄弱等問題，提出以下建議。

加強原始創新研究，重點突破

當前，濱海新區生物材料領域原始創新能力偏低，原始創新研究成果稀少。為改變這一局面，建議一是根據“自主創新，重點跨越，支撐發展，引領未來”科技工作的指導方針，以市場需求為導向，選擇具有一定基礎和優勢、關系國計民生的關鍵領域，從濱海新區企業的緊迫需求出發，著力突破重大關鍵、共性技術，集中力量、重點突破，實現跨越式發展。二是積極推進企業、高校、科研院所的“產、學、研”合作，結合實際形勢，積極研發新產品，推動產品升級換代，提高產品附加值。

整合研究機構，協同創新

根據研究基礎、領域需求，整合研究機構和共享研究資源，避免散兵游勇獨立作戰，既可以避免重復研究，使科研長期處于低水平，也可以促進資源共享，提高研究水平，開發出更多附加值更高的產品，共同推動研究工作健康發展；理順、構建材料合成與選擇、體外實驗、動物實驗、臨床實驗等不同階段的試驗流程，避免因好的材料由于各種試驗不能按計劃完成導致無法報批形成產業化而造成不必要的損失；嚴格、規范和簡化報批程序，鼓勵跨領域、跨學科的科技人員協同創新，重視基礎研究和應用研究的銜接，重視技術集成。

注重科技招商，填補空白

針對濱海新區生物材料領域產業基礎薄弱、技術創新能力不強的問題，濱海新區應加大科技招商工作力度，以填補產業和技術空白為目標，以國家生物醫藥國際創新園、天津國際生物醫藥聯合研究院、中科院天津工業生物技術研究所、南開大學泰達學院、天津大學濱海工業研究、天津科技大學等創新機構和濱海新區生物醫藥科技企業孵化轉化載體、科技園區、科技企業孵化器、大學科技園等招商載體為招商引智平臺，有針對地吸引技術能力突出、產品競爭能力強的生物材料企業和海內外高端人才來濱海新區落戶，以期可以填補濱海新區產業技術空白，加速濱海新區生物材料產業全鏈條的形成。

整合社會資源，推動科技成果在濱海新區轉化

篇4

生物醫學材料是一類對人體細胞、組織、器官具有增強、替代、修復、再生作用的新型功能材料。它有獨特的基本要求：①具有生物相容性，要求材料在使用期間，同機體之間不產生有害作用，不引起中毒、溶血、凝血、發熱、過敏等現象；②具有生物功能性，在生理環境的約束下能夠發揮一定的生理功能；③具有生物可靠性，無毒性，不致癌、不致畸、不致引起人體組織細胞突變和組織細胞反應（即“三致物質”），有一定的使用壽命，具有與生物組織相適應的物理機械性能；④化學性質穩定，抗體液、血液及酶的作用；⑤針對不同的使用目的具有特定功能。按生物醫用材料性質的不同可分為四大類：①醫用金屬材料。主要用于硬組織的修復和置換，有鈷合金（Co-Cr-Ni）、不銹鋼、鈦合金（Ti-6Al-4V）、貴金屬系、形狀記憶合金、金屬磁性材料等7類，廣泛用于齒科填充、人工關節、人工心臟等。②醫用高分子材料。有天然與合成兩類，通過分子設計與功能拓展，即合金化、共混、復合（ABC）等技術手段，可獲得許多具有良好物理機械性能和生物相容的新型生物材料。③生物陶瓷材料。有惰性生物陶瓷（氧化鋁陶瓷材料、醫用碳素材料等）和生物活性陶瓷（羥基磷灰石、生物活性玻璃等）。④醫用復合材料。由兩種或者兩種以上不同性質材料復合而成，取長補短，達到功能互補。主要用于修復或者替換人體組織、器官或增進其功能以及人工器官的制造。膠原屬于細胞外基質的結構蛋白質，結構復雜，根據分子結構決定功能和性質的原則。其分子量大小、形狀、化學反應以及獨特的生物分子等對功能、性質起著決定性作用。膠原來源廣泛，資源豐富，性質特殊。是21世紀生物醫學材料研究和應用的熱點和重點[1]。

1膠原生物醫學材料的優勢

（1）低免疫源性。組織膠原具有一定的免疫性，20世紀90年代研究發現，其免疫源性來自于端肽及變性膠原和非膠原蛋白質，在提取膠原時，除去端肽及純化分離掉變性膠原和非膠原蛋白，能得到極弱免疫原性的膠原材料。（2）與宿主細胞及組織之間的協調作用。其特點：①膠原有利于細胞的存活和促進不同類型細胞的生長；②膠原不但可增加細胞黏結，而且有利于控制細胞的形態、運動、骨架組裝及細胞增殖與分化。（3）止血作用。膠原的四級特殊結構能使血小板活化、釋放出顆粒成分，起到迅速凝血的作用。（4）可生物降解性。膠原是一種特殊的生物降解材料，其降解性作為器官移植的基礎。（5）物理機械性能。膠原的三螺旋結構以及自身交聯而成網狀結構，使其具有很高的強度，可滿足機體對機械強度的要求；另外通過進一步的交聯增強其強度，而且采用不同的交聯劑可獲得不同的強度和韌性材料。通過復合和接枝共聚能獲得更多性能優良的材料。（6）組織工程（Tissueengineering）。膠原的優良特性使其在組織工程中扮演更重要的角色，大量應用于臨床，前景廣闊。

