生物醫(yī)學(xué)材料終極版

1、 生物醫(yī)用材料摘要：生物醫(yī)用材料在代替、修補、輔助修復(fù)人體組織器官上取得了顯著的進展, 醫(yī)學(xué)上已廣泛用于制造人工心臟、心臟瓣膜、人造血管、人工腎、人造皮膚、人工骨, 以及藥物釋放體系等，顯示出了較顯著的社會和經(jīng)濟效益, 生物醫(yī)學(xué)材料的應(yīng)用給醫(yī)學(xué)帶來了嶄新的局面,為醫(yī)學(xué)事業(yè)的發(fā)展開拓了新的道路。關(guān)鍵詞：生物醫(yī)用材料 納米材料 新型醫(yī)用高分子材料隨著社會文明進步、經(jīng)濟發(fā)展和生活水平日益提高，人類對自身的醫(yī)療康復(fù)事業(yè)格外重視。同時疾病、自然災(zāi)害、交通事故、意外創(chuàng)傷頻繁發(fā)生，面對人們對創(chuàng)傷修復(fù)越來越高的要求，發(fā)展用于人體組織和器官再生與修復(fù)的生物醫(yī)用材料具有重大社會效益。早在公元前3500年，埃及人就

2、用馬鬃縫合傷口；墨西哥印第安人用木片修補受傷的顱骨；公元前500年的我國墓葬中發(fā)現(xiàn)假牙、假鼻和假耳；1936年發(fā)明的有機玻璃很快應(yīng)用于制作假牙和補牙；1949年，美國首先發(fā)表了醫(yī)用高分子的展望性論文，第一次介紹了利用PMMA作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，利用聚酰胺纖維作為手術(shù)縫合線的臨床應(yīng)用情況；50年代，有機硅聚合物被用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，加速了器官代替、整容等的發(fā)展。由以上的例子可知用于修復(fù)人體器官的材料具有源遠流長的發(fā)展歷程，它們統(tǒng)稱為生物醫(yī)用材料。生物醫(yī)用材料指的是能夠植入生物體或與生物組織相結(jié)合的材料，主要用于人體組織器官的修復(fù)、替換和促進其功能，還可用于疾病的診斷、治療。但是由于人體特殊的生

3、理環(huán)境，對于植入人體組織的材料自然有著很高的要求。要實現(xiàn)人工材料在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，需要首先解決三大問題：材料的生物相容性、生物活性、易加工性。首先，用于人體的材料要具有優(yōu)良的生物和物理相容性， 不能引起人體的排斥反應(yīng)；還要具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性，其結(jié)構(gòu)或性質(zhì)不因生物環(huán)境的作用而發(fā)生變化，其次要具有要有足夠的力學(xué)強度和柔韌性，能夠承受生物的機械作用力。生物醫(yī)用材料還要具有很好的防菌性能，不能因為加工困難而使其臨床實際應(yīng)用受到限制。一納米材料在醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用納米材料是指尺度在1nm100nm范圍內(nèi)的材料，有納米棒、納米線和納米管等等。納米技術(shù)是指在納米尺度范圍內(nèi)，操縱原子、分子或原子團、分子團，使

4、它們重新排列組合,創(chuàng)造出具有特定功能的新物質(zhì)的科學(xué)技術(shù)。納米材料和納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用在近年來得到了飛速的發(fā)展。應(yīng)用于生物體內(nèi)應(yīng)用的納米材料，在滿足使用需要時還必須易于被生物體接受，具有良好的生物相容性，并且不引起排異反應(yīng)。目前納米材料已有一些進入了臨床應(yīng)用，如生物芯片、納米生物探針、核磁共振成像技術(shù)、作為藥物或基因載體等很多領(lǐng)域。生物芯片分為蛋白質(zhì)芯片和基因芯片(即DNA芯片)兩類，具有集成、并行和快速檢測的優(yōu)點。納米基因芯片技術(shù)利用大多數(shù)生物分子自身帶有正或負電荷，將電流加到測試板上使分子迅速運動并集中，通過電子學(xué)技術(shù)，分子在納米基因芯片上的結(jié)合速度比傳統(tǒng)方法提高一千倍。納米基因芯片具

5、有很多傳統(tǒng)技術(shù)難以企及的優(yōu)點，如分子運動速度加快，分子雜交的時間很短，以分鐘計算；靈活性強，可同時對一個樣本進行多種測試，分析多種測試結(jié)果；用戶容易按自己的要求建立測試點陣；可現(xiàn)場進行置換擴增，使測試敏感等。生物芯片最典型的應(yīng)用就是進行分子診斷，用于基因研究和傳染病研究等。如利用金納米微粒結(jié)合雜交DNA片段,很容易進入機體細胞核,并與核內(nèi)染色體組合,具有較高的特異性,進一步拓展了其在醫(yī)療診斷方面的應(yīng)用。MRI是現(xiàn)在醫(yī)學(xué)診斷中經(jīng)常使用的一種技術(shù)，其使用的納米微粒主要是納米級的超順磁性氧化鐵粒子。該技術(shù)是基于人體的網(wǎng)狀內(nèi)皮系統(tǒng)具有大量的巨噬細胞，當(dāng)超順磁性氧化鐵納米粒子通過靜脈注射進入人體后，吞噬

