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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 生物医用材料的讨论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,它是讨论人工器官和医疗器械的基础,己成为材料学科的重要分支,特殊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 ,被具体讨论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；目前生物医用材料讨论的重点是在保证安全性的前提下查找组织相容性更好、可降解、耐腐蚀、持
2、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,一是使用自然高分子材料,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 化组织工程领域讨论中 ,通常应用生物相容性的可降解聚合物去诱导四周组织的生长或作为植入细胞的粘附、生长、分化的暂时支架；其中组织工程材料除了具
3、备肯定的机械性能外,仍需具有生物相容性和可降 解 性；英国科学家创造了一种可降解淀粉基聚合物支架；以玉 M 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 的物质固定到钛表面,发觉固定的骨结合界面上有相对多的蛋白存在；
4、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 等外形记忆合金由于具有外形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 M 生 物 材 料目前取得实质性进展的是纳 M 控释技术和纳 M 颗粒基因转移技术；这种技术是以纳 M 颗粒作为药物和基因转移载体,将
5、药物、DNA 和 RNA 等基因治疗分子包裹在纳 M 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讨论说明,肿瘤部位的神经和血管都不发达,通过温热疗法可以挑选性杀死癌细胞；通常采纳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；而铁磁微晶玻璃在Fe2O3 - CaO
6、 -SiO2 ）可以将磁滞与良好的生物相容性结合,即使长期留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取的液 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 :改进和进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讨论主要集中在以下3 个方面：生物医用材料对组织、器官的全面生理影1 / 9 名师归纳总结 - - -
7、- - - -第 1 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 响；降解材料在体内的代谢过程；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讨论对材料的生物学评判提出新的要求,除了目前的；ISO10993 标准外,新的评判方法将从以下几个方面绽开：生物医用材料对人体免疫系统的影响；生物医用材料对各种细胞因子的影响；生物医用材料对细胞生长、调亡的影响；降解控释材料对人体代谢过程的影响；智能材料对人体信息传递和功能调控的影响；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：讨论具有全面生理功能的人工器官、组织支架材
8、料、讨论新的降解材料；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,目前讨论较多的是：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）专一性或高挑选性地去除,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；血液净化材料的讨论和临床应用在日本和欧洲已成为生物材料进展的热点；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 M 生物材料,在医学上主要用作