2膠原在生物臨床醫學上的應用

[2]（1）手術縫合線。當前應用的天然與合成材料制備縫合線均存在這樣那樣的不足和缺陷，或者不能自然吸收，需要拆線；或者與組織反應大，引起發炎、造成傷口瘢痕明顯；或者吸收時間過長等。而膠原制備的縫合線既有與天然絲一樣的高強度，又有可吸收性；使用時有優良的血小板凝聚性能，止血效果好，有較好的平滑性和彈性，縫合結頭不易松散，操作過程中不易損傷肌體組織。可采用復合與交聯改性方法提高縫合線功能和性能，制備的可吸收縫合線有：①純膠原可吸收縫合線；②膠原/聚乙烯醇共混復合；③膠原/殼聚糖復合可吸收縫合線；④膠原/殼聚糖/聚丙烯酰胺復合可吸收縫合線。（2）止血纖維。膠原纖維是一種天然的止血劑和凝血材料，且止血功能優異。膠原纖維是一種集止血、消炎、促愈為一體，可被組織吸收，無毒、無副作用的醫用功能纖維，相比于以前使用的氧化纖維素、羧甲基纖維素及明膠海綿等止血材料，其效果要好的多。（3）止血海綿。膠原海綿有良好的止血作用，能使創口滲血區血液很快凝結，被人體組織吸收，一般用于內臟手術時的毛細血管滲出性出血。臨床應用于普外科、心血管外科、整形外科、泌尿外科、骨科、皮膚科、燒傷科、婦產科以及口腔科、耳鼻喉科、眼科等幾乎所有的手術。（4）代血漿。當人體由于外傷或其他原因發生意外急性失血時，最佳方法必須立刻輸血，但眾所周知，血液來源非常困難！而且不能長久保存，輸血之前還需鑒定血型和配型。因此，尋找理想的代用品成為人們的夢想。20世紀50年明膠代血漿受到重視，且符合血漿的條件和性質，國外已大量使用，我國正在積極推進其產業化。國外明膠類代血漿有脲交聯明膠、改性液體明膠和氧化聚明膠3種。國內有氧化聚明膠、血安定（Gelofu-sine）海星明膠和血代（Haemaccel）。（5）水凝膠。水凝膠是一些由親水大分子吸收了大量水分形成的溶脹交聯狀態的半固體（三維網絡），能保持大量水分而不溶解，具有良好的溶脹性、柔軟性和彈性，以及較低的表面張力等特殊性質。交聯方式有共價鍵、離子鍵和次級鍵（范德華力、氫鍵等）。水凝膠是高分子凝膠中的一類，可分為物理凝膠和化學凝膠。為改善性能需對天然高分子與合成高分子進行共混復合制備新型水凝膠（互穿網絡水凝膠），現已取得很大進展。制成的復合材料有膠原/聚甲基丙烯酸羥乙酯水凝膠、膠原/聚乙烯醇水凝膠、膠原/聚異丙酰胺水凝膠、膠原/殼聚糖水凝膠等。（6）敷料。敷料是能夠起到暫時保護傷口、防止感染、促進愈合作用的醫用材料。有普通敷料（常用植物纖維紗布）、生物敷料（膠原蛋白及其改性產品以及左旋糖酐、殼聚糖、淀粉磷酸酯等）、合成敷料和復合敷料等四種。開發使用的品種有海綿型敷料、膠原膜敷料、凝膠敷料。（7）人工皮膚。人工皮膚是在創傷敷料基礎上發展起來的一種皮膚創傷修復材料和損傷皮膚的替代品。其制備方法采用復合與交聯法，一是提高膠原的機械強度；二是膠原與其他天然高分子進行雜化改善機械性能和生物活性。（8）人工血管。人工血管是近年來組織工程（一門多學科的交叉科學）研究的重點之一。當今臨床應用的人工血管主要是人工合成材料制成的，最早是滌綸纖維編織的人工血管，但只能對大口徑血管有較短的替代作用。后來開發聚四氟乙烯（PTFE）、聚氨酯（PU）、膨體聚四氟乙烯（ePTFE），并采取多種方法進行改性，以適應血管植入的要求。此外，還有生物降解材料如聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚乳酸異構體（PLLA）等。（9）人工食管。分為兩種，一種是用自身的其他組織或器官（如結腸、空腸、胃、胃管和游離的空腸等）加工而成，現已廣泛應用于臨床，優缺互見；另一種是人工合成材料加工而成，比如塑料管、金屬管、PTFE管、硅膠管等，效果均不理想。最早制成使用的聚乙烯（PE）管，此后發展了PTFE、硅橡膠、硅膠涂覆的滌綸編織管（PET）、碳纖維管等。近年以來，使用聚乙烯醇（PVA）、PLA降解塑料。用降解塑料制作無細胞支架的人工食管、組織工程化食管等。（10）心臟瓣膜。分為機械瓣膜（金屬瓣）和生物瓣膜。心臟瓣膜支架材料有可降解合成高分子和生物高分子。可降解合成高分子有PLA、PGA及二者共聚物（PGLA），此外還有聚β—羥基烷酸酯、聚羥基丁酸酯（PHB）；生物高分子材料有膠原、纖維蛋白凝膠、去細胞瓣膜支架等。（11）骨的修復和人工骨。目前仍以金屬（不銹鋼、鈷鉻合金、鈷鎳合金、鈦合金）為主；高分子材料，諸如PTFE、聚硅氧烷、高密度聚乙烯（HDPE）、陶瓷（結晶氧化鋁、羥基磷灰石）以及復合材料。膠原以其獨特的性能成為不可或缺的生物材料，在骨修復中起舉足輕重作用。①在組織引導再生術中（guidedtissueregeneration,GTR）能起到“誘導成骨”、“傳導成骨”，實現再生修復和骨愈合的作用。②組織工程化骨組織的構建。包括三個方面：一是尋求能夠作為細胞移植與引導新骨生長的支架結構作為細胞外基質（ECM）的替代物；二是種子細胞；三是組織工程骨的組織還原（骨缺損修復）。（12）角膜與神經修復。角膜膠原膜和組織工程化角膜；人工神經支架采用膠原、膠原/殼聚糖或膠原/糖胺聚糖等。（13）藥物載體。藥物載體由高分子材料充當，大多數為傳遞系統，其主要成分是膠原和明膠。有膠原膜、膠原海綿、藥用膠囊和微膠囊和丸劑與片劑。（14）固定化酶載體。膠原可作為細胞或酶的載體，其特點：①膠原本身是蛋白質，對酶和細胞的親和性是其他材料不可及的；②膠原蛋白成膜性好，可制成各種酶膜；③膠原蛋白肽鏈上具有許多官能團，諸如羧基、氨基、羥基等，易于吸附和固化。膠原蛋白有很好的生物相容性，在體內可被逐步吸收，交聯接枝共聚后賦予了材料良好的物理機械性能，且可在體內長期保存。廣泛應用于人體的各個部位。生物醫學材料在人體的應用部位，詳見圖1[3]。

3結語

隨著社會文明的不斷進步，生命至上理念不斷深入人心，天賦人權，生命是任何人都不能剝奪的最高權利，人類對身心健康和生活質量越來越重視。當前，新型材料更多的應用于醫藥和臨床，尤其如膠原基生物材料，以其獨特的優勢和優異的性能在這一領域大顯身手。科技改變未來、改變生活，天然高分子與合成高分子材料通過共混、復合、合金化、納米化等技術手段，制備成多種新穎獨特的新材料和新產品。尤其應用于臨床和組織器官工程挽救了數以萬計的人類生命并提高了生命質量和延長了壽命。隨著3D打印技術在生物醫療領域的快速發展，如何制備出適合3D打印的不同類型膠原蛋白材料，并保證在打印過程中蛋白不變性、強度可控、易塑性等成為研究的新課題[4]。

當今，是生物高分子時代，隨著科技發展日新月異，生命科學和生物材料研究的不斷深入。生物醫藥是“十四五”的新興產業鏈。膠原在生物醫學、醫藥、組織器官工程和臨床醫學的應用將更加光明，潛力非常巨大。開發應用必將成為廣大科研人員研究的重點和熱點，我們將拭目以待有更多的新型材料和產品為人類的健康服務并造福人類。

參考文獻：

[1]王璐，但衛華，但年華.胞牛皮源高層級膠原聚集體的制備與表征[J].皮革科學與工程.2019，29（05）:16-22.

