学文网生物材料篇1
Biomaterials and
Regenerative Medicine
2015
ISBN9781107012097
生物医用材料是指以医疗为目的，用于诊断、***、修复或替换人体组织器官或增进其功能的材料。再生医学是从20世纪80年代后期兴起并逐步发展起来的，但一直缺乏一个明确的定义。到90年代后期由于干细胞技术方面的突破，才把干细胞、组织工程、组织器官代用品等纳入到再生医学里面来。就再生医学本身而言，国际上还未被明确界定，且存在一些不同的看法，从广义上来讲，再生医学是利用人类的自然治愈能力，使受到巨大创伤的机体组织或器官获得自己再生能力为目的的医学。目前，再生医学所包含的内容主要为以下4大模块：干细胞与克隆技术、组织工程、组织器官代用品、异种器官移植。目前该领域已经成为一个多学科交叉并迅速发展的领域。
本书是由Peter X.Ma领衔的专家团队关于生物材料及再生医学领域的研究论文汇编，主要集中讨论了生物材料在干细胞研究和再生医学中的作用，着重分析了基础理论和方法，内容覆盖干细胞领域、合成技术、材料设计原则、材料物理特性、生物工程技术等领域。
全书共分5章：1.干细胞和再生医学的研究成果，包括胚胎干细胞、IPS细胞等;2. 用于再生医学的多孔支架材料研究，包括生物聚合物、生物陶瓷、微米和纳米纤维等;3. 用于再生医学的氢支架材料相关研究;4.生物因子传递研究，包括尖端的药物转移系统及基因***技术等内容;5. 动物模型和临床应用方面的研究成果，在心血管系统方面的应用、有机再生方面的内容。
书中详细介绍了生物高分子材料的结构和功能分类，从分子水平、纳米尺度分析了生物仿生材料的结构及生物分子设计，以及生物功能材料的应用。
Peter X. Ma是密执安大学教授，曾获得2013克莱门森奖、杰出科学家奖等多项殊荣。他是再生医学领域的世界级的材料专家，在生物材料的设计与合成研究领域处于非常领先的地位。
本书适合生物材料、干细胞生物学、干细胞工程、组织工程学、再生医学等专业的学生阅读，对于从事干细胞工程、生物医学材料、再生医学领域理论以及应用领域的研究生、学者来说，这本书非常有参考价值。
彭金平，博士生
（国家纳米科学中心）
Peng Jinping， Ph.D
生物材料篇2
【关键词】纳米羟基磷灰石二氧化锆生物相容性
由于创伤、感染、肿瘤以及先天性缺损等原因所致骨缺损在临床十分常见，传统修复骨缺损的方法：如自体骨移植，同种异体骨移植。自体骨取骨量有限，同时取自体骨痛苦大、后遗症多、异体骨又有排异反应。论文百事通而人工合成的骨移植材料在一定程度上可以达到自体骨和异体骨修复的效果，又可以避免疾病感染和骨源有限等弊端[1]。纳米羟基磷灰石与人体骨骼主要无机成分相似的化学组成和晶体结构，它具有良好的生物相容性，对人体无毒，又能够在植入人体后同骨表面形成很强的化学键结合，有利于骨的长入[2]。然而它的脆性大、韧性较差、容易发生断裂破坏，二氧化锆陶瓷是一种生物惰性陶瓷，具有良好的生物相容性、较高的弯曲强度、断裂韧性和较低的弹性模量。正是由于二氧化锆具有增韧补强的作用，有效的改善纳米羟基磷灰石的力学性能[3]。因此,纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆陶瓷材料,兼具材料生物活性、骨诱导性以及材料力学特性,成为用于承载部位骨缺损修复具有广泛前景的新兴材料。
一、实验方法
(一)致敏试验
取豚鼠30只，雌雄各半，体重300—500g，随机分为三组，实验组、阴性对照组和阳性对照组各10只。实验样品的生理盐水浸提液，5%甲醛溶液作为阳性对照，生理盐水作为阴性对照[4]。
（二）刺激试验
选用新西兰白兔，每组3只,雌雄各半随机分3组，体重2.5kg-3.0kg。HA/40%ZrO2浸提液，阴性对照：生理盐水,阳性对照为3%甲醛溶液。在脊柱左侧取一去毛区，标记5个点，常规麻醉消毒用1ml注射器试验组于5个点每点注射0.1ml的浸提液，阴性对照组每点注射0.1ml的生理盐水，阳性对照组每点注射01.ml的甲醛溶液。
（三）溶血实验
穿刺抽取人静脉血10ml加入到含有抗凝肝素钠的试管中，混合抗凝。取抗凝人血8ml，加入10ml生理盐水，稀释备用。取24支干净玻璃试管每组8支。实验组每只试管加入材料浸提液10ml，阴性对照组每只试管加入10ml生理盐水，阳性对照组每只试管加入10ml蒸馏水，将全部试管在37℃恒温箱中恒温30分钟后，每只试管分别加入0.2ml稀释抗凝人血，轻轻混匀，继续保温60分钟后，离心5分钟，吸取上清液至比色皿中，用分光光度计在545nm波长处测定吸光度。
溶血率=实验材料的吸光度—阴性对照的吸光度/阳性对照的吸光度—阴性对照的吸光度
结果评定：若材料的溶血率<5%，说明该材料符合国家标准；若>5%，则不符合生物医用材料溶血试验要求。
（四）肌肉内植入试验
选用Wister大鼠48只,雌雄各半,体重220±25g,随机分为术后第7、15、30、90天4组,每组10只。对照组8只。常规麻醉消毒,分离竖脊肌,于肌肉内植入消毒的HA/40%ZrO2材料块,缝合肌膜和皮肤。术后每日予以青霉素20万U肌注,连续3d,于术后第7、15、30、90天取材，对照组手术操作如上,但不放材料板。大体观察并制作标本切片，HE染色，光镜下观察。
二、结果
(一)致敏试验
各实验组和生理盐水对照组皮肤均无红斑、水肿或疹块发生，致敏率为0。
但甲醛对照组动物出现显著的红斑和水肿，致敏率为100%，致敏作用强
(二)刺激试验
生理盐水对照组均未见任何刺激反应，试验组3号兔的第2点24h时可见淡红色边界清晰的红斑和边缘明显高于周围皮面的轻度水肿，48h时可见淡红色边界清晰的红斑刚可查出的极轻微的水肿，72h时可见此点极轻微的红斑无水肿。所以24h的平均原发性刺激指数为0.267，48h的平均原发性刺激指数为0.2，而72h的平均原发性刺激指数为0.067，均小于0.4，则说明材料对皮肤无刺激作用，而甲醛对照组各时间点可见严重的红斑和水肿，为强刺激。
(三)溶血试验：
实验组和阴性对照组各管离心后，上层均为清亮无色液体，下层为红细胞沉淀物，该材料的溶血率为3.17%，小于国家标准5%，说明该材料符合组织工程支架溶血试验要求。
经SPSS10.0统计软件单因素方差分析和SNK-q检验：实验组与阴性对照组之间光吸收度值无统计学差异（P＞0.05），实验组与阳性对照组光吸收度值有显著性差异（P＜0.05）。
(四)肌肉植入试验
将各组实验动物包绕纳米羟基磷灰石-二氧化锆材料的组织切开,植入后7天，试样周围可见以嗜中性粒细胞浸润为主的炎性反应，可见吞噬细胞，无囊壁形成。
植入15天后试样周围有少量嗜中性粒细胞，淋巴细胞浸润和巨细胞反应；试样周围可见小血管与纤维母细胞增生，开始形成疏松囊壁。
植入30天后，试样周围可见少量淋巴细胞，试样周围可见纤维母细胞与胶原纤维，并已形成纤维囊腔结构。
植入90天后试样周围未见或仅见极少量淋巴细胞，纤维化囊壁致密，壁的厚度比形成初期要薄。
三、讨论
目前，生物医学材料安全性评价主要是采用医疗器械生物学评价体系，即世界标准化组织（ISO）制定的10993系列标准，国内转化为国家标准（GB/T）16886系列标准。参照以上标准，选择了（致敏试验、刺激试验、溶血试验、、肌肉植入试验），由于该生物医学材料在体内是不降解的，作为异物一定会对生物体产生作用，同时生物体也会对植入材料产生排斥反应，如果该材料最终被生物体接受，就认为该生物材料与组织之间相容，被称为具有好的生物相容性；反之，被称为生物不相容。
致敏反应属Ⅳ型变态反应，试验用完全弗氏佐剂和十二烷基硫酸钠石蜡液起到加强致敏作用的效果，又采取了最大剂量法，保证了试验结果的可靠性。况且豚鼠为T淋巴细胞敏感型动物，而结果显示试验组各注射点均无红斑和水肿，证明此材料无致敏反应。
刺激是不涉及免***学机制的一次、多次或持续与试验组织工程支架材料接触引起的局部炎症反应。本文使用的是皮肤刺激试验。采用5点注射法，各时间点平均原发性刺激指数均小于0.4，则说明材料对皮肤无刺激作用，而甲醛对照组各时间点可见严重的红斑和水肿，为强刺激。新晨
溶血试验是检测生物医用材料对血液红细胞的溶血作用，测定红细胞溶解和血红蛋白游离的程度。本实验采用直接接触法，该材料的溶血率为3.17%，小于国家标准表明该材料不引起溶血反应。此试验对吸光度数值先用单因素方差分析，结果为p〈0.05，说明三组之间存在统计学差异，多组间均数的两两比较采用q检验，结果为试验组与阴性对照组之间p〉0.05，说明与阴性对照组之间无差别，而与阳性对照组之间p〈0.05，说明试验组与阳性对照组之间有显著差别。
体内植入实验是为了评价活体组织与试验样品材料的相互反应。所有医疗器械和材料植入体内均会不同程度地产生组织反应。目前，常采用肌肉局部组织生物学反应评价是根据炎性细胞反应和纤维囊形成进行组织反应分级，然后在根据组织反应分级情况进行结果评定。本试验植入各个时期炎症细胞浸润和纤维囊形成分级符合国家标准。
本实验体内和体外试验结果表明纳米羟基磷灰石复合40%二氧化锆陶瓷材料是一种无致敏、无刺激、无溶血，具有良好的血液和组织相容性的材料，又因其材料本身具有良好的生物活性及力学特性，有望成为修复骨缺损十分重要的生物材料。
参考文献
[1]MuruganR,pos.Sci.Technol.,2005,65(15-16):2385-2406.