9、药物控释材料和药物载体；从物质性质上可以将纳 M 生物材料分为金属纳 M 颗粒、无机非金属纳 M 颗粒和生物降解性高分子纳 M 颗粒；从外形上可以将纳 M 生物材料分为纳 M 脂质体、固体脂质纳 M 粒、纳 M 囊 纳 M 球）和聚合物胶束；纳 M 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始终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
10、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讨论热点；国家自然科学基金工程“生物医用材料基本科学问题的讨论” 选定以下领域作为讨论热点：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；给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 ,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,
11、或增进生物体功能的新型功能材料,它是 讨论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出现与信息产 业、汽车产业相抗衡的态势,逐步进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位置；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
12、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保护在 26；人造皮肤、组织黏合剂及术后防粘连制品年增长率达 45；估计工程化组织和器官上市后,可开拓 80
13、0 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,生物材料前沿讨论不断取得进展,将开拓更为宽阔的市场空间,并为常规材料的改性和创新供应导向；估计在今后 料产业可达到相当于药物市场份额的规模；15-20 年,生物医用材生物医用材料进展快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M技术、信息技术为主体的高新技术的进展有力地推动了生物医用材料的进展；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,
14、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庞大；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,使创伤成为一个严峻的社会问题；美国1998 年用于骨骼 - 肌肉系统损耗患者的治疗费高达 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、进展状况和趋势 随着生物技术的进展,不同学科的科学家进行了广泛合
15、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 从简洁的利用器械机械固定进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进展至永久性的修复和替换；这一医学革命 特殊是外 科学 ,对生命科学和材料等相关学科的进展提出了诸多需求,对生物医学材料 的进展产生了重要的促进作用；近年来生物医用材料领域的讨论论文和申请发明专利数的逐年快速增加 见图 1,显示了该领域讨论与开发的活跃态势；3 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目前在生物医用材料领域以下讨论方向最为
16、活跃：医用植入材料 降解生物材料 、组织工程材料、诊断与治疗相关材料及技术 特殊是活性可 主要是生物标记和生物芯片材料 、药物释放材料；同时,纳M技术和仿生合成技术在上述讨论领域中的融入与应用,不断促使新材料、新功能的产生,已成为生物医用材料 讨论领域的特点趋势；人体组织的病变和损耗直接影响人们的生活质量,因此组织损耗的修复一 直是人们特别关注的医学讨论课题；以骨组织损耗为例,采纳人工材料植入体 内答复或替代病变及损耗骨组织是临床上主要的治疗方法；然而,一般的人造 材料植入骨缺损部位后,通常会被纤维组织包围,无法与四周的组织结合以达到对损耗的修复； 20 世纪 70 岁月美国科学家创造了CaO