[2]將挺大膠原與膠原蛋白[M].化學工業出版社，北京，2006.03：186-251.

篇5

化學組成：礦泉水和可樂瓶是用的聚對苯二甲酸乙二醇酯PET。另外食品包裝塑料瓶材料還有聚丙烯PP，高密度聚乙烯HDPE等。

用途：生活中最常見的就是用塑料瓶裝水了，也就是常見的礦泉水。另外就是可以用塑料瓶裝其他物品，比如說實驗室中不能用玻璃瓶裝的試劑有時必須用塑料瓶裝。塑料瓶的用途有很多很多，生活中到處可以見到塑料瓶。

改進措施：可以改進塑料瓶的生產工藝，如果能將塑料瓶生產成可自動降解的，那么我們的環境將不會再有更多的白色污染，這是一個非常有前景的技術，如果能夠成功，并且價格能夠和現在的塑料瓶相當，那么塑料瓶的用途可能將大大增加！

2．名稱：一次性紙杯。

形狀：上大下小的錐形形狀。

化學組成：聚乙烯。

性能：柔軟性好、耐沖擊性能好；耐熱性、耐溶劑性、硬度較差。

用途：最好用于裝冷水，不要裝開水。

改進措施：如果選用的材料不好，或加工工藝不過關，在聚乙烯熱熔或涂抹到紙杯過程中，可能會氧化為羰基化合物。羰基化合物在常溫下不易揮發，但在紙杯倒入熱水時就可能揮發出來。它既不環保，也不健康。還有些一次性紙杯生產商購買價格低廉的紙漿，在生產過程中添加熒光漂白劑，有致癌危險。建議大家，一次性杯不到萬不得已不要使用，如果使用最好裝冷水。

3．洗潔精

形狀：粘稠狀

化學組成：洗潔精的主要成份是:1表面活性劑；其主要作用是產生泡沫及去污；2、洗滌助劑：常用的原料有氫氧化鈉和檸檬酸鈉；3、增稠劑量：其主要作用是增稠，穩泡及去污，常用的原料有6501、6502、氯化鈉；4、防腐劑，其主要作用是殺菌，保持，常用的原料有：苯甲酸鈉、甲基異噻唑啉酮等；5、添加劑，其主要作用是處理水質，改善氣味，常用的原料有：1、乙二胺四乙酸二鈉，2、EDTA四鈉

性能：去污性能，去油性能等。

用途：可以用來清洗碗筷，也可以用來清洗鞋子或衣服上的污濁等。

4．電冰箱外殼

形狀：長方體或者不規則多邊形

化學組成：塑料，金屬等。

性能：支撐冰箱外形，美觀漂亮及減少冰箱成本等等。

改進措施：我們都知道，冰箱在使用一段時間后外形將不再漂亮美觀，主要是由于塑料經過長期的外置于空氣中可能發生老化，變色等。如果能將塑料的性能改優使其老化速度減緩或者不老化，那么將是一件非常有價值的進步，另外就是和上面一樣，如果做到塑料能夠自動降解，那么我們的世界將少了一份白色污染。我們的世界也將變得更加美麗！

5．各種醫用高分子材料制品

醫用高分子材料是指可以應用于醫藥的人工合成（包括改性）的高分子材料，一般不包括天然高分子材料、生物高分子材無機高分子材料等在內。隨著生物科學技術的不斷發展和進步，越來越多的高分子材料被用于與人類生命健康息息相關的各種器官和皮膚的替代材料。

醫用高分子材料大致可分為機體外使用與機體內使用兩大類。機體外用的材科主要是制備醫療用品。如輸液袋、輸液管、注射器等。輸液袋、管可用衛生級聚氯乙烯制造。由于這些高分子材料成本低、使用方便，現已大量使用。機體內用材料又可分為外科用和內科用兩類。外科方面有人工器官、醫用粘合劑、整形材料等。內科用的主要是高分子藥物。所謂高分子藥物，就是具有藥效的低分子與高分子載體相綜合的藥物，它具有長效、穩定的特點。

篇6

1、毛線的蠶絲蛋白又名：絲素蛋白。絲素蛋白，是從蠶絲中提取的天然高分子纖維蛋白，含量約占蠶絲的70%～80%，含有18種氨基酸，其中甘氨酸(gly)、丙氨酸(ala)和絲氨酸(ser)約占總組成的80%以上。絲素本身具有良好的機械性能和理化性質，如良好的柔韌性和抗拉伸強度、透氣透濕性、緩釋性等，而且經過不同處理可以得到不同的形態。

2、絲素蛋白材料具有良好的生物相容性，在生物醫用材料領域的應用前景甚廣。但是，純絲素蛋白材料的力學性能等尚未達到實用性的要求，而改性的研究是一種良好的途徑。2014年11月20日，西南大學家蠶基因組生物學國家重點實驗室通過敲除Fib-H基因獲得空絲腺，蠶寶寶吐出人工合成蠶絲蛋白，這在國內外尚屬首次。

（來源：文章屋網 ）

篇7

甲殼素，又被稱為幾丁質，因其自身含有大量氨基多糖稱為唯一的天然陽離子多糖，主要從甲殼生物的外殼或昆蟲的外骨骼中提取得到。甲殼素為由N-乙酰-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖通過β-1，4糖苷鍵形成多糖，即N-乙酰-D-葡萄糖胺的聚糖。殼聚糖是甲殼素上的氨基的脫乙酰化產物，反應活性和溶解性均比甲殼素強。殼聚糖在自然界中的含量位列第二位，僅低于纖維素，并且能夠實現可循環利用，是理想的生物醫用材料。殼聚糖具有許多優良特性：對環境無污染，生物相容性和可降解性高，來源廣泛，以及具備黏膜黏附性、抗菌活性等。

