生物医学材料终极版

生物医用材料摘要：生物医用材料在代替、修补、辅助修复人体组织器官上取得了显著的进展,医学上已广泛用于制造人工心脏、心脏瓣膜、人造血管、人工肾、人造皮肤、人工骨,以及药物释放体系等，显示出了较显著的社会和经济效益,生物医学材料的应用给医学带来了崭新的局面,为医学事业的发展开拓了新的道路。关键词：生物医用材料纳米材料新型医用高分子材料随着社会文明进步、经济发展和生活水平日益提高，人类对自身的医疗康复事业格外重视。同时疾病、自然灾害、交通事故、意外创伤频繁发生，面对人们对创伤修复越来越高的要求，发展用于人体组织和器官再生与修复的生物医用材料具有重大社会效益。早在公元前3500年，埃及人就用马鬃缝合伤口；墨西哥印第安人用木片修补受伤的颅骨；公元前500年的我国墓葬中发现假牙、假鼻和假耳；1936年发明的有机玻璃很快应用于制作假牙和补牙；1949年，美国首先发表了医用高分子的展望性论文，第一次介绍了利用PMMA作为人的头盖骨、关节和股骨，利用聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用情况；50年代，有机硅聚合物被用于医学领域，加速了器官代替、整容等的发展。由以上的例子可知用于修复人体器官的材料具有源远流长的发展历程，它们统称为生物医用材料。生物医用材料指的是能够植入生物体或与生物组织相结合的材料，主要用于人体组织器官的修复、替换和促进其功能，还可用于疾病的诊断、治疗。但是由于人体特殊的生理环境，对于植入人体组织的材料自然有着很高的要求。要实现人工材料在生物医学领域的应用，需要首先解决三大问题：材料的生物相容性、生物活性、易加工性。首先，用于人体的材料要具有优良的生物和物理相容性，不能引起人体的排斥反应；还要具有优良的化学稳定性，其结构或性质不因生物环境的作用而发生变化，其次要具有要有足够的力学强度和柔韧性，能够承受生物的机械作用力。生物医用材料还要具有很好的防菌性能，不能因为加工困难而使其临床实际应用受到限制。一．纳米材料在医学中的应用纳米材料是指尺度在1nm—100nm范围内的材料，有纳米棒、纳米线和纳米管等等。纳米技术是指在纳米尺度范围内，操纵原子、分子或原子团、分子团，使它们重新排列组合,创造出具有特定功能的新物质的科学技术。纳米材料和纳米技术在医学领域的应用在近年来得到了飞速的发展。应用于生物体内应用的纳米材料，在满足使用需要时还必须易于被生物体接受，具有良好的生物相容性，并且不引起排异反应。目前纳米材料已有一些进入了临床应用，如生物芯片、纳米生物探针、核磁共振成像技术、作为药物或基因载体等很多领域。生物芯片分为蛋白质芯片和基因芯片(即DNA芯片)两类，具有集成、并行和快速检测的优点。纳米基因芯片技术利用大多数生物分子自身带有正或负电荷，将电流加到测试板上使分子迅速运动并集中，通过电子学技术，分子在纳米基因芯片上的结合速度比传统方法提高一千倍。纳米基因芯片具有很多传统技术难以企及的优点，如分子运动速度加快，分子杂交的时间很短，以分钟计算；灵活性强，可同时对一个样本进行多种测试，分析多种测试结果；用户容易按自己的要求建立测试点阵；可现场进行置换扩增，使测试敏感等。生物芯片最典型的应用就是进行分子诊断，用于基因研究和传染病研究等。如利用金纳米微粒结合杂交DNA片段,很容易进入机体细胞核,并与核内染色体组合,具有较高的特异性,进一步拓展了其在医疗诊断方面的应用。MRI是现在医学诊断中经常使用的一种技术，其使用的纳米微粒主要是纳米级的超顺磁性氧化铁粒子。该技术是基于人体的网状内皮系统具有大量的巨噬细胞，当超顺磁性氧化铁纳米粒子通过静脉注射进入人体后，吞噬细胞就会把超顺磁性氧化铁纳米粒子作为异物而摄取，从而使超顺磁性氧化铁集中在网状内皮细胞的组织和器官中。吞噬细胞吞噬超顺磁性氧化铁使相应区域的信号降低，而肿瘤组织因不含正常的吞噬细胞而保持信号不变，从而可以鉴别肿瘤组织，科学家通过超顺磁性氧化铁纳米粒脂质体对肝癌的研究,提高了直径3mm以下的肿瘤检测率。