6、細胞就會把超順磁性氧化鐵納米粒子作為異物而攝取，從而使超順磁性氧化鐵集中在網(wǎng)狀內(nèi)皮細胞的組織和器官中。吞噬細胞吞噬超順磁性氧化鐵使相應(yīng)區(qū)域的信號降低，而腫瘤組織因不含正常的吞噬細胞而保持信號不變，從而可以鑒別腫瘤組織，科學(xué)家通過超順磁性氧化鐵納米粒脂質(zhì)體對肝癌的研究,提高了直徑3 mm以下的腫瘤檢測率。實驗表明納米微粒對腫瘤早期發(fā)現(xiàn)、早期診斷具有重要意義?；蛑委熓桥R床治療學(xué)上的重大發(fā)展,其基本原理是:目的DNA與載體連接構(gòu)成重組載體進入目的細胞后，通過替換，拮抗等作用修復(fù)遺傳錯誤，指導(dǎo)合成蛋白質(zhì),從而達到從根本上治療疾病的目的。納米技術(shù)能使DNA靶向定位于細胞，將帶有負電荷的目的DNA精確插

7、入核DNA的某一位置從而治療疾病。同時分子納米技術(shù)能夠快速有效地確定基因序列、基因和藥物的體內(nèi)走向、傳送和定位傳遞,使臨床診斷和治療過程效率得以提高。無機納米顆粒為新型非病毒型基因載體能有效介導(dǎo)DNA的轉(zhuǎn)導(dǎo),提高其在細胞內(nèi)高水平的表達,從而為基因表達、功能研究及基因治療提供了新的技術(shù)和手段。二常見醫(yī)用金屬材料不銹鋼廣泛地用來制作各種人工關(guān)節(jié)和骨折內(nèi)固定器械，各種規(guī)格的截骨連接器、加壓鋼板，加壓螺釘、脊椎釘、骨牽引鋼絲等。這些置入體可替代生物體的關(guān)節(jié)、用于骨折修復(fù)等。金屬鈦醫(yī)用材料由于其具有較高的強度、韌性以及良好的工藝成型與生物相容性而被廣泛用于人工骨、人工關(guān)節(jié)、齒根材料等。人體骨骼中鈣、磷的

8、總含量達到了 60%，因此近年來鈣磷陶瓷當(dāng)做一種骨骼移植材料得到廣泛的重視與開發(fā)。早期使用的氧化鋁等陶瓷材料在植入機體內(nèi)后不能與骨組織形成腱，隨著臨床應(yīng)用，生物活性陶瓷也作為一種骨骼修復(fù)材料逐漸開始應(yīng)用。三醫(yī)用高分子材料聚甲基丙烯酸甲酯( PMMA) 最早應(yīng)用于上世紀(jì)40 年代，是一種常用的牙齒粘合劑，但卻是一種不可降解的醫(yī)用高分子材料。由于這種粘合劑的硬度與粘結(jié)力均不夠高，不久后就出現(xiàn)了以多官能團甲基丙烯酸酯為基料，無機粉末為填料的復(fù)合粘合劑，性能大大提高，至今仍在牙齒修復(fù)中廣泛應(yīng)用。目前，改良的聚甲基丙烯酸類高分子材料也應(yīng)用于肝臟、腎臟、關(guān)節(jié)、骨連接、角膜、晶狀體等人工臟器的修復(fù)和代替。聚

9、乳酸( PLA) 是最多的常被用作骨科的材料。它屬于生物可降解吸收材料，具有很好的生物相容性近年來復(fù)合生物材料也受到廣泛重視，它具有強度高、韌性好的特點，目前已廣泛應(yīng)用于臨床。通過具有不同性能材料的復(fù)合，可以達到取長補短的效果，有效解決材料的強度、韌性及生物相容性問題。 碳纖維增強高分子復(fù)合材料作為內(nèi)固定材料，在醫(yī)療領(lǐng)域也得到了飛速發(fā)展。傳統(tǒng)的金屬內(nèi)固定材料由于存在所謂的“應(yīng)力遮擋效應(yīng)”，使骨骼在愈合過程中出現(xiàn)血運破壞，即使骨骼愈合后也極易出現(xiàn)再骨折和骨質(zhì)疏松等現(xiàn)象。而碳纖維增強高分子復(fù)合材料以其優(yōu)異的力學(xué)性能和生物相容性克服了上述缺點。如碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料具有高耐疲勞性和良好的生物相容性

10、。臨床實驗表明與銹鋼板連接的骨容易流失大量礦質(zhì)，但復(fù)合材料板卻很少引起骨質(zhì)疏松等后遺癥。四生物醫(yī)用材料的展望也許在不遠的將來，科學(xué)家有可能借助于3D技術(shù)，應(yīng)用新型生物材料設(shè)計和制造等整個人體器官，生物醫(yī)用材料和制品產(chǎn)業(yè)有可能成為未來世界經(jīng)濟的一個支柱產(chǎn)業(yè)。 當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展正在呈現(xiàn)出前所未有的技術(shù)融合趨勢。將材料學(xué)與生物學(xué)和醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究結(jié)合起來，為疾病診斷、治療，新藥開發(fā)等領(lǐng)域中開辟一條全新的道路，改變生命科學(xué)的研究方式，革新醫(yī)學(xué)診斷和治療手段，幫助人類在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域逐漸改變被動的地位，由疾病的治療向疾病的預(yù)防發(fā)展從而進一步促進人類 健康水平的提高。 然而人類也要充分認識到任何科技的發(fā)展與應(yīng)用都具有兩面性 ，技術(shù)目的性決定技術(shù)發(fā)展的方向，在實際應(yīng)用中盡可能降低不良影響，使新科技更好地造福于人類。參考文獻1. 許海燕 納米生物醫(yī)學(xué)研究的進展與發(fā)展趨勢 中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報 24卷6期 2. 李會東 納米技術(shù)在生物學(xué)與醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用 湘潭師范學(xué)院學(xué)報 第27卷第2期 3.張宏泉，閆玉華，李世普 生物醫(yī)用復(fù)合