水凝膠是由水溶性高分子經過交聯后形成的，交聯網絡結構能在水中膨脹但會分散，能夠保持含水量高但并不溶劑的狀態，可以達到幾十甚至幾百倍的吸水率，是很強的吸水材料，其中的液體水被固定于高分子三維網絡結果當中，整個水凝膠體系可以保持良好的穩定性。水凝膠質地柔軟，與活體組織質感相近，具有良好的生物相容性使得它在生物醫藥領域具有廣闊的應用前景，如，可作為藥物緩釋材料、蛋白質電泳、隱形眼鏡、人造血漿和皮膚、組織填充材料、組織工程支架等。

殼聚糖水凝膠具有低毒性和高生物相容性，作為智能水凝膠是還具有pH或溫度的敏感性，并且不影響藥物本身的藥效發揮，在用作藥物緩釋材料、組織工程支架、醫用敷料等領域具有良好的應用前景。[1]

1 醫用殼聚糖水凝膠藥物釋放體系

藥物釋放系統包括有藥物固定和藥物的控制釋放過程，凝膠本身因其網絡結果能夠很好的實現藥物的存儲固定，同時溶脹度的變化過程能夠控制藥物的釋放速率，還容易在體內降解代謝。因此，水凝膠在口服、口腔、鼻腔、陰道、直腸、眼部、注射等給藥途徑具有較大的應用潛力。

藥物釋放用水凝膠主要包括溫度敏感水凝膠和pH敏感水凝膠，對于溫度敏感性的凝膠，當處于人體溫環境（37℃）時，凝膠發生親水膨脹，網絡結構由緊變松，從而釋放出藥物；對于pH敏感的水凝膠，當處于腸道內較高pH環境中時，凝膠膨脹釋放藥物，而在pH較低的胃環境時并不釋放藥物，從而避免強酸性胃液對于藥物效果的影響。[2]

Dumitriu等研究了一種殼聚糖/黃原膠復合水凝膠，通過將黃原膠與堿性藥物復合，并在酸性條件下逐步釋放，通過調節殼聚糖的脫乙酰度，可以對凝膠的理化性質進行調整。天津大學姚康德等將殼聚糖、明膠和果膠復配并利用戊二醛作為交聯劑共交聯制備得到了殼聚糖基凝膠，該水凝膠具有pH靈敏性可用于藥物釋放體系，可作為口服抗酸、治療胃腸疾患的滯留型控釋制劑，可以減少藥物突釋造成的毒副作用，并且具有良好的生物相容性和生物降解性能。中國海洋大學劉成圣[3]等將殼聚糖脂肪酸酯復合物和α，β-甘油磷酸鈉復配，制備得到溫敏水凝膠負載抗腫瘤藥物，用于原位注射局部治療的藥物載體。通過與酯化改性提高了殼聚糖的溫度靈敏性和穩定性，對于腫瘤的治療具有廣闊的應用前景。

2 醫用殼聚糖水凝膠敷料

水凝膠質地柔軟，可以實現與傷口的充分接觸，并且能為傷口提供一個良好的濕潤環境，進而促進傷口的愈合。利用殼聚糖水凝膠制備得到的醫用敷料具有柔軟、舒適與創面的貼合性好的優點，并且能夠緩解疼痛和抑制出血，同時部分水凝膠還具有抗菌消炎的功效。此外，在病患傷口的愈合、自身皮膚生長的過程中，殼聚糖水凝膠敷料能自行降解并被機體吸收，免除了揭除時病人的痛苦，還會促進皮膚再生，對治療高熱創傷特別有效。[4]

德州海利安生物股份有限公司研究一種醫用膠體敷料及其應用，該敷料主要包括水溶性甲殼素和醋酸氯己定，具有鎮痛、抑菌、抗炎、促進創面愈合、抑制瘢痕增生、提高創面修復質量的作用，對手術切口、燒傷創面、燙傷創面、潰瘍創面的治療和修復具有顯著療效。

3 醫用殼聚糖水凝膠組織工程支架

水凝膠具有三維網絡結果，網絡中填充有大量水，便于營養物質和代謝產物的運輸，并有助于保護細胞。此外，水凝膠還可以通過注射方式植入體內，手術創傷小，并在體內環境改變下可以原位膠凝，由于發生膠凝的條件溫和對負載藥物的影響較小，是實現生L因子或藥物遞送非常適宜的載體材料。因此，水凝膠制備組織工程支架具有天然的優勢。

殼聚糖由于其具有氨基而帶有大量正電荷，可以吸引帶有負電的細胞壁，有利于細胞的附著；其降解后的產物具有良好的生物相容性；此外殼聚糖還具有殺菌、防黏連、維持體內生態平衡等許多功效協同組織的修復。因此，殼聚糖是制備組織工程支架的優良材料。[5]

Bio Syntech Canada公司研發了包含有殼聚糖和甘油磷酸二鈉鹽的溫度響應水凝膠，該水凝膠在室溫狀態下位液態，在體溫附近成膠，因此可在液體狀態下直接注射入所需部位原位成膠。該水凝膠的制備無需使用有機溶劑和交聯劑，可降低凝膠的生物毒性并提高其生物相容性，可用于藥物遞送、眼部組織植入、骨或軟骨填充材料并用于組織工程領域。中國人民軍事醫學科學院基礎醫學研究所王常勇等研究了一種基于可注射溫敏性殼聚糖水凝膠的組織工程產品，將殼聚糖、甘油磷酸鈉和羥乙基纖維素混合制備得到可攜帶促血管生長因子的可注射水凝膠，將水凝膠注射到動物心肌梗死模型特定區域后觀察其修復心肌梗死區域的情況，注射攜帶生長因子的殼聚糖水凝膠的實驗組明顯提高了血管密度，降低了纖維化程度，存活的心肌數量也有所增加。

4 結束語

殼聚糖水凝膠因其具有的生物相容性、抗菌性、溫度響應性、pH相應性在生物醫學領域應用廣泛，在上述藥物釋放、醫用敷料、組織工程支架領域的研究已經取得了實質性的進展。中國在該領域的研究處于世界領先水平，但在產業化中的推廣仍有待加強。

參考文獻

[1]舒靜，李小靜，趙大飆.殼聚糖智能水凝膠研究進展[J].中國塑料，2010，24（9）：6-10.

[2]孔立紅，王洋崗，劉本.殼聚糖溫敏水凝膠的制備及體外藥物釋放的研究[J].湖北中草藥大學學報，2012，44（6）：24-26.