实验表明纳米微粒对肿瘤早期发现、早期诊断具有重要意义。基因治疗是临床治疗学上的重大发展,其基本原理是:目的DNA与载体连接构成重组载体进入目的细胞后，通过替换，拮抗等作用修复遗传错误，指导合成蛋白质,从而达到从根本上治疗疾病的目的。纳米技术能使DNA靶向定位于细胞，将带有负电荷的目的DNA精确插入核DNA的某一位置从而治疗疾病。同时分子纳米技术能够快速有效地确定基因序列、基因和药物的体内走向、传送和定位传递,使临床诊断和治疗过程效率得以提高。无机纳米颗粒为新型非病毒型基因载体能有效介导DNA的转导,提高其在细胞内高水平的表达,从而为基因表达、功能研究及基因治疗提供了新的技术和手段。二．常见医用金属材料不锈钢广泛地用来制作各种人工关节和骨折内固定器械，各种规格的截骨连接器、加压钢板，加压螺钉、脊椎钉、骨牵引钢丝等。这些置入体可替代生物体的关节、用于骨折修复等。金属钛医用材料由于其具有较高的强度、韧性以及良好的工艺成型与生物相容性而被广泛用于人工骨、人工关节、齿根材料等。人体骨骼中钙、磷的总含量达到了60%，因此近年来钙磷陶瓷当做一种骨骼移植材料得到广泛的重视与开发。早期使用的氧化铝等陶瓷材料在植入机体内后不能与骨组织形成腱，随着临床应用，生物活性陶瓷也作为一种骨骼修复材料逐渐开始应用。三．医用高分子材料聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)最早应用于上世纪40年代，是一种常用的牙齿粘合剂，但却是一种不可降解的医用高分子材料。由于这种粘合剂的硬度与粘结力均不够高，不久后就出现了以多官能团甲基丙烯酸酯为基料，无机粉末为填料的复合粘合剂，性能大大提高，至今仍在牙齿修复中广泛应用。目前，改良的聚甲基丙烯酸类高分子材料也应用于肝脏、肾脏、关节、骨连接、角膜、晶状体等人工脏器的修复和代替。聚乳酸(PLA)是最多的常被用作骨科的材料。它属于生物可降解吸收材料，具有很好的生物相容性近年来复合生物材料也受到广泛重视，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效果，有效解决材料的强度、韧性及生物相容性问题。碳纤维增强高分子复合材料作为内固定材料，在医疗领域也得到了飞速发展。传统的金属内固定材料由于存在所谓的“应力遮挡效应”，使骨骼在愈合过程中出现血运破坏，即使骨骼愈合后也极易出现再骨折和骨质疏松等现象。而碳纤维增强高分子复合材料以其优异的力学性能和生物相容性克服了上述缺点。如碳纤维环氧树脂复合材料具有高耐疲劳性和良好的生物相容性。临床实验表明与锈钢板连接的骨容易流失大量矿质，但复合材料板却很少引起骨质疏松等后遗症。四．生物医用材料的展望也许在不远的将来，科学家有可能借助于3D技术，应用新型生物材料设计和制造等整个人体器官，生物医用材料和制品产业有可能成为未来世界经济的一个支柱产业。当代科学技术发展正在呈现出前所未有的技术融合趋势。将材料学与生物学和医学基础研究结合起来，为疾病诊断、治疗，新药开发等领域中开辟一条全新的道路，改变生命科学的研究方式，革新医学诊断和治疗手段，帮助人类在医学领域逐渐改变被动的地位，由疾病的治疗向疾病的预防发展从而进一步促进人类健康水平的提高。然而人类也要充分认识到任何科技的发展与应用都具有两面性，技术目的性决定技术发展的方向，在实际应用中尽可能降低不良影响，使新科技更好地造福于人类。[参考文献]1.许海燕纳米生物医学研究的进展与发展趋势中国生物医学工程学报24卷6期2.李会东纳米技术在生物学与医学领域中的应用湘潭师范学院学报第27卷第2期3.张宏泉，闫玉华，李世普．生物医用复合材料的研究进展及趋势．北京生物医学工程学报4.胡大海,陈壁.组织修复的再生生物学与工程学国外医学生物医学工程分册.5.田丰,成国祥,刘长军,陈世谦.骨组织损伤修复生物医用材料的研究进展.医疗卫生装备第26卷6.刘丰，李晓俊，刘小兰，李静.多种生物医用材料的应用.AdvancedMaterialsIndustry