[2]胡江.组织工程研究进展.2000.生物医学工程学杂志，17(1):75-79
生物材料篇3
关键词：Pb 微生物 农林废弃物 植物 矿物材料 污染
铅作为一种重金属元素进入环境后不能被生物降解，并通过进入食物链在生物体内累积，影响生物正常生理代谢活动，危害动物及人体健康。近几十年来，电镀、采矿、制革等许多工业排放的废水、废气和废渣不断增加了环境中铅污染负荷，超出了环境自净能力，致使土壤、湖泊和海洋都出现了不同程度的铅污染。据报道，地中海和太平洋表层水含铅量分别超过了0.20mg/L和0.35mg/L，大约为工业生产前海水含铅量的10倍以上[1]。国家环保总局的2003中国近海调查公告中指出，中国2/3的近海海域出现铅含量超标。对含铅废水进行有效处理、对铅污染水域、土壤进行修复成为环境治理中越来越突出的问题。
传统的重金属污染处理技术包括：化学沉淀、渗透膜、离子交换、活性炭吸附和电解等，但是这些方法普遍存在着二次污染、成本高、对低浓度重金属废水处理和污染水域、土壤修复效果不理想等问题。近年来，环境工程界越来越重视廉价高效替代技术的研究及其在实际工程上的应用，生物、农林废弃物和矿物材料以其低成本、处理效果好等优点受到人们的青睐。本文就利用生物和矿物材料处理重金属铅污染的研究进行综述。
1 微生物
自Ruchhoft在上世纪四十年代提出用生物法处理含重金属废水以来，人们分别研究了细菌、放线菌、酵母菌和霉菌对各种重金属元素的富集能力和作用机理，并发现微生物材料可以作为重金属离子的吸附剂。下面主要对关于微生物吸附铅的研究进行阐述。
1.1 吸附机理
微生物处理重金属污染的研究在近十年来取得了长足进展，研究发现微生物主要是通过吸附作用去除废水中的重金属离子。生物吸附机理的研究一直是探讨的热点，目前的理论观点认为微生物吸附作用主要包括静电吸引、络合、离子交换、微沉淀、氧化还原反应等过程。主要是依靠生物体细胞壁表面的一些具有金属络合、配位能力的基团起作用，如巯基、羧基、羟基等基团。这些基团通过与吸附的金属离子形成离子键或共价键达到吸附金属离子的目的，其吸附金属的能力有时甚于合成的化学吸附剂。如在适宜的条件下，黑根霉菌丝体对铅饱和吸附量可以达到135.8 mg/g（未经处理）和121mg/g（明胶包埋）[2]；碱处理可以除去白腐真菌细胞壁上的无定形多糖，改变葡聚糖和甲壳质的结构，从而允许更多的Pb2+吸附在其表面上，同时NaOH可以溶解细胞上一些不利于吸附的杂质，暴露出细胞上更多的活性结合位点，使吸附量增大。此外NaOH还可以使细胞壁上的H+解离下来，导致负电性官能团增多，在最佳条件下（0.1mol/L的NaOH溶液浸泡40min）吸附量可以达到23.66 mg/g，较未经任何处理的白腐真菌的吸附量（16.06 mg/g）大大提高[3]。
吴涓等研究了黄孢原毛平革菌吸附Pb2+的机理[4]，通过对吸附前后的黄孢原毛平革菌菌丝球进行电镜观察和x射线电子能谱测定，发现黄孢原毛平革菌对Pb2+的吸附过程是一个以表面络合反应为主要机理的物理化学吸附过程，虽然也存在离子交换机理，但并非重要机理。王亚雄等对细菌吸附的特性研究发现[5]，细菌对Pb2+的吸附分为两个阶段：一是细胞表面的络合，在3min内吸附量达总吸附量的75%；二是向细菌内部缓慢的扩散过程。此外，活细胞的吸附量并没有因为有能量代谢系统参与而比死细胞高[6]， Niu等[8]证实死的Chrysogenum盘尼西林生物体对Pb2+的吸附能力为116 mg/g。
1.2 应用
目前国内外普遍应用工业发酵工程中产生的废弃菌丝体作为生物吸附材料，开辟一条“以废治废”的新途径。胡罡等[9]研究了制药工业废渣龟裂链霉菌菌体对Pb2+吸附特性，发现该菌体对重金属的吸附性具有一定的选择性，吸附Pb2+的能力最强，饱和吸附量达112mg/g（PH=4），其吸附过程是一吸热过程，以单分子层吸附为主；用NaOH处理龟裂链霉菌菌体可以提高吸附Pb2+的能力，Ca2+对吸附有竞争。胡罡等[10]还研究了选用适当的包埋技术对龟裂链霉菌菌体进行固定，以制得Pb2+生物吸附剂用于含铅废水处理。研究发现用10%的聚乙烯醇和0.2%的海藻酸钠，在含CaCl2的饱和硼酸溶液中固定化24hr，为最佳包埋条件，包埋后的饱和吸附量达73 mg/g，比不包埋下降47.1%。
李请彪等[11]研究了白腐真菌菌丝球形成的物化条件及其对铅的吸附，通过选择适当的培养基和培养条件，可以形成直径在1.5-1.7mm范围内的菌丝球，菌丝球光滑均匀并具有一定机械强度，对Pb2+的吸附能力最强；用NaOH溶液对菌丝球进行处理后，对25mg/g的铅溶液的吸附率达到95%以上，这种菌丝球用于吸附水溶液中的Pb2+是可行的。
徐容[12]等研究了固定化产黄青霉废菌体吸附铅后的脱附平衡，研究发现 EDTA是洗脱固定化产黄青霉废菌体上所吸附Pb2+的最佳脱附剂。在保持脱附率为100%的条件下，EDTA的初浓度、固定化废菌颗粒的吸附量与最大固液比之间存在正相关关系。0.1mol/L的EDTA在脱附Pb2+时终质量浓度最高可达20 700mg/L，最大固液比可达290以上，浓缩因子可达113，对废水中的Pb2+有很好的回收作用。
2 农林废弃物
2.1 富含丹宁酸的物质
生物材料篇4
0 引 言
生物医用复合材料(biomedical composite materials)是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料，它主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造［1］。长期临床发现，传统医用金属材料和高分子材料不具生物活性，与组织不易牢固结合，在生理环境中或植入体内后受生理环境的，导致金属离子或单体释放，造成对机体的不良影响。而生物陶瓷材料虽然具有良好的化学稳定性和相容性、高的强度和耐磨、耐蚀性，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的疲劳与破坏强度不高，在没有补强措施的条件下，它只能应用于不承受负荷或仅承受纯压应力负荷的情况。因此，单一材料不能很好地满足临床应用的要求。利用不同性质的材料复合而成的生物医用复合材料，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能，为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径，生物医用复合材料必将成为生物医用材料和中最为活跃的领域。
1 生物医用复合材料组分材料的选择要求
生物医用复合材料根据应用需求进行设计，由基体材料与增强材料或功能材料组成，复合材料的性质将取决于组分材料的性质、含量和它们之间的界面。常用的基体材料有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸钙基或其他生物陶瓷、医用不锈钢、钴基合金等医用金属材料；增强体材料有碳纤维、不锈钢和钛基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。
植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求：(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象；(2)具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组成不引起生物体的生物反应；(3)具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能；(4)具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困难而使其应用受到限制。
2 生物医用复合材料的研究现状与应用
2.1 陶瓷基生物医用复合材料
陶瓷基复合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基体，通过不同方式引入颗粒、晶片、晶须或纤维等形状的增强体材料而获得的一类复合材料。生物陶瓷基复合材料虽没有多少品种达到临床应用阶段，但它已成为生物陶瓷研究中最为活跃的领域，其研究主要集中于生物材料的活性和骨结合性能研究以及材料增强研究等。
Al2O3、ZrO3等生物惰性材料自70年代初就开始了临床应用研究，但它与生物硬组织的结合为一种机械的锁合。以高强度氧化物陶瓷为基材，掺入少量生物活性材料，可使材料在保持氧化物陶瓷优良力学性能的基础上赋予其一定的生物活性和骨结合能力。将具有不同膨胀系数的生物玻璃用高温熔烧或等离子喷涂的，在致密Al2O3陶瓷髋关节植入物表面进行涂层，试样经高温处理，大量的Al2O3进入玻璃层中，有效地增强了生物玻璃与Al2O3陶瓷的界面结合，复合材料在缓冲溶液中反应数十分钟即可有羟基磷灰石的形成［2］。为满足外科手术对生物学性能和力学性能的要求，人们又开始了生物活性陶瓷以及生物活性陶瓷与生物玻璃的复合研究，以使材料在气孔率、比表面积、生物活性和机械强度等方面的综合性能得以改善。近年来，对羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)复合材料的研究也日益增多［3，4］。30% HA与70%TCP在1150℃烧结，其平均抗弯强度达155MPa，优于纯HA和TCP陶瓷，研究发现HA-TCP致密复合材料的断裂主要为穿晶断裂，其沿晶断裂的程度也大于纯单相陶瓷材料。HA-TCP多孔复合材料植入动物体内，其性能起初类似于β-TCP，而后具有HA的特性，通过调整HA与TCP的比例，达到满足不同临床需求的目的。45SF1/4玻璃粉末与HA制备而成的复合材料，植入兔骨中8周后取出，骨质与复合材料之间的剪切破坏强度达27MPa，比纯HA陶瓷有明显的提高。
生物医用陶瓷材料由于其结构本身的特点，其力学可靠性(尤其在湿生理环境中)较差，生物陶瓷的活性研究及其与骨组织的结合性能研究，并未能解决材料固有的脆性特征。因此生物陶瓷的增强研究成为另一个研究重点，其增强方式主要有颗粒增强、晶须或纤维增强以及相变增韧和层状复合增强等［3，5～7］。当HA粉末中添加10%～50%的ZrO2粉末时，材料经1350～1400℃热压烧结，其强度和韧性随烧结温度的提高而增加，添加50%TZ-2Y的复合材料，抗折强度达400MPa、断裂韧性为2.8～3.0MPam1/2。ZrO2增韧β-TCP复合材料，其弯曲强度和断裂韧性也随ZrO2含量的增加而得到增强。纳米SiC增强HA复合材料比纯HA陶瓷的抗弯强度提高1.6倍、断裂韧性提高2倍、抗压强度提高1.4倍，与生物硬组织的性能相当。晶须和纤维为陶瓷基复合材料的一种有效增韧补强材料，目前用于补强医用复合材料的主要有：SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2、HA纤维或晶须以及C纤维等，SiC晶须增强生物活性玻璃陶瓷材料，复合材料的抗弯强度可达460MPa、断裂韧性达4.3MPam1/2，其韦布尔系数高达24.7，成为可靠性最高的生物陶瓷基复合材料。磷酸钙系生物陶瓷晶须或纤维同其它增强材料相比，不仅不影响材料的增强效果，而且由于其具有良好的生物相容性，与基体材料组分相同或相近，不会影响到生物材料的性能。HA晶须增韧HA复合材料的增韧补强效果同复合材料的气孔率有关，当复合材料相对密度达92%～95%时复合材料的断裂韧性可提高40%。