篇8

1膠原生物醫學材料的優勢

（1）低免疫源性。組織膠原具有一定的免疫性，20世紀90年代研究發現，其免疫源性來自于端肽及變性膠原和非膠原蛋白質，在提取膠原時，除去端肽及純化分離掉變性膠原和非膠原蛋白，能得到極弱免疫原性的膠原材料。（2）與宿主細胞及組織之間的協調作用。其特點：①膠原有利于細胞的存活和促進不同類型細胞的生長；②膠原不但可增加細胞黏結，而且有利于控制細胞的形態、運動、骨架組裝及細胞增殖與分化。（3）止血作用。膠原的四級特殊結構能使血小板活化、釋放出顆粒成分，起到迅速凝血的作用。（4）可生物降解性。膠原是一種特殊的生物降解材料，其降解性作為器官移植的基礎。（5）物理機械性能。膠原的三螺旋結構以及自身交聯而成網狀結構，使其具有很高的強度，可滿足機體對機械強度的要求；另外通過進一步的交聯增強其強度，而且采用不同的交聯劑可獲得不同的強度和韌性材料。通過復合和接枝共聚能獲得更多性能優良的材料。（6）組織工程（Tissueengineering）。膠原的優良特性使其在組織工程中扮演更重要的角色，大量應用于臨床，前景廣闊。

2膠原在生物臨床醫學上的應用

[2]（1）手術縫合線。當前應用的天然與合成材料制備縫合線均存在這樣那樣的不足和缺陷，或者不能自然吸收，需要拆線；或者與組織反應大，引起發炎、造成傷口瘢痕明顯；或者吸收時間過長等。而膠原制備的縫合線既有與天然絲一樣的高強度，又有可吸收性；使用時有優良的血小板凝聚性能，止血效果好，有較好的平滑性和彈性，縫合結頭不易松散，操作過程中不易損傷肌體組織。可采用復合與交聯改性方法提高縫合線功能和性能，制備的可吸收縫合線有：①純膠原可吸收縫合線；②膠原/聚乙烯醇共混復合；③膠原/殼聚糖復合可吸收縫合線；④膠原/殼聚糖/聚丙烯酰胺復合可吸收縫合線。（2）止血纖維。膠原纖維是一種天然的止血劑和凝血材料，且止血功能優異。膠原纖維是一種集止血、消炎、促愈為一體，可被組織吸收，無毒、無副作用的醫用功能纖維，相比于以前使用的氧化纖維素、羧甲基纖維素及明膠海綿等止血材料，其效果要好的多。（3）止血海綿。膠原海綿有良好的止血作用，能使創口滲血區血液很快凝結，被人體組織吸收，一般用于內臟手術時的毛細血管滲出性出血。臨床應用于普外科、心血管外科、整形外科、泌尿外科、骨科、皮膚科、燒傷科、婦產科以及口腔科、耳鼻喉科、眼科等幾乎所有的手術。（4）代血漿。當人體由于外傷或其他原因發生意外急性失血時，最佳方法必須立刻輸血，但眾所周知，血液來源非常困難！而且不能長久保存，輸血之前還需鑒定血型和配型。因此，尋找理想的代用品成為人們的夢想。20世紀50年明膠代血漿受到重視，且符合血漿的條件和性質，國外已大量使用，我國正在積極推進其產業化。國外明膠類代血漿有脲交聯明膠、改性液體明膠和氧化聚明膠3種。國內有氧化聚明膠、血安定（Gelofu-sine）海星明膠和血代（Haemaccel）。（5）水凝膠。水凝膠是一些由親水大分子吸收了大量水分形成的溶脹交聯狀態的半固體（三維網絡），能保持大量水分而不溶解，具有良好的溶脹性、柔軟性和彈性，以及較低的表面張力等特殊性質。交聯方式有共價鍵、離子鍵和次級鍵（范德華力、氫鍵等）。水凝膠是高分子凝膠中的一類，可分為物理凝膠和化學凝膠。為改善性能需對天然高分子與合成高分子進行共混復合制備新型水凝膠（互穿網絡水凝膠），現已取得很大進展。制成的復合材料有膠原/聚甲基丙烯酸羥乙酯水凝膠、膠原/聚乙烯醇水凝膠、膠原/聚異丙酰胺水凝膠、膠原/殼聚糖水凝膠等。（6）敷料。敷料是能夠起到暫時保護傷口、防止感染、促進愈合作用的醫用材料。有普通敷料（常用植物纖維紗布）、生物敷料（膠原蛋白及其改性產品以及左旋糖酐、殼聚糖、淀粉磷酸酯等）、合成敷料和復合敷料等四種。開發使用的品種有海綿型敷料、膠原膜敷料、凝膠敷料。（7）人工皮膚。

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DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.06.038

1 前言

近年來，鎂及鎂合金因其優良的性能被廣泛地用作生物醫用材料研究。鎂合金有良好的機械性能，與已被用作生物材料的鈦合金相比，鎂的密度更接近人骨密度。鎂有高的比強度和低的彈性模量、屈服強度，能對傷處提供支持并有效的緩解應力阻擋效應，有利于傷口愈合[1]。鎂元素是人體所必須的元素，是人體含量中僅次于鉀、鈉、鈣的第四大金屬元素。鎂元素參與人體的新陳代謝，參與組成骨細胞并對骨的愈合和礦物代謝過程起重要的調節作用。鎂元素存在于多種酶之中，對核算結構的穩定性有重要作用[2]。鎂及鎂合金因其活潑的化學性質使其容易在生理環境中受到腐蝕，從而具有可降解性；與現用的金屬植入材料相比，鎂及鎂合金的腐蝕產物已被證明是無毒的，可以通過人體代謝排出體外[3]。此外，鎂元素資源豐富，價格低廉，從而為其以后的廣泛應用提供便利[4]。鎂及鎂合金在生理環境中的過快的降解速度是制約其作為植入材料的重要因素，可通過調控合金組成和微觀結構，改進制備合金工藝和表面改性等方法來對鎂合金的降解速度進行調控，并提高其耐蝕性和生物相容性。本文旨在介紹有效的表面改性方法從而提高鎂合金作為潛在生物材料的可能性。

