納米生物醫(yī)用材料的進(jìn)展研究

1、.：.；生物醫(yī)用資料的研討進(jìn)展生物醫(yī)用資料是用來對(duì)于生物體進(jìn)展診斷、治療、修復(fù)或交換其病損組織、器官或增進(jìn)其功能的新型高技術(shù)資料，它是研討人工器官和醫(yī)療器械的根底，己成為資料學(xué)科的重要分支，尤其是隨著生物技術(shù)的蓮勃開展和艱苦突破，生物資料己成為各國(guó)科學(xué)家競(jìng)相進(jìn)展研討和開發(fā)的熱點(diǎn)。 研討動(dòng)態(tài)迄今為止 ,被詳細(xì)研討過的生物資料已有一千多種 ,醫(yī)學(xué)臨床上廣泛運(yùn)用的也有幾十種 ,涉及到資料學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域。目前生物醫(yī)用資料研討的重點(diǎn)是在保證平安性的前提下尋覓組織相容性更好、可降解、耐腐蝕、耐久、多用途的生物醫(yī)用資料，詳細(xì)表達(dá)在以下幾個(gè)方面：1. 提高生物醫(yī)用資料的組織相容性途徑不外乎有兩種，一是運(yùn)用天然高

2、分子資料，例如利用基因工程技術(shù)將產(chǎn)生蛛絲的基因?qū)虢湍讣?xì)菌并使其表達(dá)；二是在資料外表固定有生理功能的物質(zhì)，如多肽、酶和細(xì)胞生長(zhǎng)因子等，這些物質(zhì)充任臨近細(xì)胞、基質(zhì)的配基或受體 ,使資料外表構(gòu)成一個(gè)能與生物活體相順應(yīng)的過渡層。2. 生物醫(yī)用資料的可降解化組織工程領(lǐng)域研討中 ,通常運(yùn)用生物相容性的可降解聚合物去誘導(dǎo)周圍組織的生長(zhǎng)或作為植入細(xì)胞的粘附、生長(zhǎng)、分化的暫時(shí)支架。其中組織工程資料除了具備一定的機(jī)械性能外，還需具有生物相容性和可降解性。英國(guó)科學(xué)家發(fā)明了一種可降解淀粉基聚合物支架。以玉米淀粉為根本資料， 分別參與乙烯基乙烯醇和醋酸纖維素 ,再分別對(duì)應(yīng)參與不同比例的發(fā)泡劑 (主要為羧酸 )，注塑成

3、型后就可以獲得支撐組織再生的可降解支架。3. 生物醫(yī)用資料的生物功能化和生物智能化利用細(xì)胞學(xué)和分子生物學(xué)方法將蛋白質(zhì)、細(xì)胞生長(zhǎng)因子、酶及多肽等固定在現(xiàn)有資料的外表 ,經(jīng)過外表修飾構(gòu)建新一代的分子生物資料 ,來引發(fā)我們所需的特異生物反響 ,抑制非特異性反響。例如將一種名叫玻璃粘連蛋白 ()的物質(zhì)固定到鈦外表，發(fā)現(xiàn)固定的骨結(jié)合界面上有相對(duì)多的蛋白存在。4開發(fā)新型醫(yī)用合金資料生物順應(yīng)性優(yōu)良的Zr、Nb、Ta、Pd、Sn合金化元素被用于取代鈦合金中有毒性的Al、V等，如Ti -15Zr - 4Nb - 2Ta和Ti - 12Mo - 6Zr - 2Fe等合金的生物親和性顯著提高，,耐蝕及機(jī)械性能也有較

4、大改善，Ti-Ni和Cu、Zn、Al等外形記憶合金由于具有外形記憶和超彈性雙重功能，在脊椎校正、斷骨固定等方面有特殊的運(yùn)用。5作為研討熱點(diǎn)的納米生物資料目前獲得本質(zhì)性進(jìn)展的是納米控釋技術(shù)和納米顆?；蜣D(zhuǎn)移技術(shù)。這種技術(shù)是以納米顆粒作為藥物和基因轉(zhuǎn)移載體，將藥物、DNA和RNA等基因治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其外表，同時(shí)也在顆粒外表耦聯(lián)特異性的靶向分子，如特異性配體、單克隆抗體等，經(jīng)過靶向分子與細(xì)胞外表特異性受體結(jié)合，在細(xì)胞攝取作用下進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)平安有效的靶向性藥物和基因治療。6加強(qiáng)生物醫(yī)用資料的治療特性研討闡明，腫瘤部位的神經(jīng)和血管都不興隆，經(jīng)過溫?zé)岑煼梢赃x擇性殺死癌細(xì)胞。通常采