2.2 高分子基生物医用复合材料
研究表明几乎所有的生物体组织都是由两种或两种以上的材料所构成的，如人体骨骼和牙齿就是由天然有机高分子构成的连续相和弥散于其基质中的羟基磷灰石晶粒复合而成的。生物有机高分子基复合材料，尤其生物无机与高分子复合材料的出现和发展，为人工器官和人工修复材料、骨填充材料开发与应用奠定了坚实的基础。
生物陶瓷增强聚合物复合材料于1981年由Bonfield提出，目前的研究对象主要有：HA、AW玻璃陶瓷、生物玻璃等增强高密度聚乙烯(HDPE)和聚***酸等高分子化合物［8，9］。HDPE-HA复合材料随HA掺量的增加，其密度也增加，弹性模量可从1GPa提高到9MPa，但材料从柔性向脆性转变，其断裂形变可从大于90%下降至3%，因此可通过控制HA的含量调整和改变复合材料的性能。HA增强HDPE复合材料的最佳抗拉强度可达22～26MPa、断裂韧性达2.9±0.3MPam1／2。由于该复合材料的弹性模量处于骨杨氏模量范围之内，具有极好的力学相容性，并且具有引导新骨形成的功能。AW玻璃陶瓷和生物玻璃增强HDPE复合材料具有与HA增强HDPE复合材料相似的力学性能和生物学性能，复合材料在37℃的SBF溶液中体外实验研究表明，在其表面可形成磷灰石层，通过控制和调整AW玻璃陶瓷和生物玻璃的含量，使其满足不同临床应用的需求。
聚***酸具有良好的生物相容性和可降解性，但材料还缺乏骨结合能力，对X光具有穿透性，不便于临床上显影观察。将聚***酸与HA颗粒复合有助于提高材料的初始硬度和刚性，延缓材料的早期降解速度，便于骨折早期愈合。随着聚***酸的降解吸收，HA在体内逐渐转化为自然骨组织，从而提高材料的骨结合能力和材料的生物相容性；此外可提高材料对X-射线的阻拒作用，便于临床显影观察。最近，国外采用一种新的共混及精加工工艺将HA均匀分散于PLLA基体中制备了超高强度生物可吸收PLLA-HA复合材料［10］，随HA在PLLA基体中含量增加，材料的弯曲强度和弯曲模量也增加，其最高弯曲强度可达280MPa，它既有高分子的弹性又具有类皮质骨的刚度。将该材料浸入到SBF溶液中3天后即有大量HA晶体在表面沉积，具有骨结合能力，12周后材料具有210MPa的弯曲强度，高于皮质骨内固定材料弯曲强度200MPa的最底要求。因此该复合材料可望作为骨折内固定材料，广泛应用于临床。PDLLA-HA复合内固定棒兔子髁部骨折的实验研究表明［11］，术后动物自由活动，不用任何外固定，所有动物伤口Ⅰ期愈合，无关节积液和窦道形成。X线摄片见3周时骨折端无移位，有明显骨痂生成，骨折线模糊。6周骨折愈后，骨折线消失，骨痂最多，以后各时间点骨折无移位和再骨折，骨痂逐渐减少。12周前材料可清晰显影，24周后模糊至消失。
碳纤维增强生物医用高分子复合材料是发展最早的一类医用复合材料，它主要用作骨水泥、人工关节和接骨板等［12，13］。碳纤维增强HDPE复合材料，其强度、刚性、抗疲劳和抗磨损性能均显著高于HDPE材料，因此它常用作承受复杂应力和摩擦作用的髋关节和膝关节。碳纤维增强聚砜复合材料的抗扭强度最高可达100MPa，与金属板相比，其断裂模量可减少2～4倍。碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料在90年代初就成功地用于颅骨缺损修复，其弯曲强度、断裂模量及其抗冲击性能均优于人体颅骨材料，对患者实施颅骨缺损修复后起到重要的防护作用。用四氟乙烯纤维与碳纤维复合制备成多孔复合材料，其表面积为宏观的1200倍，有利于生物组织的长入，它已用于牙槽骨、下颌骨、关节软骨的修复。
生物材料篇5
【关键词】生物材料学 教学改革 实验教学
【基金项目】国家自然科学基金2项，项目号50904080和51274268
【中***分类号】G64 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）08-0173-01
生物材料学是生命科学与材料科学交叉的边缘学科，具有广阔的前景，已成为国内外研究的热点[1]。生物材料是用于人体组织和器官的诊断、取代、修复或增进其功能的一类天然或人造材料高技术材料，它能执行、增进或替换因疾病、损伤等失去的某种功能，其作用药物不可替代。此外，天然生物材料的组成单元（蛋白、多糖、生物矿物）、分级结构和组装原理、细胞的调制生长、复合过程、细胞与材料作用的单细胞过程以及医用材料的生物相容性等也是该课程的重要内容[2]。当前和未来的生物材料学将面临更大的挑战，需要把更复杂的生物学知识融合到改进生物材料的设计中。从这一背景来看，生物材料的多学科性质是不可避免的。作为这个领域的教学工作者，我们面临着特殊的挑战，我们必须培养具有较宽知识面的学生，以满足设计并实现采用新的生物医疗材料中需要处理的复杂问题。为了顺应当前发展的需要，笔者结合教学实践，针对非生物材料学专业本科教学中出现的问题，提出几点建议，旨在提高教学效果和质量。
一、紧跟学科发展前沿，丰富教学内容
生物材料学的迅猛发展要求我们不断学习新的理论和实践知识，更新教学内容以拓宽学生的视野。随着研究水平的提高，相应的新生物材料、新标准、新要求及网络资源都在不断更新，很多教材中的概念、讲解实例都已经不再是当前最普遍、最实用的了，因此很多学生在查阅文献时发现课堂所学的内容与最新研究有出入，从而产生了困惑和迷茫。如：新的生物材料在不断更新，对生物材料功能提出的新的要求不断出现，学科不断发展等[3]，这就要求我们教师要紧跟本学科发展前沿，了解最新研究进展，及时更新并丰富教学内容。
另外，在教学过程中要把握学生理论知识体系，把有限的学时用到新知识、新技术的教学中去，避免内容重复。例如：本课程生物学基础中涉及分子生物学的内容可以简单介绍，作为知识回顾，因为这部分内容对于生物医学类专业学生可能在前面学期刚刚学习过，还有比较深刻的印象。
二、改善教学策略
大学英语是高校的必修课，学生在学习生物材料学时已经具备一定的听说读写能力，但应用能力相对较差，专业英语更是如此。生物材料学的大部分资源及资料均是英文版本，教师在教学过程中采用双语教学，通过专业英语的渗透，不仅可以使学生更好更快地掌握本课程内容，而且对学生英语水平的提高能起到很好的促进作用，同时也能提高学生专业英语的应用能力。而且生物材料学双语教学使该课程与国际接轨，课程体系等更趋于规范化，因此，生物材料学开展双语教学是有必要的。我们必须借鉴其他学科的成功经验，通过各种途径，逐步完善本课程的双语教学改革。
“授之以鱼，不如授之以渔”，高校教师更应该以此为教学目标，讲课时多采用启发式、讨论式等教学方法，站在学生的角度自问自答，并留下思考题，督促学生查阅领域相关资料文献，进一步理解和掌握基本概念和基本方法。如：在教学中，将学生分成几个兴趣小组，让他们根据不同的内容设计“小试验”，使用生物材料学的不同方法予以解决，并在课堂上留出适当时间，通过多媒体演示，让学生介绍自己的实验内容及解决办法，并进行讨论、交流经验。通过这种方式，使学生发现问题、解决问题的能力得到提高，同时也锻炼了他们的团队协作能力。
三、实验教学改革
实验教学相对于理论教学具有直观性、验证性、综合性、启发性和创新性的特点，是实现现代生物材料学课程教学目标的重要手段之一。生物材料学也是一门应用性和实践性很强的学科，仅靠理论知识的学习是远远不够的，而大纲中安排的实验学时有限，因此加大实验教学的比重是很有必要的。生物材料学的实验教学除了增加学时，为学生提供更多动手操作的机会外，更应多开展设计型和综合型实验，培养学生的创新能力及分析问题、解决问题的能力。如：以理论课上的兴趣小组为单位，以学生设计的“小实验”为内容，充分利用实验室条件予以解决；同时，为学生提供小命题，要求综合运用生物材料学方法进行研究，以提高学生的思维和动手能力，改善教学效果；另外，鼓励学生积极申报与生物材料学相关的大学生科研课题，在教师的指导下由学生自己完成，进一步加强和巩固学生对生物材料学知识的理解和综合运用的能力。
实验考核是检验教学效果的有效途径，而且通常是由任课老师主要根据学生的实验报告给予分数[4]。这种评价方式可能导致学生只注意实验报告的书写，而忽视了实验技能的培养，也就不能客观反映教学效果。为避免这种情况的发生，实验考核可采用主要由实验态度、实验操作、实验结果和实验报告等几部分组成的多指标综合考核方式。这种考核方式既突出了实验考核重点，又可以全方位客观评价学生的实践表现和实践技能，还可以发挥学生的主观能动性与参与实验的积极性。
四、加强师资力量
生物材料学是一门新兴的交叉学科，需要材料学、生物化学和分子生物学等相关学科的共同发展来支撑。目前生物材料学的专业人才相对匮乏，懂生物的不懂材料，懂材料的不懂生物，教师多由生物学或材料学相关专业教师兼任，既懂生物又懂材料的师资力量比较薄弱。而教师教学水平的高低直接影响着教学效果，因此应进行全方位、多层次地研究、解决。例如：为青年教师提供更多到名校学习和进修的机会，不断提高自身的理论水平和业务能力；邀请相关专业的名师和专家开展专题讲座，通过“送出去请进来”的方式提高师资力量。同时，加强本学科建设及与相关学科的协作，进一步提高教师的教学和科研水平。
五、结语
生物材料学是一门重要的且处于快速发展中的交叉学科，其发展与生命科学和材料学发展是相辅相成的。教学中，教师要紧跟学科发展前沿，不断更新理论知识，完善知识体系，提高业务水平；同时，注重学生创新能力和实践能力的培养，不断丰富教学内容，采用灵活多样、切实有效地教学策略，进一步提高生物材料学教学质量。
参考文献：
[1] J. S. Temenoff，A. G. Mikos（美）著；王远亮等译. 生物材料：生物学与材料科学的交叉 [M].科学出版社， 2009.6.
[2]崔福斋. 生物材料学 [M]. 北京： 清华大学出版社， 2004. 9.
生物材料篇6
关键词：纳米材料；生物合成；绿色化学
中***分类号：TB34 文献标志码：A
文章编号：0367-6358（2015）04-0246-05