2 表面改性方法

（1）仿生法。仿生法是近年發展起來的一種在類似于人體生理環境的模擬體液（SBF）中模擬自然界中生理磷灰石礦化過程而在基體表面自發沉積生物陶瓷膜的技術方法。朱偉[5]等將鎂合金基體通過植酸自組裝后，置于配置好的CaCl2溶液中并緩慢滴加K2HPO4溶液進行預鈣化，經預鈣化的試樣置入到SBF和鈣磷飽和溶液中進行仿生鈣化處理，實驗結果表明基體表面的沉積物是以羥基磷灰石（HA）為主，其中HA的沉積速度和沉積量在增加，減少了溶液的OH-，鎂合金的耐蝕性有所提高。（2） 化學轉化法。化學轉化法是通過化學或者電化學反應使金屬基體產生基體金屬離子，金屬離子與溶液中的陰離子在基體表面結合產生化合物膜層。目前，應用于潛在生物醫用鎂合金的化學轉化膜層主要有氟化鎂、碳酸鹽、磷酸鹽和稀土轉化膜層等。顏延亭等[6]設計正交實驗優化出在AZ31B鎂合金上制備稀土轉化膜的最佳實驗條件是處理時間0.5min×6，處理溫度100℃， CeCl3濃度0.01mol/L，H2O2濃度100 mL/L，稀土轉化膜的主要成分是CeO2和MgO，經轉化處理的鎂合金不僅降低了在Hanks’溶液中的腐蝕速度并且顯示了較好的血液相容性，提高了鎂合金作為支架材料的可能性。（3）電沉積法、陽極氧化及微弧氧化法。電沉積法是將金屬基體作為陰極，石墨或其他材料作為陽極置于電解液中，通過設定電壓或電流密度等條件在基體表面制備能夠提高基體耐蝕性和生物相容性的膜層。本文作者[7]曾通過電沉積法制備了羥基磷灰石-硬脂酸復合膜層（SAHA），是將AZ91D鎂合金置入以10 mL/L H2O2為添加劑的0.1mol/L Ca（NO3）2和0.06mol/L NH4H2PO4電解液中，施以2.0-2.5 mA/cm2的電流密度，在室溫條件下沉積2h制備前驅膜層，之后依次在1mol/L NaOH和0.1mol/L硬脂酸溶液中浸泡以制備復合膜層，通過實驗結果分析可知所制備的復合膜層是HA和硬脂酸是經由物理靜電吸附作用形成的，該膜層是富有多孔的結構，有利于試樣在生理環境的礦化并為骨組織的生長提供足夠的位點。通過電化學和浸泡實驗表明SAHA復合膜層可以提高基體的耐蝕性也可以提高其生物相容相。于電解液中，在一定的電壓或電流作用下，使金屬基體氧化從而在基體表面形成一層氧化物膜層或者使金屬基體產生的金屬離子與溶液中的物質結合形成一層保護膜層。微弧氧化法是在陽極氧化的基礎上發展出的利用高電壓氧化技術通過瞬間高溫燒結作用在鎂合金上原位形成陶瓷膜的表面處理新技術[8]。Zhang[9]等通過電化學實驗優化出最佳的陽極氧化實驗條件是9V，15min，70℃，0.15mol/L硬脂酸鈉，實驗表明通過陽極氧化法所制備的硬脂酸鎂膜層不僅可以對鎂合金在生理條件下提供有效的保護提高其耐蝕性并可以誘導磷酸鹽的形成從而提高其生物活性。（4）溶膠凝膠法。溶膠凝膠法是將配料制成溶液，經過溶液水解或醇解產生的溶膠涂覆于鎂合金基體上，再經過干燥和熱處理所形成的一種保護性生物陶瓷膜層的技術。范薇[10]等用Ca（OH）2和Ca（H2PO4）2?H20溶液按照鈣磷1.67的比例制備凝膠并通過浸漬提拉的方式在預處理過的鎂合金樣品表面制備HA涂層，通過多種表征手段顯示通過凝膠溶膠法在鎂合金表面的HA涂層有裂紋其空隙率較高，該涂層提高了基體在生理鹽水中的抗腐蝕能力并可以提高基體的親水性。（5）等離子噴涂法。等離子噴涂法是利用等離子焰的熱能將金屬或非金屬粉末加熱至熔融或半熔融狀態，在等離子焰的作用下，將噴涂粉末高速地撞擊到工件表面從而形成提高基體耐蝕性、耐磨性、耐熱性的技術方法。高亞麗[11]等在AZ91HP鎂合金基體表面通過等離子噴涂法制備以羥基磷灰石膜層為主含有磷酸三鈣的膜層，該膜層提高了基體的耐磨性、耐蝕性和生物相容性。（6）其他方法。Victoria Wagener[12]等通過利用不同的連接劑在鎂合金表面制備了蛋白質保護層，實驗表明涂覆有該類膜層基體的耐蝕性、生物可降解性和生物相容性得到了有效的提高。此外，離子注入法、熱處理等技術也被用于鎂合金的表面改性以提高其生物耐蝕性。

3 結束語

鎂合金有良好的機械性能和生物活性，是一種具有廣泛應用前景的生物醫用材料。近年來，關于鎂合金作為潛在生物材料的研究越來越多，然而人體環境是比較復雜的生理環境，需對鎂合金的腐蝕進程、增強基體耐蝕性和生物相容性的技術手段進一步的研究，以提高其作為生物可降解材料的可能性。

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    2.1 以材料的生物性能為分類標準根據材料的生物性能,生物材料可分為生物惰性材料、生物活性材料、生物降解材料和生物復合材料四類。

    2.1.1 生物惰性材料 生物惰性材料是指一類在生物環境中能保持穩定,不發生或僅發生微弱化學反應的生物醫學材料,主要是生物陶瓷類和醫用合金類材料。由于在實際中不存在完全惰性的材料,因此生物惰性材料在機體內也只是基本上不發生化學反應,它與組織間的結合主要是組織長入其粗糙不平的表面形成一種機械嵌聯,即形態結合。生物惰性材料主要包括以下幾類:(1)氧化物陶瓷 主要包括氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷.氧化鋁陶瓷中以純剛玉及其復合材料的人工關節和人工骨為主,具體包括純剛玉雙杯式人工髖關節;純剛玉— 金屬復合型人工股骨頭;純剛玉—聚甲基丙烯酸酯—鈷鉻鉬合金鉸鏈式膝關節,其他人工骨、人工牙根等。(2)玻璃陶瓷 該材料主要用來制作部分人工關節。(3)Si3N4 陶瓷 該類材料主要用來制作一些作為替代用的較小的人工骨,目前還不能用作承重材料。(4)醫用碳素材料 它主要被作為制作人工心臟瓣膜等人工臟器以及人工關節等方面的材料。(5)醫用金屬材料 該類材料是目前人體承重材料中應用最廣泛的材料,在其表面涂上活性生物材料后可增加它與人體環境的相容性.同時它還能制作各類其他人體骨的替代物。

    2.1.2 生物活性材料生物活性材料是一類能誘出或調節生物活性的生物醫學材料。但是,也有人認為生物活性是增進細胞活性或新組織再生的性質。現在,生物活性材料的概念已建立了牢固的基礎,其應用范圍也大大擴充. 一些生物醫用高分子材料,特別是某些天然高分子材料及合成高分子材料都被視為生物活性材料.羥基磷灰石是一種典型的生物活性材料。由于人體骨的主要無機質成分為該材料,故當材料植入體內時不僅能傳導成骨,而且能與新骨形成骨鍵合。在肌肉、韌帶或皮下種植時,能與組織密合,無炎癥或刺激反應.生物活性材料主要有以下幾類:

    (1)羥基磷灰石,它是目前研究最多的生物活性材料之一,作為最有代表性的生物活性陶瓷—羥基磷灰石(簡稱HAP)材料的研究, 在近代生物醫學工程學科領域一直受到人們的密切關注.羥基磷灰石 [Ca10(PO4)6(OH)2]是脊椎動物骨和齒的主要無機成分,結構也非常相近,與動物體組織的相容性好、無毒副作用、界面活性優于各類醫用鈦合金、硅橡膠及植骨用碳素材料。因此可廣泛應用于生物硬組織的修復和替換材料,如口腔種植、牙槽脊增高、耳小骨替換、脊椎骨替換等多個方面.另外,在HA 生物陶瓷中耳通氣引流管、頜面骨、鼻梁、假眼球以及填充用HA顆粒和抑制癌細胞用HA微晶粉方面也有廣泛的應用.又因為該材料受到本身脆性高、抗折強度低的限制,因此在承重材料應用方面受到了限制.現在該材料已引起世界各國學者的廣泛關注。目前制備多孔陶瓷和復合材料是該材料的重要發展方向,涂層材料也是重要分支之一。該類材料以醫用為目的,主要包括制粉、燒結、性能實驗和臨床應用幾部分。

    (2)磷酸鈣生物活性材料 這種材料主要包括磷酸鈣骨水泥和磷酸鈣陶瓷纖維兩類.前者是一種廣泛用于骨修補和固定關節的新型材料,有望部分取代傳統的PMMA 有機骨水泥. 國內研究抗壓強度已達60MPa 以上。后者具有一定的機械強度和生物活性,可用于無機骨水泥的補強及制備有機與無機復合型植入材料。

    (3)磁性材料 生物磁性陶瓷材料主要為治療癌癥用磁性材料,它屬于功能性活性生物材料的一種。把它植入腫瘤病灶內,在外部交變磁場作用下,產生磁滯熱效應,導致磁性材料區域內局部溫度升高,借以殺死腫瘤細胞,抑制腫瘤的發展。動物實驗效果良好。

    (4)生物玻璃 生物玻璃主要指微晶玻璃,包括生物活性微晶玻璃和可加工生物活性微晶玻璃兩類。目前關于該方向的研究已成為生物材料的主要研究方向之一。

    2.1.3 生物降解材料所謂可降解生物材料是指那些在被植入人體以后,能夠不斷的發生分解,分解產物能夠被生物體所吸收或排出體外的一類材料,主要包括β-TCP 生物降解陶瓷和生物陶瓷藥物載體兩類,前者主要用于修復良性骨腫瘤或瘤樣病變手術刮除后所致缺損,而后者主要用作微藥庫型載體,可根據要求制成一定形狀和大小的中空結構,用于各種骨科疾病。

    2.1.4 生物復合材料生物復合材料又稱為生物醫用復合材料,它是由兩種或兩種以上不同材料復合而成的生物醫學材料,并且與其所有單體的性能相比,復合材料的性能都有較大程度的提高的材料。制備該類材料的目的就是進一步提高或改善某一種生物材料的性能。該類材料主要用于修復或替換人體組織、器官或增進其功能以及人工器官的制造,它除應具有預期的物理化學性質之外,還必須滿足生物相容性的要求,這里不僅要求組分材料自身必須滿足生物相容性要求,而且復合之后不允許出現有損材料生物學性能的性質。按基材分生物復合材料可分為高分子基、金屬基和陶瓷基三類,它們既可以作為生物復合材料的基材,又可作為增強體或填料,它們之間的相互搭配或組合形成了大量性質各異的生物醫學復合材料,利用生物技術,一些活體組織、細胞和誘導組織再生的生長因子被引入了生物醫學材料,大大改善了其生物學性能,并可使其具有藥物治療功能,已成為生物醫學材料的一個十分重要的發展方向,根據材料植入體內后引起的組織反應類型和水平,它又可分為近于生物惰性的、生物活性的、可生物降解和吸收等幾種類型。人和動物中絕大多數組織均可視為復合材料,生物醫學復合材料的發展為獲得真正仿生的生物材料開辟了廣闊的途徑。

    2.2 以材料的屬性為分類標準

    2.2.1 生物醫用金屬材料生物醫用金屬材料是用作生物醫學材料的金屬或合金,又稱外科用金屬材料或醫用金屬材料,是一類惰性材料,這類材料具有高的機械強度和抗疲勞性能,是臨床應用最廣泛的承力植入材料。該類材料的應用非常廣泛,及硬組織、軟組織、人工器官和外科輔助器材等各個方面,除了要求它具有良好的力學性能及相關的物理性質外,優良的抗生理腐蝕性和生物相容性也是其必須具備的條件。醫用金屬材料應用中的主要問題是由于生理環境的腐蝕而造成的金屬離子向周圍組織擴散及植入材料自身性質的退變,前者可能導致毒副作用,后者常常導致植入的失敗。已經用于臨床的醫用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金等三大類。此外,還有形狀記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮、鋯等。

    2.2.2 生物醫用高分子材料 醫用高分子材料是生物醫學材料中發展最早、應用最廣泛、用量最大的材料,也是一個正在迅速發展的領域。它有天然產物和人工合成兩個來源,該材料除應滿足一般的物理、化學性能要求外,還必須具有足夠好的生物相容性。按性質醫用高分子材料可分為非降解型和可生物降解型兩類。對于前者,要求其在生物環境中能長期保持穩定,不發生降解、交聯或物理磨損等,并具有良好的物理機械性能。并不要求它絕對穩定,但是要求其本身和少量的降解產物不對機體產生明顯的毒副作用,同時材料不致發生災難性破壞。該類材料主要用于人體軟、硬組織修復體、人工器官、人造血管、接觸鏡、膜材、粘接劑和管腔制品等方面。這類材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等. 而可降解型高分子主要包括膠原、線性脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。它們可在生物環境作用下發生結構破壞和性能蛻變,其降解產物能通過正常的新陳代謝或被機體吸收利用或被排出體外,主要用于藥物釋放和送達載體及非永久性植入裝置.按使用的目的或用途,醫用高分子材料還可分為心血管系統、軟組織及硬組 織等修復材料。用于心血管系統的醫用高分子材料應當著重要求其抗凝血性好,不破壞紅細胞、血小板,不改變血液中的蛋白并不干擾電解質等。