5、用鐵磁資料植入腫瘤部位，在交變磁場(chǎng)作用下經(jīng)過磁滯加熱使癌細(xì)胞死亡。由于鐵磁資料不具備生物活性，加熱后要用外科手術(shù)的方法去除，給患者帶來不便。而鐵磁微晶玻璃Fe2O3 - CaO -SiO2可以將磁滯與良好的生物相容性結(jié)合，即使長(zhǎng)期留在人體內(nèi)也無不良影響。7研制具有多種特殊功能的生物資料如：膜式人工肺中運(yùn)用的透氧氣和二氧化碳的資料；用于植入體內(nèi)降解緩蝕性資料和經(jīng)過皮膚吸收的液晶緩蝕膜資料；用于口腔醫(yī)學(xué)臨床的金屬和陶瓷與用碳纖維加強(qiáng)的復(fù)合資料。 研討熱點(diǎn)1. 生物資料外表改性:改良和開展生物醫(yī)用資料的血液相容性和組織相容性以及生物資料分子相容性評(píng)價(jià)新方法研討。今后對(duì)資料生物相容性的研討主要集中在以

6、下3個(gè)方面：生物醫(yī)用資料對(duì)組織、器官的全面生理影響；降解資料在體內(nèi)的代謝過程；生物醫(yī)用資料對(duì)細(xì)胞、組織、器官間的信息傳送、基因調(diào)控的影響。新的生物相容性內(nèi)容的研討對(duì)資料的生物學(xué)評(píng)價(jià)提出新的要求，除了目前的ISO10993規(guī)范外，新的評(píng)價(jià)方法將從以下幾個(gè)方面展開：生物醫(yī)用資料對(duì)人體免疫系統(tǒng)的影響；生物醫(yī)用資料對(duì)各種細(xì)胞因子的影響；生物醫(yī)用資料對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)、調(diào)亡的影響；降解控釋資料對(duì)人體代謝過程的影響；智能資料對(duì)人體信息傳送和功能調(diào)控的影響；藥物控釋資料、凈化功能資料、組織工程資料的生物相容性評(píng)價(jià)。2. 組織工程資料：研討具有全面生理功能的人工器官、組織支架資料、研討新的降解資料。3. 復(fù)合生物資料

7、，有效處理資料的強(qiáng)度、韌性及生物相容性問題，目前研討較多的是：合金、碳纖維/高分子資料、無機(jī)資料4. 血液凈化資料，利用濾膜、吸附劑等生物資料，將體內(nèi)內(nèi)源性或外源性毒物致病物質(zhì)專注性或高選擇性地去除，從而到達(dá)治病的目的。是治療尿毒癥、各種藥物中毒、免疫性疾病、高脂血癥等各種疑問病癥的有效手段。血液凈化資料的研討和臨床運(yùn)用在日本和歐洲已成為生物資料開展的熱點(diǎn)。我國(guó)在這一研討領(lǐng)域具有一定的實(shí)力，研討程度居于世界前列，但臨床運(yùn)用不夠，應(yīng)予以加強(qiáng)。5. 納米生物資料，在醫(yī)學(xué)上主要用作藥物控釋資料和藥物載體。從物質(zhì)性質(zhì)上可以將納米生物資料分為金屬納米顆粒、無機(jī)非金屬納米顆粒和生物降解性高分子納米顆粒；從

8、形狀上可以將納米生物資料分為納米脂質(zhì)體、固體脂質(zhì)納米粒、納米囊納米球和聚合物膠束。納米資料作為基因治療的理想載體，具有承載容量大，平安性能高的特點(diǎn)。近來新合成的樹枝狀高分子資料作為基因?qū)氲妮d體值得關(guān)注。6. 口腔資料。陶瓷資料脆弱的撓曲強(qiáng)度不斷困擾著牙科醫(yī)生和患者。而牙科修復(fù)學(xué)中顏色的再現(xiàn)問題是影響牙齒及修復(fù)體客觀的一個(gè)重要要素。因此牙科陶瓷技術(shù)是沿著抑制資料的脆性，準(zhǔn)確測(cè)定牙的顏色并提供組成、性能穩(wěn)定的陶瓷資料的方向開展的。7. 生物體植入集成電路，包括生物功能修復(fù)集成電路的設(shè)計(jì)與制造；生物功能修復(fù)IC封裝資料及其生物相容性研討；生物電傳感資料及其生物相容性研討。8. 我國(guó)生物醫(yī)用資料的研