随着纳米研究领域科研工作的发展，纳米材料的合成方法不断地推陈出新。其合成方法包括沉淀法、溶胶凝胶法、离子交换法等在内的化学方法和包括球磨法、溅射法、超重力法等在内的物理方法。但是这些传统方法都普遍面临着污染环境，能耗高等问题。纳米材料的生物合成是结合了纳米技术和生物技术的绿色合成方法。纳米材料的生物合成相比较传统的物理及化学等方法在原料的选取、反应条件的调控及后期处理等方面更加环保健康。将纳米技术与不同的生物相结合制备出不同形貌及性能的纳米材料，显示出了更广阔的发展空间。有些生物本身就有着微妙的形貌特征，以其为模板可以制备出有特定生物形貌的纳米材料，省去了传统模板法中模板的制备。而生物体的一些组成成分或其提取物中存在着一些活性成分对于某些反应来说是很好的还原剂和稳定剂，减少了有毒化学药品的使用。本文将依据单细胞及多细胞的不同生物体模板、生物体组成成分及从中提取的不同活性成分和病毒等参与反应的不同物质，对将近几年国内外的相关研究成果进行分类，系统地综述纳米材料生物合成的研究进展。
1以生物体为模板制备纳米材料
绿色化学要求科研工作者能够寻找到无污染、低毒、低能耗、绿色健康的反应前驱体或者是反应条件。生物体表面的氨基和羧基基团及特定形貌使其成为天然的还原成分和现成模板，以此为模板制备纳米材料与传统制备纳米材料的方法相比更加符合绿色化学的要求。
1.1以单细胞生物体为模板制备纳米材料
细胞是生物体结构和功能的基本单位，而细胞表面的细胞膜是由磷脂双分子层和镶嵌其中的蛋白质等构成的。不同的细胞有着独特精制的外形结构和功能化的表面，以单细胞为模板可以合成不同生物细胞形貌的纳米结构。
1.1.1以原核细胞为模板制备纳米材料
细菌和放线菌被广泛应用于金属纳米颗粒的合成，其中一个原因就是它们相对易于操作。最早着手研究的Jha等用***酸杆菌引导在室温下合成了尺寸为8～35 nm的TiO2纳米粒子，并提出了与反应相关的机理。随着纳米材料的生物合成的逐渐发展，现在已成功合成了以不同菌为模板的不同形貌的纳米材料。Klaus等在假单胞菌（Pseudomonasstutzeri）的细胞不同结合位点处制备并发现了三角形，六边形和类球形的Ag纳米粒子，其粒径达200nm。Ahmad等从一种昆虫体内提取了比基尼链霉菌（Streptom yces bikiniensis），并以此制备出3～70 nm的球形Ag纳米颗粒。Nomura等以大肠杆菌为模板成功制备出平均孔径为2.5 nm的杆状中空SiO2，其比表面积达68.4 m2/g。
1.1.2以真核细胞为模板制备纳米材料
真核细胞相比较原核细胞种类更为广泛，培养更为方便，所以以此为模板的生物合成的研究更多。最简单的单细胞真核生物小球藻可以富集各种重金属，例如铀、铜、镍等。Fayaz等以真菌木霉菌（Trichodermaviride）为模板在27℃下合成了粒径为5～40 nm的Ag纳米粒子，并且发现青霉素，卡那霉素和红霉素等的抗菌性在加入该Ag纳米粒子后明显提高。Lin等发现HAuCl4中金离子在毕赤酵母（Pichiapastoris）表面先发生了生物吸附然后进行生物还原，从而得到Au纳米粒子。研究发现金离子被酵母菌表面的氨基、羟基和其它官能团首先还原成一价金离子，并进一步被还原成Au纳米颗粒。Mishra等以高里假丝酵母（Candidaguilliermondii）为模板合成了面心立方结构的Au和Ag纳米粒子，两种纳米粒子对金黄色葡萄球菌有很高的抗菌性，但所做的对比试验表明化学方法合成的两种粒子对致病菌均不具有抗菌性。Zhang等则以酵母菌为模板合成了形貌均-Co3O4修饰的ZnO中空结构微球。尖孢镰刀菌（Fusariu-moxysporum）可以在其自身表面将米糠的无定型硅生物转化成结晶SiO2，形成2～6 nm的准球形结构。
1.2以多细胞生物体为模板制备纳米材料
虽然以单细胞为模板制备的纳米粒子的单分散性较好，但是要涉及到生物体复杂的培养过程及后续处理，而以多细胞生物体为模板的制备方法就显得更加方便简捷。
1.2.1以多细胞植物体为模板制备纳米材料
地球上的植物种类很多，以其为模板的纳米材料的生物合成也就多种多样。多数情况下是将植物体培养在含有金属离子的溶液中，然后将植物体除去便可得到复制了植物体微结构的纳米材料。Rostami等将油菜和苜蓿的种子培养在含有Au3+的溶液中，将金离子变成纳米Au粒子，其大小分别是20～128 nm和8～48 nm。Dwivedi等以藜草（Chenopodium album）为模板分别制备出平均粒径为12 nm和10 nm的Ag和Au纳米晶体，并认为藜草中天然的草酸对于生物还原起着重要作用。Cyganiuk等以蒿柳（Salix viminalis）和金属盐为原料制备出碳基混合材料LaMnO3将蒿柳培植在含有金属盐的溶液中，金属盐离子顺着植物组织进行传输，进而渗透其中。然后将木质素丰富的植物体部位在600～8000℃范围进行煅烧碳化，得到的产物对正丁醇转化成4-庚酮有很好的催化效果。黄保***等以定性滤纸通过浸渍和煅烧等一系列过程仿生合成了微纳米结构的Fe2O3，并且对其形成机理进行了初步探讨。Cai等以发芽的大豆为模板，制备出室温下便有超顺磁性的Fe3O4纳米粒子，其平均粒径仅为8 nm。王盟盟等以山茶花花瓣为模板通过浸渍煅烧制备出 CeO2分层介孔纳米片，并且在可见光波段有很好的催化活性。
1.2.2以多细胞动物体为模板制备纳米材料
以多细胞动物体为模板的纳米材料的制备比较少，其中以Anshup等的研究较为突出。他们分别试验了人体的癌变宫颈上皮细胞、神经细胞和未癌变正常的人类胚胎肾细胞。这些人体细胞在模拟人体环境的试管中进行培养，培养液中含有1mmol/L的HAuCl4最终得到20～100 nm的Au纳米颗粒。细胞核和细胞质中都有Au纳米粒子沉积，并且发现细胞核周围的Au粒子粒径比细胞质中的小。
2以生物体提取物或组成成分中的有效成分制备纳米材料
生物体中含有很多还原稳定性成分。如果将这些成分提取出来，就可以脱离生物体原有形貌的束缚，得到绿色无污染的生物还原剂，进而以其制备纳米材料。很多糖类，维生素，纤维素等生物组成成分也被证实有很好的生物还原稳定作用，这就使得纳米材料的绿色生物合成更加方便快捷。
2.1以微生物提取物为有效成分制备纳米材料
以微生物的提取物为活性成分制备的纳米材料多数是纳米Ag和纳米Au，而且这两种粒子具有杀菌的效果。而以微生物提取物制备的纳米材料粒径更小，并且普遍也比一般化学方法合成的粒子有更好的杀菌效果。Gholami-Shabani等从尖孢镰刀菌（Fusariumozysporum）中提取了硝酸盐还原酶，并用其还原得到平均粒径为50nm的球形纳米Ag颗粒，并且对人类的病原菌和细菌有很好的抗菌效果。Wei等和Velmurugan等分别用酵母菌和枯草杆菌提取液成功合成了不同粒径及形貌的纳米Ag颗粒。提取物中的还原性酶是促进反应进行的重要成分。Inbakandan等将海洋生物海绵中提取物与HAuCl4反应制备得到粒径为7～20nm的纳米Au颗粒，主要得益于其中的水溶性有机还原性物质。Song等则从嗜热古菌（hyperther-mophilicarchaeon）中提取出高耐热型腾冲硫化纺锤形病毒1（Sulfolobustengchongensis spindle-shaped virus 1）的病毒蛋白质外壳。并且发现实验条件下在没有遗传物质时其蛋白质外壳仍可自组装成轮状纳米结构。与TiO2纳米粒子呈现出很好的亲和能力，在纳米材料的生物合成中将有广阔的应用前景。
2.2以植物提取物为有效成分制备纳米材料
生物提取物制备纳米材料的研究最多的是针对植物提取物的利用，因为地球上植物种类众多，为纳米材料的生物合成提供了众多可能性。Ahmed等以海莲子植物（Salicorniabrachiata）提取液还原制得Au纳米颗粒，其粒径为22～35nm。制备出的样品对致病菌有很大的抗菌性，而且能催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚为4-氨基苯酚，也可催化亚甲基蓝转化成无色亚甲蓝。Velmurugan等和Kulkarni分别用腰果果壳提取液和甘蔗汁成功制备出纳米Ag和纳米Ag/AgCl复合颗粒，其均有很好的杀菌效果。Sivaraj等用一种药用植物叶子（Tabernaemontana）的提取液制备了对尿路病原体大肠杆菌有抑制作用的球形CuO纳米颗粒，其平均粒径为48 nm。
2.3以生物组成成分为有效成分制备纳米材料
碳水化合物是生物体中最丰富的有机化合物，分为单糖、淀粉、纤维素等。其独特的结构和成分可以用来合成各种结构的纳米材料。Panacek等，测试了两种单糖（葡萄糖和半***糖）和两种二糖（麦芽糖和***糖）对[Ag（NH3）2]+的还原效果，其中由麦芽糖还原制备的纳米Ag颗粒的平均粒径为25nm，并且对包括耐各种抗生素的金黄葡萄球菌在内的革兰氏阳性菌和革兰氏阴性菌有很好的抑制作用。Gao等和Abdel Halim等分别用淀粉和纤维素还原硝酸银制得了不同粒径的Ag纳米粒子，对一些菌体同样有很好的抗菌性。
维生素是人体不可缺少的成分，在人类机体的新陈代谢过程中发挥着重要作用，是很好的稳定剂和还原剂。Hui等用维生素C还原制备了Ag纳米颗粒修饰的氧化石墨烯复合材料，将加有维生素C的AgNO3和氧化石墨烯溶液进行超声反应，得到的Ag纳米颗粒平均粒径为15nm，并附着在氧化石墨烯纳米片表面。Nadagouda等用维生素B2为还原活性成分室温下合成了不同形貌（纳米球、纳米线、纳米棒）的纳米Pd。并且发现在不同的溶剂中制备的纳米材料的形貌和大小不同。
3以病毒为模板制备纳米材料
病毒本身没有生物活性，可以寄宿于其它宿主细胞进行自我复制，其实际上是一段有保护性外壳的DNA或RN段，大小通常处于20～450 nm之间，其纳米级的大小使得以其为模板更易于制备出纳米材料。Shenton等以烟草花叶病毒为模板制备了Fe3O4纳米管。因为烟草花叶病毒是由呈螺旋形排列的蛋白质单元构成，内部形成中空管。以此为模板制备出来的Fe3O4也复制了这一结构特点而呈现管状结构。由于烟草花叶病毒的尺寸小但稳定性高，使得它被频频用来作为纳米材料生物合成的骨架。Dang等则以转基因M13病毒为模板制备了单壁碳纳米管-TiO2晶体核壳复合纳米材料。实验发现以此为光阳极的染料敏化太阳能电池的能量转换效率达10.6%。
生物材料篇7
关键词：胶原生物医用材料；优势；临床医学应用