17、-SiO2-Na2O-P2O5系统生物活性玻璃,并发觉这类生物玻璃材料可以在人体内与骨组织发生键合反应,与骨组织有机地结合在一起；生物活性玻璃的讨论开创了生物活性材料讨论的先河；在此之后的 30 年,在骨修复材料方面人们的讨论主要集中在生物活性玻璃、生物活性玻璃陶瓷及磷酸钙类活性陶瓷方面；进入21 世纪,随着医学、细胞技术和分子生物学的进展及组织工程学的建立和快速进展,对高性能生物活 性材料的要求也大大增加；从目前的进展趋势看,生物活性材料,特殊是可降 解的生物活性材料有可能成为在生物材料领域最有进展潜力的方向之一,在组 织和器官修复方面有庞大的应用前景；为此,美国闻名生物材料学家 Heneh
18、教 授在科学上发表文章提出了第三代生物材料的概念,并指出具有生物活性 同时可降解的第三代生物材料是生物医用材料进展的方向,将会对组织再生和 组织工程技术的进展产生庞大的推动作用；此外,现有医用植入材料表面改 性,使其表面活性化,是组织与器官替代材料进展的一个重要方向；特殊是现 有人工关节等植入体的改性,有望在较短的时间内实现产业化；综上所述,具有生物活性的可降解生物材料 第三代生物材料 和生物活性涂层材料有望在10-20 年内形成大产业,对社会经济产生重大影响；在骨修复植入材料中,磷酸钙类的生物陶瓷材料如羟基磷灰石、磷酸三钙 等始终是人们讨论的重点；国外已经有较为成熟的羟基磷灰石、磷酸三钙骨修
19、 复产品；然而,羟基磷灰石生物陶瓷虽然具有较好的生物活性,但降解性和力 学性能都不抱负；磷酸三钙具有良好的降解性,但生物活性不抱负；生物活性 玻璃虽然已经有 30 多年的历史,但由于其理化特性和制备工艺等方面的缘由,目前只有颗粒状产品被用于骨组织损耗修复；此外,组织工程学的快速进展也 导致了多孔生物陶瓷作为细胞支架材料讨论的快速进展,但其中大部分讨论集 中在多孔磷酸三钙、人工改性珊瑚等方面,到目前为止仍没有一种抱负的多孔 支架材料问世；由于以上缘由,讨论探究新型生物活性陶瓷及其复合材料已经 成为生物材料领域的一个主要讨论方向；就基础讨论而言,探究新型钙- 硅基生 物活性陶瓷是一个很有潜力的进展
20、方向；人们在生物活性玻璃讨论中得到启 示,钙、硅、磷等组分的组合是材料具有生物活性的重要因素之一；因此,研 究探究不同化学组成和结构的钙- 硅基陶瓷,有可能找到具有优良综合性能的生 物活性材料,补偿磷酸钙类生物陶瓷和生物活性玻璃的不足；在国际上,西班 牙和日本的讨论小组近几年先后报道的硅灰石和假硅灰石生物陶瓷的讨论结 果,证明白硅灰石陶瓷具有较好的生物活性；在国内,中国科学院上海硅酸盐 讨论所领先开展了一系列硅酸盐生物活性陶瓷的讨论,在粉体制备、活性涂层 和材料活性及细胞相容性方面取得了较大的进展,并在国际上领先发表了讨论 结果；在骨植入材料方面的另一个热点是复合型生物活性材料的讨论；过去的4
21、 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 讨论显示,由于生物体是一个特别复杂的系统,生物组织实际上是一个特别复杂的复合材料,因此任何单一组分的生物材料都存在这样或那样的缺陷；而通过复合有可能制备出具有接近生物组织特性的生物材料,实现抱负的组织修复目标；基于这个缘由,近年来国内外复合生物材料讨论进展也较快；国内外在高分子 / 磷酸钙类复合生物材料方面已经做了大量讨论工作,这些讨论包括胶原蛋白 / 羟基磷灰石复合材料、壳聚糖/ 羟基磷灰石复合材料、聚乳酸/ 羟基磷灰石复合材料等；近几年国内在生物活性陶瓷/ 生物高分子复
22、合材料方面开展了一些有意义的前瞻性讨论,在国际上事先报道了胶原蛋白 / 硅酸钙、壳聚糖 / 硅酸钙 及聚酯 / 硅酸钙等复合生物活性材料的阶段性讨论结果；可以说,钙- 硅基生物 活性陶瓷及其复合材料的制备及性能讨论是目前国际上前沿的讨论方向之一；从硬组织修复材料的应用和产业进展情形来看,目前已经形成产品的主要 是颗粒状生物活性玻璃、AW生物活性玻璃陶瓷、羟基磷灰石人工骨修复材料、 - 磷酸三钙骨修复材料和自固化磷酸钙骨修复材料；其中,国外产品占了主要 市场,因此,具有优良性能的生物活性玻璃和生物活性陶瓷多孔支架材料有可 能成为“ 十一五” 期间最具竞争力的骨修复产品；硬组织替代材料也是生物材