    2.2.3 生物醫用無機非金屬材料或稱為生物陶瓷。生物醫用非金屬材料,又稱生物陶瓷。包括陶瓷、玻璃、碳素等無機非金屬材料。此類材料化學性能穩定,具有良好的生物相容性。一般來說,生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三類。其中惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷在前面已經簡要作了介紹,而功能活性生物陶瓷是近年來提出的一個新概念.隨著生物陶瓷材料研究的深入和越來越多醫學問題的出現,對生物陶瓷材料的要求也越來越高。原先的生物陶瓷材料無論是生物惰性的還是生物活性的,強調的是材料在生物體內的組織力學環境和生化環境的適應性,而現在組織電學適應性和能參與生物體物質、能量交換的功能已成為生物材料應具備的條件。因此,又提出了功能活性生物材料的概念。它主要包括以下兩類:(1)模擬性生物陶瓷材料 該類材料是將天然有機物(如骨膠原、纖維蛋白以及骨形成因子等)和無機生物材料復合,來模擬人體硬組織成分和結構,以改善材料的力學性能和手術的可操作性,并能發揮天然有機物的促進人體硬組織生長的特性。(2)帶有治療功能的生物陶瓷復合材料 該類材料是利用骨的壓電效應能刺激骨折愈合的特點,使壓電陶瓷與生物活性陶瓷復合,在進行骨置換的同時,利用生物體自身運動對置換體產生的壓電效應來刺激骨損傷部位的早期硬組織生長。具體來說是由于腫瘤中血管供氧不足,當局部被加熱到43~45℃時,癌細胞很容易被殺死。現在最常用的是將鐵氧體與生物活性陶瓷復合,填充在因骨腫瘤而產生的骨缺損部位,利用外加交變磁場,充填物因磁滯損耗而產生局部發熱,殺死癌細胞,又不影響周圍正常組織。現在,功能活性生物陶瓷的研究還處于探索階段,臨床應用鮮有報道,但其發展應用前景是很光明的。各種不同種類的生物陶瓷的物理、化學和生物性能差別很大,在醫學領域用途也不同.尤其是功能活性陶瓷更有不可估量的發展前途.臨床應用中,生物陶瓷存在的主要問題是強度和韌性較差.氧化鋁、氧化鋯陶瓷耐壓、耐磨和化學穩定性比金屬、有機材料都好,但其脆性的問題也沒有得到解決。生物活性陶瓷的強度則很難滿足人體承力較大部位的需要。

    2.2.4 生物醫用復合材料此類材料在2.1.4 中已有介紹,此處不再詳述

    2.2.5 生物衍生材料生物衍生材料是由經過特殊處理的天然生物組織形成的生物醫用材

    料,也稱為生物再生材料.生物組織可取自同種或異種動物體的組織. 特殊處理包括維持組織原有構型而進行的固定、滅菌和消除抗原性的輕微處理,以及拆散原有構型、重建新的物理形態的強烈處理.由于經過處理的生物組織已失去生命力,生物衍生材料是無生命力的材料. 但是,由于生物衍生材料或是具有類似于自然組織的構型和功能,或是其組成類似于自然組織,在維持人體動態過程的修復和替換中具有重要作用.主要用于人工心瓣膜、血管修復體、皮膚掩膜、纖維蛋白制品、骨修復體、鞏膜修復體、鼻種植體、血液唧筒、血漿增強劑和血液透析膜等.

    3. 生物材料的性能評價 目前關于生物材料性能評價的研究主要集中在生物相容性方面.因為生物相容性是生物材料研究中始終貫穿的主題.它是指生命體組織對生物材料產生反應的一種性能,該材料既能是非活性的又能是活性的.一般是指材料與宿主之間的相容性,包括組織相容性和血液相容性.現在普遍認為,生物相容性包括兩大原則,一是生物安全性原則,二是生物功能性原則.生物安全性是植入體內的生物材料要滿足的首要性能,是材料與宿主之間能否結合完好的關鍵.關于生物材料生物學評價標準的研究始于20 世紀70 年代,目前形成了從細胞水平到整體動物的較完整的評價框架.國際標準化組織(ISO)以 10993編號了17個相關標準,同時對生物學評價方法也進行了標準化.迫于現代社會動物保護和減少動物試驗的壓力,國際上各國專家對體外評價方法進行了大量的研究,同時利用現代分子生物學手段來評價生物材料的安全性、使評價方法從整體動物和細胞水平深入到分子水平.主要在體外細胞毒性試驗、遺傳性和致癌性試驗以及血液相容性評價方法等方面進行了一些研究.但具體評價方法和指標都未統一,更沒有標準化.隨著對生物材料生物相容性的深入研究,人們發現評價生物材料對生物功能的影響也很重要.關于這一方面的研究主要是體外法。具體來說側重于對細胞功能的影響和分子生物學評價方面的一些研究。總之,關于生物功能性的原則是提出不久的一個新的生物材料的評價方面,它必將隨著研究的不斷深入而向前發展.而涉及材料的化學穩定性、疲勞性能、摩擦、磨損性能的生物材料在人體內長期埋植的穩定性是需要開展評價研究的一個重要方面。

    4 生物材料的發展趨勢展望 生物材料科學是20 世紀新興學科中最耀眼的新星之一。現在,生物材料科學已成為一門與人類現代醫療保健系統密切相關的邊緣學科。其重要性不僅因為它與人類自身密切相關,還因為它跨越了材料、醫學、物理、生物化學和現代高科技等諸多學科領域。現在對于該材料的研究已從被動地適應生物環境發展到有目的地設計材料,以達到與生物組織的有機連接。并隨著生命科學和材料科學的發展,生物材料必將走向功能性半生命方向。生物材料的臨床應用已從短期的替換和填充發展成永久性牢固種植,并與其它高科技(如電子技術、信息處理技術)相結合,制備富有應用潛力的醫療器械。生物材料的研究在世界各國也日益受到重視.四年一次的世界生物材料大會代表著國際上生物材料研究的發展動態和目前的水平。分析認為,以下幾個方面是生物材料今后研究發展的幾個主要方向:

    (1)發展具有主動誘導、激發人體組織和器官再生修復功能的,能參與人體能量和物質交換產生相互結合的功能性活性生物材料,將成為生物材料研究的主要方向之一。

    (2)把生物陶瓷與高分子聚合物或生物玻璃進行二元或多元復合,來制備接近人體骨真實情況的骨修復或替代材料將成為研究的重要方向之一。

    (3)制備接近天然人骨形態的、納微米相結合的、用于承重的、多孔型生物復合材料將成為方向之一。

    (4)用于延長藥效時間、提高藥物效率和穩定性、減少用量及對機體的毒副作用的藥物傳遞材料將成為研究熱點之一。

    (5)血液相容性人工臟器材料的研究也是突破方向之一。