生物医学材料是一类对人体细胞、组织、器官具有增强、替代、修复、再生作用的新型功能材料。它有独特的基本要求：①具有生物相容性，要求材料在使用期间，同机体之间不产生有害作用，不引起中毒、溶血、凝血、发热、过敏等现象；②具有生物功能性，在生理环境的约束下能够发挥一定的生理功能；③具有生物可靠性，无毒性，不致癌、不致畸、不致引起人体组织细胞突变和组织细胞反应（即“三致物质”），有一定的使用寿命，具有与生物组织相适应的物理机械性能；④化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；⑤针对不同的使用目的具有特定功能。按生物医用材料性质的不同可分为四大类：①医用金属材料。主要用于硬组织的修复和置换，有钴合金（Co-Cr-Ni）、不锈钢、钛合金（Ti-6Al-4V）、贵金属系、形状记忆合金、金属磁性材料等7类，广泛用于齿科填充、人工关节、人工心脏等。②医用高分子材料。有天然与合成两类，通过分子设计与功能拓展，即合金化、共混、复合（ABC）等技术手段，可获得许多具有良好物理机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（氧化铝陶瓷材料、医用碳素材料等）和生物活性陶瓷（羟基磷灰石、生物活性玻璃等）。④医用复合材料。由两种或者两种以上不同性质材料复合而成，取长补短，达到功能互补。主要用于修复或者替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造。胶原属于细胞外基质的结构蛋白质，结构复杂，根据分子结构决定功能和性质的原则。其分子量大小、形状、化学反应以及独特的生物分子等对功能、性质起着决定性作用。胶原来源广泛，资源丰富，性质特殊。是21世纪生物医学材料研究和应用的热点和重点[1]。
1胶原生物医学材料的优势
（1）低免***源性。组织胶原具有一定的免***性，20世纪90年代研究发现，其免***源性来自于端肽及变性胶原和非胶原蛋白质，在提取胶原时，除去端肽及纯化分离掉变性胶原和非胶原蛋白，能得到极弱免***原性的胶原材料。（2）与宿主细胞及组织之间的协调作用。其特点：①胶原有利于细胞的存活和促进不同类型细胞的生长；②胶原不但可增加细胞黏结，而且有利于控制细胞的形态、运动、骨架组装及细胞增殖与分化。（3）止血作用。胶原的四级特殊结构能使血小板活化、释放出颗粒成分，起到迅速凝血的作用。（4）可生物降解性。胶原是一种特殊的生物降解材料，其降解性作为器官移植的基础。（5）物理机械性能。胶原的三螺旋结构以及自身交联而成网状结构，使其具有很高的强度，可满足机体对机械强度的要求；另外通过进一步的交联增强其强度，而且采用不同的交联剂可获得不同的强度和韧性材料。通过复合和接枝共聚能获得更多性能优良的材料。（6）组织工程（Tissueengineering）。胶原的优良特性使其在组织工程中扮演更重要的角色，大量应用于临床，前景广阔。
2胶原在生物临床医学上的应用
[2]（1）手术缝合线。当前应用的天然与合成材料制备缝合线均存在这样那样的不足和缺陷，或者不能自然吸收，需要拆线；或者与组织反应大，引起发炎、造成伤口瘢痕明显；或者吸收时间过长等。而胶原制备的缝合线既有与天然丝一样的高强度，又有可吸收性；使用时有优良的血小板凝聚性能，止血效果好，有较好的平滑性和弹性，缝合结头不易松散，操作过程中不易损伤肌体组织。可采用复合与交联改性方法提高缝合线功能和性能，制备的可吸收缝合线有：①纯胶原可吸收缝合线；②胶原/聚乙烯醇共混复合；③胶原/壳聚糖复合可吸收缝合线；④胶原/壳聚糖/聚丙烯酰胺复合可吸收缝合线。（2）止血纤维。胶原纤维是一种天然的止血剂和凝血材料，且止血功能优异。胶原纤维是一种集止血、消炎、促愈为一体，可被组织吸收，无毒、无副作用的医用功能纤维，相比于以前使用的氧化纤维素、羧甲基纤维素及明胶海绵等止血材料，其效果要好的多。（3）止血海绵。胶原海绵有良好的止血作用，能使创口渗血区血液很快凝结，被人体组织吸收，一般用于内脏手术时的毛细血管渗出性出血。临床应用于普外科、心血管外科、整形外科、泌尿外科、骨科、皮肤科、烧伤科、妇产科以及口腔科、耳鼻喉科、眼科等几乎所有的手术。（4）代血浆。当人体由于外伤或其他原因发生意外急性失血时，最佳方法必须立刻输血，但众所周知，血液来源非常困难！而且不能长久保存，输血之前还需鉴定血型和配型。因此，寻找理想的代用品成为人们的梦想。20世纪50年明胶代血浆受到重视，且符合血浆的条件和性质，国外已大量使用，我国正在积极推进其产业化。国外明胶类代血浆有脲交联明胶、改性液体明胶和氧化聚明胶3种。国内有氧化聚明胶、血安定（Gelofu-sine）海星明胶和血代（Haemaccel）。（5）水凝胶。水凝胶是一些由亲水大分子吸收了大量水分形成的溶胀交联状态的半固体（三维网络），能保持大量水分而不溶解，具有良好的溶胀性、柔软性和弹性，以及较低的表面张力等特殊性质。交联方式有共价键、离子键和次级键（范德华力、氢键等）。水凝胶是高分子凝胶中的一类，可分为物理凝胶和化学凝胶。为改善性能需对天然高分子与合成高分子进行共混复合制备新型水凝胶（互穿网络水凝胶），现已取得很大进展。制成的复合材料有胶原/聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶、胶原/聚乙烯醇水凝胶、胶原/聚异丙酰胺水凝胶、胶原/壳聚糖水凝胶等。（6）敷料。敷料是能够起到暂时保护伤口、防止感染、促进愈合作用的医用材料。有普通敷料（常用植物纤维纱布）、生物敷料（胶原蛋白及其改性产品以及左旋糖酐、壳聚糖、淀粉磷酸酯等）、合成敷料和复合敷料等四种。开发使用的品种有海绵型敷料、胶原膜敷料、凝胶敷料。（7）人工皮肤。人工皮肤是在创伤敷料基础上发展起来的一种皮肤创伤修复材料和损伤皮肤的替代品。其制备方法采用复合与交联法，一是提高胶原的机械强度；二是胶原与其他天然高分子进行杂化改善机械性能和生物活性。（8）人工血管。人工血管是近年来组织工程（一门多学科的交叉科学）研究的重点之一。当今临床应用的人工血管主要是人工合成材料制成的，最早是涤纶纤维编织的人工血管，但只能对大口径血管有较短的替代作用。后来开发聚四氟乙烯（PTFE）、聚氨酯（PU）、膨体聚四氟乙烯（ePTFE），并采取多种方法进行改性，以适应血管植入的要求。此外，还有生物降解材料如聚乙醇酸（PGA）、聚***酸（PLA）、聚***酸异构体（PLLA）等。（9）人工食管。分为两种，一种是用自身的其他组织或器官（如结肠、空肠、胃、胃管和游离的空肠等）加工而成，现已广泛应用于临床，优缺互见；另一种是人工合成材料加工而成，比如塑料管、金属管、PTFE管、硅胶管等，效果均不理想。最早制成使用的聚乙烯（PE）管，此后发展了PTFE、硅橡胶、硅胶涂覆的涤纶编织管（PET）、碳纤维管等。近年以来，使用聚乙烯醇（PVA）、PLA降解塑料。用降解塑料制作无细胞支架的人工食管、组织工程化食管等。（10）心脏瓣膜。分为机械瓣膜（金属瓣）和生物瓣膜。心脏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），此外还有聚β—羟基烷酸酯、聚羟基丁酸酯（PHB）；生物高分子材料有胶原、纤维蛋白凝胶、去细胞瓣膜支架等。（11）骨的修复和人工骨。目前仍以金属（不锈钢、钴铬合金、钴镍合金、钛合金）为主；高分子材料，诸如PTFE、聚硅氧烷、高密度聚乙烯（HDPE）、陶瓷（结晶氧化铝、羟基磷灰石）以及复合材料。胶原以其独特的性能成为不可或缺的生物材料，在骨修复中起举足轻重作用。①在组织引导再生术中（guidedtissueregeneration,GTR）能起到“诱导成骨”、“传导成骨”，实现再生修复和骨愈合的作用。②组织工程化骨组织的构建。包括三个方面：一是寻求能够作为细胞移植与引导新骨生长的支架结构作为细胞外基质（ECM）的替代物；二是种子细胞；三是组织工程骨的组织还原（骨缺损修复）。（12）角膜与神经修复。角膜胶原膜和组织工程化角膜；人工神经支架采用胶原、胶原/壳聚糖或胶原/糖胺聚糖等。（13）药物载体。药物载体由高分子材料充当，大多数为传递系统，其主要成分是胶原和明胶。有胶原膜、胶原海绵、药用胶囊和微胶囊和丸剂与片剂。（14）固定化酶载体。胶原可作为细胞或酶的载体，其特点：①胶原本身是蛋白质，对酶和细胞的亲和性是其他材料不可及的；②胶原蛋白成膜性好，可制成各种酶膜；③胶原蛋白肽链上具有许多官能团，诸如羧基、氨基、羟基等，易于吸附和固化。胶原蛋白有很好的生物相容性，在体内可被逐步吸收，交联接枝共聚后赋予了材料良好的物理机械性能，且可在体内长期保存。广泛应用于人体的各个部位。生物医学材料在人体的应用部位，详见***1[3]。
3结语
随着社会文明的不断进步，生命至上理念不断深入人心，天赋人权，生命是任何人都不能剥夺的最高权利，人类对身心健康和生活质量越来越重视。当前，新型材料更多的应用于医药和临床，尤其如胶原基生物材料，以其独特的优势和优异的性能在这一领域大显身手。科技改变未来、改变生活，天然高分子与合成高分子材料通过共混、复合、合金化、纳米化等技术手段，制备成多种新颖独特的新材料和新产品。尤其应用于临床和组织器官工程挽救了数以万计的人类生命并提高了生命质量和延长了寿命。随着3D打印技术在生物医疗领域的快速发展，如何制备出适合3D打印的不同类型胶原蛋白材料，并保证在打印过程中蛋白不变性、强度可控、易塑性等成为研究的新课题[4]。
当今，是生物高分子时代，随着科技发展日新月异，生命科学和生物材料研究的不断深入。生物医药是“十四五”的新兴产业链。胶原在生物医学、医药、组织器官工程和临床医学的应用将更加光明，潜力非常巨大。开发应用必将成为广大科研人员研究的重点和热点，我们将拭目以待有更多的新型材料和产品为人类的健康服务并造福人类。
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生物材料篇8
论文摘要：目前应用于生物医学中的纳米材料的主要类型有纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料等。纳米材料在生物医学的许多方面都有广泛的应用前景。
1应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性
1.1纳米碳材料
纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。
碳纳米管有独特的孔状结构［1］，利用这一结构特性，将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放，使可控药物变为现实。此外，碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针（如观察蛋白质结构的AFM探针等）或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、Ni及其合金为催化剂，以低碳烃类化合物为碳源，氢气为载体，在873 K～1473 K的温度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳（简称DLC）是一种具有大量金刚石结构C—C键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜，具有优秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。资料报道，与其他材料相比，类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血管内膜增生减少，因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。