23、料的重要组成部分,在各种硬组织技术产品的开发应用方面,美国、瑞士和德 国的一些公司比较活跃；钛合金表面生物涂层材料是目前最被看好的硬组织种 植体的材料,其中等离子喷涂技术制备的涂层材料较为胜利；目前应用最为广 泛的为钛合金表面的 Ti 和 HA涂层；但是随着人们生活水平的提高和生活质量 的改善,对人工硬组织材料的性能要求也随之提高,而目前的这些涂层材料的性能仍旧存在一些不足；Ti 涂层具有良好的力学性能,但是不具生物活性,在体内与宿主骨之间经常形成一层结缔组织,不能产生直接的化学结合；HA涂层具有良好的生物活性,但是由于HA涂层与钛合金基体结合强度较低,影响体内使用安全性和寿命；有报道髋关节置
24、换 10 年后松动率达 51,再翻修率为10-18 ；欧美发达国家60 岁以上者约 2做了髋关节置换,如以这样的翻修率计,其数量相当可观,并给大量的病人带来痛楚；因此,研制既具良好生 物活性,又具优良力学性能的涂层材料,已经成为势在必行的工作；我国等离 子喷涂技术制备硬组织置换涂层材料的讨论开头于 20 世纪 60 岁月,已有 40 余 年历史；但由于起步较晚,总体上仍旧与国际先进水平存在肯定差距；主要的 不足之处有：制备工艺质量不高,产品档次较低；生物涂层材料在品质上也未 达到生物学性能与力学性能完善结合,研发尚未形成规模；目前羟基磷灰石涂 层钛合金人工关节主要由国外产品占据了市场；因此,开
25、发具有自主学问产权 的新型生物活性陶瓷涂层具有重大意义；纳 M生物材料,特殊是纳M复合生物材料也是一个有进展前景的讨论方向；纳 M生物材料的个最主要的应用是药物的掌握释放；其中无机纳 M孔结构材料作为新型药物载体的讨论,是国际上近期备受关注的讨论方向；无机孔状纳 M结构材料,如纳 M管和介孔材料,具有纳M孔结构和高比表面特点,且结构稳固,在物质储备方面具有宽阔的应用空间,利用无机纳 行药物的储备与释放系统讨论具有良好的进展前景；无机纳M孔结构材料进 M孔结构材料特殊适用于可控性药物释放系统,通过对微孔的功能化组装,能够实现药物储备与释放的定时、定速、定向完全掌握；此外,纳M复合生物材料也是近来
26、进展较快的讨论方向；从最近发表的论文情形来看,目前的讨论主要集中在纳 M羟基磷灰石与胶原蛋白、聚乳酸等高分子材料复合,以此得到具有更好的力学和生物学性能的生物材料；这方面国内与国外的差距相对较小,比如清华高校已经5 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 讨论并开发出纳 M羟基磷灰石与胶原蛋白复合材料并胜利用于骨缺损修复；但 是,纳 M材料的安全性是一个目前人们越来越关注的问题,所以纳 M生物材料 是否能进步进展和得到应用与其安全性讨论结果亲密相关；生物材料的仿生设计和制备也是生物材料讨论进展的一个主要趋势；生物
27、是特别复杂的开放体系,其内部和环境间进行着复杂的物质、能量和信息的传 输和变换；随着生物的形成和进化,生物体成为布满秘密的各种个体,它由不 同层次的各种“ 组元” 极其复杂和系列化地相互作用进展而成；从材料科学角 度看,可将蛋白质、糖类和脱氧核糖核酸视作自组装构成生物体的基石；将组 织视同为细胞复合材料,它由细胞和细胞外基质组成；通过材料科学与生命科学的交叉,从生物大分子蛋白质、多糖和DNA之间的相互作用阐明细胞形成,为生物材料介导细胞行为的掌握供应了依据,更为基因工程、基因治疗、组织 工程的进展制造了条件；生命科学与材料科学的融合,启发人们以宽阔的视角 摸索材料科学与工程问题；以经过亿万年进
28、化形成的生物体为极限目标,于不 同层次和水平上仿生,才可能有效解决材料生物体的界面接口问题,且使材 料与系统智能化和环境友好化,使材料制备节能、省资源、高效化；依据目前组织与器官修复及组织工程学快速进展的趋势和与其亲密相关的 第三代生物材料有望形成大型产业的分析,今后的战略重点应当是可以原位诱 导组织和器官再生与修复的生物活性材料及组织工程支架材料；从目前的进展 趋势来看,以这两方面为应用背景的生物材料有可能成为组织工程和组织与器 官再生技术进展的瓶颈；谁先突破这瓶颈,谁将会取得重大经济效益；三、政策建议 生物医用材料产业进展的特点是投资风险较高,特殊是产业化前期的风险 较高,而投资回报相对较
29、慢；缘由主要有两点：一是由于生物医用材料产品进 入市场前需要获得国家医疗器械治理局的审批,而审批要求申报的产品都需要 经过安全性检验,比如动物试验和临床试验；这就使生物医用材料产品从开发 到进入市场的周期比较长；另一方面,新材料作为产品申报一般都必需通过企 业来进行,科研单位在生产条件和人员方面都无法满意申报产品的要求,一般 也没有单独的经费来支持申报工作；此外,由于生物医用材料产品都需经过医 院进行推广,要经过临床医生的明白和认可,这个过程也比较长,使得进入市 场所需时间长,增加了风险；所以,生物医用材料产业进展的一个关键冲突在 于产品开发阶段,特殊是产品申报阶段需要资金支持,而这一阶段又没