1.2纳米高分子材料
纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免***分析、介入性诊疗等方面。
1.3纳米复合材料
目前，研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径，并逐步向智能化方向发展，在光、热、磁、力、声［2］等方面具有奇异的特性，因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米ZrO2增韧的氧化铝复合材料，用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久［3］。研究表明，纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料［4］。此外，纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药，还可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明，这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。
此外，在临床医学中，具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料，微***液等等。
2纳米材料在生物医学应用中的前景
2.1用纳米材料进行细胞分离
利用纳米复合体性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后，人们便将纳米SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，使所需要的细胞很快分离出来。目前，生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免***分析（如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器［5］）。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来***病患者［6］。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和***。
2.2用纳米材料进行细胞内部染色
比利时的De Mey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸（HAuCl4）水溶液中还原出来形成金纳米粒子，（粒径的尺寸范围是3 nm～40 nm），将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合，利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异，选择抗体种类，制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物，在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色（如10 nm的金粒子在光学显微镜下呈红色），从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签，为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。
2.3纳米材料在医药方面的应用
2.3.1纳米粒子用作药物载体
一般来说，血液中红血球的大小为6000 nm～9000 nm，一般细菌的长度为2000 nm～3000 nm［7］，引起人体发病的病毒尺寸为80 nm～100 nm，而纳米包覆体尺寸约30 nm［8］，细胞尺寸更大，因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向***等。专利和文献资料的统计分析表明，作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。
磁性纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变***，利于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进行免***学的间接凝聚实验，用于快速诊断［9］。生物降解性高分子纳米材料作为药物载体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、***、口（颊、舌、齿）、上下呼吸道（鼻、肺）、***以及眼、耳等［10］。这种给药方式避免了药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止药物对全身的作用。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚***酸（PLA）制的微芯片为基础，能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统，并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子（NPs）在基因***中的DNA载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的***带来变革。
2.3.2纳米抗菌药及创伤敷料
Ag+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。
2.3.3智能—靶向药物
在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米生化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞基因，因而纳米生化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47℃，慢慢杀死癌细胞。这种方法已在老鼠身上进行的实验中获得了初步成功［11］。美国密歇根大学正在研制一种仅20 nm的微型智能炸弹，能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞，甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。
2.4纳米材料用于介入性诊疗
日本科学家利用纳米材料，开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子，它可以同人或动物体内的物质反应产生光，研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产生的光，经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态，初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性，可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的***酸值，并有助于糖尿病的诊断和***。
2.5纳米材料在人体组织方面的应用
纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛，除上面所述内容外还有如基因***、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。
目前，首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为DNA导入细胞的有效载体，在大鼠实验中已取得初步成效，为基因***提供了一种更微观的新思路。
纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病***（疏通脑血管中的血栓，清除心脏脂肪沉积物，吞噬病菌，杀死癌细胞，监视体内的病变等）［12］；还可以用来进行人体器官的修复工作，比如作整容手术、从基因中除去有害的DNA，或把正常的DNA安装在基因中，使机体正常运行或使引起癌症的DNA突变发生逆转从而延长人的寿命。将由硅晶片制成的存储器（ROM）微型设备植入大脑中，与神经通路相连，可用以***帕金森氏症或其他神经性疾病。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。
瑞典正在用多层聚合物和黄金制成医用微型机器人，目前实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段［13］。
纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域，尤其在组织工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用，临床医疗将变得节奏更快，效率更高，诊断检查更准确，***更有效。
参考文献
［1］Philippe P，Nang Z L et al.Science，1999，283:1513
［2］孙晓丽等.材料科学与工艺，2002，（4）：436-441
［3］赖高惠编译.化工新型材料，2002，（5）：40
［4］苗宗宁等.实用临床医药杂志，2003，（3）：212-214
［5］崔大祥等.中国科学学院院刊，2003，（1）：20-24
［6］顾宁，付德刚等.纳米技术与应用.北京：人民邮电出版社，2002：131-133
［7］胥保华等.生物医学工程学杂志，2004，（2）：333-336
［8］张立德，牟季美.纳米材料和结构.北京：科学出版社，2001：510
［9］刘新云.安徽化工，2002，（5）：27-29
［10］姚康德，成国祥.智能材料.北京：化学工业出版社，2002：71
［11］李沐纯等.中国现代医学杂志，2003，13：140-141
生物材料篇9
论文摘要：目前应用于生物医学中的纳米材料的主要类型有纳米碳材料、纳米高分子材料、纳米复合材料等。纳米材料在生物医学的许多方面都有广泛的应用前景。?
?
1应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性?
1.1纳米碳材料?
纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。?
碳纳米管有独特的孔状结构［1］，利用这一结构特性，将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放，使可控药物变为现实。此外，碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针（如观察蛋白质结构的afm探针等）或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属fe、co、ni及其合金为催化剂，以低碳烃类化合物为碳源，氢气为载体，在873 k～1473 k的温度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳（简称dlc）是一种具有大量金刚石结构c—c键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜，具有优秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。资料报道，与其他材料相比，类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血管内膜增生减少，因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。?
1.2纳米高分子材料?
纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1 nm～1000 nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免***分析、介入性诊疗等方面。?
1.3纳米复合材料?
目前，研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径，并逐步向智能化方向发展，在光、热、磁、力、声［2］等方面具有奇异的特性，因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米zro2增韧的氧化铝复合材料，用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久［3］。研究表明，纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料［4］。此外，纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药，还可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明，这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。?
此外，在临床医学中，具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料，微***液等等。?
2纳米材料在生物医学应用中的前景?
2.1用纳米材料进行细胞分离?
利用纳米复合体性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后，人们便将纳米sio2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，使所需要的细胞很快分离出来。目前，生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免***分析（如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器［5］）。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来***病患者［6］。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和***。?
2.2用纳米材料进行细胞内部染色?
比利时的de mey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸（haucl4）水溶液中还原出来形成金纳米粒子，（粒径的尺寸范围是3 nm～40 nm），将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合，利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异，选择抗体种类，制成多种金纳米粒子—抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物，在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色（如10 nm的金粒子在光学显微镜下呈红色），从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签，为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。?
2.3纳米材料在医药方面的应用?
2.3.1纳米粒子用作药物载体?
一般来说，血液中红血球的大小为6000 nm～9000 nm，一般细菌的长度为2000 nm～3000 nm［7］，引起人体发病的病毒尺寸为80 nm～100 nm，而纳米包覆体尺寸约30 nm［8］，细胞尺寸更大，因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向***等。专利和文献资料的统计分析表明，作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。?
磁性纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变***，利于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进行免***学的间接凝聚实验，用于快速诊断［9］。生物降解性高分子纳米材料作为药物载体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、***、口（颊、舌、齿）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。这种给药方式避免了药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止药物对全身的作用。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚***酸（pla）制的微芯片为基础，能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统，并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子（nps）在基因***中的dna载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的***带来变革。
2.3.2纳米抗菌药及创伤敷料?
ag?+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。?
2.3.3智能—靶向药物?
在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米生化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞基因，因而纳米生化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47℃，慢慢杀死癌细胞。这种方法已在老鼠身上进行的实验中获得了初步成功［11］。美国密歇根大学正在研制一种仅20 nm的微型智能炸弹，能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞，甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。?
2.4纳米材料用于介入性诊疗?
日本科学家利用纳米材料，开发出一种可测人或动物体内物质的新技术。科研人员使用的是一种纳米级微粒子，它可以同人或动物体内的物质反应产生光，研究人员用深入血管的光导纤维来检测反应所产生的光，经光谱分析就可以了解是何种物质及其特性和状态，初步实验已成功地检测出放进溶液中的神经传达物质乙酰胆碱。利用这一技术可以辨别身体内物质的特性，可以用来检测神经传递信号物质和测量人体内的血糖值及表示身体疲劳程度的***酸值，并有助于糖尿病的诊断和***。
2.5纳米材料在人体组织方面的应用?
纳米材料在生物医学领域的应用相当广泛，除上面所述内容外还有如基因***、细胞移植、人造皮肤和血管以及实现人工移植动物器官的可能。?
目前，首次提出纳米医学的科学家之一詹姆斯贝克和他的同事已研制出一种树形分子的多聚物作为dna导入细胞的有效载体，在大鼠实验中已取得初步成效，为基因***提供了一种更微观的新思路。?
纳米生物学的设想，是在纳米尺度上应用生物学原理，发现新现象，研制可编程的分子机器人，也称纳米机器人。纳米机器人是纳米生物学中最具有诱惑力的内容，第一代纳米机器人是生物系统和机械系统的有机结合体，这种纳米机器人可注入人体血管内，进行健康检查和疾病***（疏通脑血管中的血栓，清除心脏脂肪沉积物，吞噬病菌，杀死癌细胞，监视体内的病变等）［12］；还可以用来进行人体器官的修复工作，比如作整容手术、从基因中除去有害的dna，或把正常的dna安装在基因中，使机体正常运行或使引起癌症的dna突变发生逆转从而延长人的寿命。将由硅晶片制成的存储器（rom）微型设备植入大脑中，与神经通路相连，可用以***帕金森氏症或其他神经性疾病。第二代纳米机器人是直接从原子或分子装配成具有特定功能的纳米尺度的分子装置，可以用其吞噬病毒，杀死癌细胞。第三代纳米机器人将包含有纳米计算机，是一种可以进行人机对话的装置。这种纳米机器人一旦问世将彻底改变人类的劳动和生活方式。
瑞典正在用多层聚合物和黄金制成医用微型机器人，目前实验已进入能让机器人捡起和移动肉眼看不见的玻璃珠的阶段［13］。?