30、有学术 论文等讨论成果产出,因而科研工程资金不适合用于产品开发,但社会资金由 于考虑申报阶段的风险又不愿投入,使得科研单位研发出的新产品在取得医疗 器械治理局生产许可和临床使用许可之前处于既没有科研工程支持、又很难取 得社会资金支持的境况；因此,这一阶段政府专项基金的支持是特别重要的,而这类专项基金应以最终产品获得国家食品药品监督治理局颁发注册证,准许 进入市场销售为考核指标,并要求企业供应整个申报和临床试验所需经费的 10；这样既降低了企业为获得新产品所承担的风险,又使企业会仔细支持整 个申报和产品开发；生物医用材料将来进展趋势6 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,
31、共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 组织工程材料面临重大突破组织工程是指应用生命科学与工程的原理和方法,构建一个生物装置,来保护、增进人体细胞和组织的生长 曰指词芩鹱橹 蚱鞴俚墓 堋 K 闹饕 挝袷鞘迪质芩鹱橹 蚱鞴俚男薷春驮俳 映倜吞岣呓】邓 酢 F 浞椒牵 囟橹 赴 .quot ；种植 于一种生物相容性良好、可被人体逐步降解吸取的生物材料 组织工程材料 上,形成细胞生物材料复合物；生物材料为细胞的增长繁衍供应三维空间和养分代谢环境；随着材料的降解和细胞的繁衍,形成新的具有与自身功能和外形相应的组织或器官；这种具有生命力的活体组织或器官能对病损组织或器宫进行结构、外形
32、和功能的重建,并达到永久替代；近 10年来,组织工程学进展成为集生物工程、细胞生物学、分子生物学、生物材料、生物技术、生物化学、生物力学以及临床医学于一体的一门交叉学科；生物材料在组织工程中占据特别重要的位置,同时组织工程也为生物材料提出问题和指明进展方向；由于传统的人工器官 如人工肾、肝 不具备生物功能 代谢、合成 ,只能作为帮助治疗装置使用,讨论具有生物功能的组织工程人工器官已在全世界引起广泛重视；构建组织工程人工器官需要三个要素,即 种子 细胞、支架材料、细胞生长因子；最近,由于干细胞具有分化才能强的特点,将其用作 种子 细胞进行构建人工器官成为热点；组织工程学已经在人工皮肤、人工软骨、
33、人工神 经、人工肝等方面取得了一些突破性成果,呈现出美好的应用前景；生物医用纳 M材料初见端倪 纳 M技术在 90 岁月获得了突破性进展,在生物医学领域的应用 讨论也不断得到扩展；目前的讨论热点主要是药物控释材料及 基因治疗 载体材料；药物控释是指药物通过生物材料以恒定速度、靶向定位或智能释 放的过程；具有上述性能的生物材料是实现药物控释的关键,可以提高 药物的治疗成效和削减其用量和毒副作用；由于人类基因组方案的完成 及基因诊断与治疗不断取得进展,科学家对使用基因疗法治疗肿瘤布满信心；基因治疗是导人正常基因于特定的细胞 癌细胞 中,对缺损的或致病的基因进行修复；或者导人能够表达出具有治疗癌症功
34、能的蛋白质 基因,或导人能阻挡体内致病基因合成蛋白质的基因片断来阻挡致病基 因发生作用,从而达到治疗的目的；这是治疗学的一个庞大进 步；基因 疗法的关键是导人基因的载体,只有借助于载体,正常基因才能进人细胞核内；目前,高分子纳M材料和脂质体是基因治疗的抱负载体,它具有承载容量大,安全性高的特点；此外,生物医用纳 M材料在分析与检测技术、纳 M复合医用材料、与生物大分子进行组装、用于输送抗原或疫苗等方面也有良好的应用前景；一种新型的纳 M材料树枝状聚合物 dendrimers 正在被人们用于基因治疗的载体讨论之中,它最早由美国化学家 Tomalia DA 博士于 80 岁月初创造并胜利合成；10
35、 多年来, dendrimers 在生物医学领域从简洁的药物运输载体,到复杂的医疗成像等多个方面都得到了应用；主要包括：纳M级生物传感器、纳M级催化剂、微型纳妆谩擅准7 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 兑 锛盎蛟靥澹约懊庖哒锒夏擅资约恋取endrimers具有精确的纳 M构造,其合成方法有发散法和会聚法；由合成步骤打算了dendrimers 精确的代数 generations,或层数 layers 与体积；Dendrimers 的直径范畴从 GO代到 G10 代分别为 10. 130. ；与一般高分子聚合物