纳米材料所展示出的优异性能预示着它在生物医学工程领域，尤其在组织工程支架、人工器官材料、介入性诊疗器械、控制释放药物载体、血液净化、生物大分子分离等众多方面具有广泛的和诱人的应用前景。随着纳米技术在医学领域中的应用，临床医疗将变得节奏更快，效率更高，诊断检查更准确，***更有效。
参考文献?
［1］philippe p，nang z l ?et al?.science，1999，283:1513?
［2］孙晓丽等.材料科学与工艺，2002，（4）：436-441?
［3］赖高惠编译.化工新型材料，2002，（5）：40?
［4］苗宗宁等.实用临床医药杂志，2003，（3）：212-214?
［5］崔大祥等.中国科学学院院刊，2003，（1）：20-24?
［6］顾宁，付德刚等.纳米技术与应用.北京：人民邮电出版社，2002：131-133?
［7］胥保华等.生物医学工程学杂志，2004，（2）：333-336?
［8］张立德，牟季美.纳米材料和结构.北京：科学出版社，2001：510?
［9］刘新云.安徽化工，2002，（5）：27-29?
［10］姚康德，成国祥.智能材料.北京：化学工业出版社，2002：71?
［11］李沐纯等.中国现代医学杂志，2003，13：140-141?
生物材料篇10
作者：杨洪涛 吕隆鲲 刘晓敏
【摘要】 目的 评估氧化锆全瓷材料组织相容性及生物安全性。方法 用氧化锆全瓷材料试件的浸提液分别进行四氮唑盐比色法(MTT)体外细胞毒性试验和溶血试验。结果 氧化锆全瓷材料组织相容性的细胞毒性评分小于I级，溶血率为2.16%（P
【关键词】氧化锆 口腔种植 溶血实验
【Abstract】 Objective To evaluate the histocompatibility and biological safety of zirconia ceramic materials.Methords Using the leach liquor of zirconia ceramic materials specimens to conduct the external cytotoxicity test and the hemolysis test separately.Results The score of histocompatibility cytotoxicity of Zirconia ceramic materials is less than level I .Hemolysis rate is 2.16% (P < 0.05).There is no acute toxicity reaction and no haemolytic reaction.Conclusions Zirconia ceramic materials have good histocompatibility and biological safety，and have high value of clinical application and development prospect to be drill base of implants.
【Key words】 zirconia Oral Implantology hemolysis test
牙种植修复技术作为牙列缺损﹑缺失修复的主要方法之一，目前广泛应用于临床。牙种植体基台作为种植义齿露在粘膜外的部分，起着将种植体与上部结构连接在一起的作用。其材料的好坏直接影响种植修复的结果。近年来，国内外有大量的学者对氧化锆陶瓷材料作为种植牙基台材料进行研究，本文从两种体外实验即MTT和溶血试验，来检测氧化锆陶瓷材料的组织相容性和生物安全性，初步评价其临床应用的可行性。
1 材料和方法
1.1 材料的制备与浸提液提取
氧化锆陶瓷材料由康思特先进陶瓷有限公司与青岛大学医学院附属医院口腔科共同研究制备。将经过环氧乙烷灭菌的氧化锆陶瓷材料以1g材料／5ml介质的比例，放入小牛血中；以5g材料／10ml介质的比例，放入生理盐水中，分别制备成氧化锆陶瓷材料小牛血清浸提液和生理盐水浸提液，过滤除菌，4℃冰箱保存备用。
1.2 细胞毒性试验
1.2.1 实验方法
采用L929细胞（青岛大学遗传实验室馈赠)经复苏、传代后，将细胞培养基配制1×104个／ml细胞悬液分注于96孔塑料培养皿中，每孔100μl，每组每观察期至少8孔，细胞培养箱内培养24h。然后弃去原培养基，用PBS洗涤2次，试验组加入100μl小牛血清浸提液，阴性对照组加入100μl小牛血清，阳性对照组加入64g/L苯酚溶液，培养2、4d和7d。弃去培养皿中的浸提液和培养基，加入20μl/孔的MTT液，继续培养6h，吸去原液，加入150μl／孔二甲亚砜，振荡10min，在BECKMAN DU640紫外分光光度计以500nm波长测定吸光度OD值，并计算细胞的相对增殖度(RGR)。RGR=(试验组OD值-空白OD值)／(阴性对照组OD值-空白OD值)。
1.2.2 细胞毒性分级与判定
RGR≥100%评为0级；RGR在75%～99%之间评为I级；RGR在50%～74%之间评为II级；RGR在25%～49%之间评为Ⅲ级；RGR在1%～24%之间评为Ⅳ级；RGR为0时评为V级)。实验结果为1或0级反应为合格，实验结果为Ⅱ级反应时需结合细胞形态综合评价，实验结果为Ⅲ～V级反应为不合格。
1.3 溶血试验
1.3.1 制备新鲜稀释血
抽取20ml新鲜兔全血中加入lml 2％(20g／L)草酸钾生理盐水溶液，调整生理盐水用量，使稀释后的抗凝兔血0.2ml在10ml蒸馏水中于紫外分光光度仪545nm处的吸光度值为0.8±0.3。
1.3.2 实验方法
取10ml生理盐水浸提液，滴加0.2ml新鲜抗凝兔血，混匀，置37℃恒温水浴箱中保持60分钟。所有试管经3000 r/min 750g离心5min，取上清液，于紫外分光光度仪下以545nm波长测定光吸收度，并计算溶血率。溶血率计算公式：溶血率=(实验组吸光度-阴性对照组吸光度)／(阳性对照组吸光度-阴性对照组吸光度)×100%。其中，阴性对照为生理盐水，阳性对照为蒸馏水。实验重复三次。
1.3.3 结果评定
溶血率
2 结果
2.1 细胞毒性试验
氧化锆陶瓷材料试验组及阴性对照组，随着培养时间延长，OD值均有增加，阳性组OD值无增加。实验组与阴性对照组同一时间OD值比较差异无显著性(P>0.05)，与阳性对照组比较差异有显著性(P
表1 细胞毒性实验各组OD值、RGR及细胞毒性分级
转贴于
2.2 溶血实验
氧化锆陶瓷材料生理盐水浸提液组吸光度为0.040±0.003，阴性对照组吸光度为0.009±0.001，阳性对照组吸光度为0.988±0.031，根据溶血率公式计算氧化锆陶瓷材料生理盐水浸提液的溶血率为2.16%，溶血率
3 讨论
牙种植体基台是种植义齿露在粘膜外的部分，将种植体与上部结构连接在一起的装置。自20世纪60年代至今，种植牙所使用的基台都是金属钛制成的，但是在临床使用过程中，人们逐渐发现钛金属会释放离子，引起流电效应；产生牙龈黑线而影响了美学效果，降低了牙种植的修复成功率。而陶瓷材料由于克服了钛等金属材料的缺点，在口腔修复领域应用日益增多。在众多陶瓷材料使用中，人们逐步发现稳定性氧化锆陶瓷（PSZ）的某些性能可能在一定程度上能改善陶瓷材料的脆性使其已有可能可作为种植牙基台材料。目前国内外许多学者都对其组织相容性和生物安全性进行了大量的研究。
本实验通过体外实验即四氮唑盐比色法(MTT)体外细胞毒性试验和溶血试验测定氧化锆陶瓷材料生物安全性。MMT法是一种国际标准检测细胞存活和生长的实验方法，其原理是活细胞线粒体中的琥珀酸脱氢酶能使外源的MTT还原为难溶性的蓝紫色结晶物(Formazan)并沉积在活细胞中，而死亡细胞因对MTT不起作用而不会被染色。由于MTT结晶物形成量与细胞数呈正比，故OD值就能间接反映活细胞数量。通过计算出不同浓度试验材料浸提液作用下的细胞增殖度，可以对该材料的细胞毒性作用作出可靠的定量评价。早在1995年，Harmand[3]等证明了氧化锆粉末对人体巨噬细胞、成纤维细胞、成骨细胞的毒性很低，细胞可以贴壁生长。Covacci[4]等于1999年通过体外细胞培养证明了高纯度氧化锆陶瓷不引起细胞转化。C.Piconi[5]等亦认为氧化锆材料无诱变和致癌作用。本实验结果显示2d、4d、7d后的氧化锆陶瓷材料小牛血清浸提液细胞毒性分级均为0级，7d后的氧化锆陶瓷材料小牛血清浸提液细胞毒性分级0或1级别，与阴性对照组相比无明显差异，这表明氧化锆陶瓷材料无细胞毒性作用。
本实验还通过溶血试验从临床方面研究氧化锆陶瓷材料组织相容性，实验结果提示氧化锆陶瓷材料在生物体内化学性质稳定，无组成元素溶出，故不会因材料可溶性残余分子的化学作用导致生物体急性反应及溶血作用，说明氧化锆陶瓷材料组织无全身急性毒性及溶血反应。
本实验通过MTT体外细胞毒性试验和溶血试验发现氧化锆陶瓷材料具有较好的组织相容性及生物安全性，初步证实其作为种植基台材料具有广阔的临床应用前景。今后尚需对其作进一步的研究。
参 考 文 献
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