36、不同,dendrimers 具有低粘度、高溶解性、可混合性以及高反应性等特点；同时；其体积和外形仍可在合成过程中加以专一性的控制；比如,设计出具有庞大内部疏水空间hydrophobic void spaces ,而表面却是亲水性质的树枝状聚合物；血液净化材料重在应用 采纳滤过沉淀或吸附的原理,将体内内源性或外源性毒物 致病 物质 专一性或高挑选性地去除,从而达到治病的目的,是治疗各种疑难 病症的有效疗法；尿毒症、各种药物中毒、免疫性疾病 系统性红斑狼 疮、类风湿性关节炎 、高脂血症等,都可采纳血液净化疗法治疗,其核 心是滤膜、吸附剂等生物材料；目前已讨论和开发用于制备血液净化高分子膜的材质多达
37、数十 种,但是由于临床对血液透析、血浆滤过和血浆置换用高分子膜的要求 特别苛刻,即必需具备良好的通透性、机械强度以及血液相容性,所以 实际已获得临床使用的只有以下几种,即纤维素类膜、聚丙烯腈膜、聚 碳酸酯膜、聚砜膜、聚烯烃膜和聚乙烯醇膜；虽然以上血液净化用膜已 经产业化并已应用到临床,但仍存在很多问题需要解决,如毒物的去除 效率问题、血液相容性问题等；缩短透析和滤过的时间,提高毒害物质 的清除率和血液相容性是临床治疗的要求和血液净化膜材料讨论者追求 的主要目标；血液净化吸附材料的类型主要有活性炭吸附剂、合成树脂类吸附 剂、免疫吸附剂和生物型人工肝脏等；活性炭吸附剂现已广泛应用于吸 附血液中的各
38、种内源性和外源性的有害物质,如肌酐、尿酸、酚类、脂 肪酸、中分子物质、胆红素、安眠药、农药等；合成树脂类吸附剂是另 一类有实际使用价值的医用吸附剂,是具有网状结构的高分子聚合物,可依据需要进行人工合成,使其具备特定的吸附性能；免疫吸附剂是利 用抗体或抗原固定化的方法合成的吸附剂,对致病物质具有吸附速度 快、特异性强、治疗成效好、副作用小等优点,使其成为血液净化临床 治疗的首选吸附剂,专一性免疫吸附剂的讨论也成为血液净化材料领域 的讨论热点；生物型人工肝脏是在体外建立的更接近肝脏功能的模拟体 系,对于延长患者的生命尤为重要；复合生物材料仍是开发重点 作为硬组织修复材料的主体,复合生物材料受到广泛
39、重视；它具 有强度高、韧性好的特点,目前已广泛应用于临床；通过具有不同性能材料的复合,可以达到 取长补短 的成效,有效解决材料的强度、韧性/及生物相容性问题；依据使用方式的不同讨论较多的是：合金、碳纤维高分子材料、无机材料 生物陶瓷、生物活性玻璃/ 高分子材料的复合研究；在目前讨论的复合材料中,羟基磷灰石8 / 9 HA 复合材料是讨论应用名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 9 页精选学习资料 - - - - - - - - - 最为广泛的材料之一；利用 HA 的骨传导性和优的生物活性,作为涂层材 料与金属复合应用,可以用作修复负重部位骨缺损的人体植入物,也可以作为固定用螺
40、钉、人工关节和种植体材料,广泛用于骨科、整形外科和牙科； HA 与生物可降解材料 包括人工合成的生物可降解性聚合物和天然材料提纯的可降解材料,如氨基多糖、胶原、聚乳糖等 的复合,可以帮忙新组织逐步长入替代材料,具有固位和塑性成效；子材料 如聚乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、涤纶等HA 与非降解高分 复合,在临床上丰要用于修复某些需要永久替换的器官或组织,如韧带、心脏瓣膜、血管、人工肋骨等；HA 与自然材料 主要是指一些从动物结缔组织,如 骨、肌腱或皮肤中提取的、经特殊化学处理、具有某些生物活性或特殊性能的蛋白质物质,如胶原、骨形成蛋白、纤维蛋白粘合剂、明胶等 合,在临床上主要用作不负重部位的骨
41、修复材料等；复材料表面改性是永久性课题 生物相容性包括血液相容性和组织相容性,是生物材料应用的基 本要求；除了设计、制造性能优异的新材料外,通过对传统材料进行表面化学处理 表面接枝大分子或基团、表面物理改性 等离子体、离子注人或离子束 和生物改性是有效途径；材料表面改性的新方法和新技术被 认为是生物材料讨论的永久性课题；例如,种植内皮细胞的人工血管具有抑制血小板激活的作用,可 以保护血管表面不发生凝血；目前,内皮细胞化讨论的热点是：怎样获 得结合坚固的、匀称掩盖的单层内皮细胞层,以削减因基质的暴露而导 致的血栓；涂布白蛋白涂层,可以阻挡凝血的发生,防止机体形成血 栓；聚氧化乙烯表面接枝及磷脂基团表面都能阻挡抗凝血过程的发生,这两种方法均是表面修饰的重点；9 / 9 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 9 页