9、討熱點(diǎn)。國(guó)家自然科學(xué)基金工程“生物醫(yī)用資料根本科學(xué)問題的研討選定以下領(lǐng)域作為研討熱點(diǎn)：具有誘導(dǎo)組織再生的骨、軟骨及肌腱等基底和框架資料的設(shè)計(jì)原理和組織誘導(dǎo)機(jī)制；賦予資料抗凝血性和生物活性的外表設(shè)計(jì)和改性原理；具有特異性識(shí)別細(xì)胞和血液中致病毒物分子的資料的分子識(shí)別規(guī)律和機(jī)制；能識(shí)別特定病變組織、器官及細(xì)胞受體的靶向型生物活性物質(zhì)控釋體系的資料設(shè)計(jì)原理和控釋機(jī)制；以及資料的制備方法學(xué)和質(zhì)量控制體系的科學(xué)根底。 我國(guó)生物醫(yī)用資料研討的對(duì)策我國(guó)生物醫(yī)用資料的研討雖然獲得一些令人矚目的成果，但整體程度不高，跟蹤研討多，源頭創(chuàng)新少。在產(chǎn)業(yè)化方面，生物醫(yī)用資料及其制品占世界市場(chǎng)的份額缺乏2，主要依托進(jìn)口，產(chǎn)

10、品技術(shù)構(gòu)造和程度根本上處于初級(jí)階段。結(jié)合我國(guó)國(guó)情和學(xué)科開展趨勢(shì)，中國(guó) 生物資料結(jié)合會(huì)副主席、南開大學(xué)教授俞耀庭先生提出，我國(guó)應(yīng)該在以下五個(gè)方面開展重點(diǎn)研討：一是生物構(gòu)造和生物功能的設(shè)計(jì)和構(gòu)建原理研討，二是外表界面過程-資料與機(jī)體之間的相互作用機(jī)制研討，三是生物導(dǎo)向性及生物活性物質(zhì)的控釋機(jī)理研討, 四是生物降解吸收的調(diào)控機(jī)制研討, 五是資料的制備方法學(xué)和質(zhì)量控制體系研討。經(jīng)過上述研討的開展，將使我國(guó)生物資料的研討程度有較大提高，為我國(guó)生物醫(yī)用資料科學(xué)及其產(chǎn)業(yè)的開展奠定堅(jiān)實(shí)的根底。生物醫(yī)用資料研討新進(jìn)展一、引 言 生物醫(yī)用資料(biomedical material)，是用于對(duì)生物體進(jìn)展診斷、治療

11、、修復(fù)或交換生物體病損組織或器官，或增進(jìn)生物體功能的新型功能資料，它是研討人工器官和醫(yī)療器械的根底。生物醫(yī)用資料科學(xué)是生物技術(shù)、資料科學(xué)等交匯構(gòu)成的前沿交叉學(xué)科，已成為人體安康領(lǐng)域的重要組成部分，也是資料學(xué)科的重要分支。隨著人類生活環(huán)境的改善和生活程度的提高，對(duì)生物醫(yī)用資料的需求日益擴(kuò)展，目前世界生物醫(yī)用資料市場(chǎng)以每年大于20的速度增長(zhǎng)。中國(guó)的增長(zhǎng)速度為28，居世界首位。生物醫(yī)用資料和制品產(chǎn)業(yè)已呈現(xiàn)與信息產(chǎn)業(yè)、汽車產(chǎn)業(yè)相抗衡的態(tài)勢(shì)，逐漸開展成為本世紀(jì)世界經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè)之一。 目前生物醫(yī)用資料產(chǎn)業(yè)仍以常規(guī)資料居主導(dǎo)位置。2000年全球醫(yī)療器械市場(chǎng)已達(dá)1650億美圓，其中生物醫(yī)用資料及制品約占50

12、。硬組織資料是生物資料的重要組成部分，目前大約占整個(gè)生物資料產(chǎn)品銷售額的1/5。以骨缺損修復(fù)資料為例，美國(guó)每年有600多萬例骨傷，50萬-60萬人需骨修復(fù)資料，市場(chǎng)為每年6億10億美圓。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)全國(guó)骨缺損病例每年為300萬例，對(duì)骨修復(fù)資料的需求每年是200萬例，目前的實(shí)踐用量每年為50萬例。在中國(guó)市場(chǎng)，目前骨修復(fù)產(chǎn)品為每單元2000元人民幣左右。這樣目前每年有不低于10億元人民幣的市場(chǎng)，而潛在的市場(chǎng)每年是40億元人民幣。矯形外科修復(fù)資料和制品的世界市場(chǎng)年增長(zhǎng)率維持在26；人造皮膚、組織黏合劑及術(shù)后防粘連制品年增長(zhǎng)率達(dá)45；估計(jì)工程化組織和器官上市后，可開辟800億美圓的新市場(chǎng)；心血管系統(tǒng)修

13、復(fù)資料、血液凈化資料、藥物緩釋資料也是高速增長(zhǎng)的領(lǐng)域。與此同時(shí)，生物資料前沿研討不斷獲得進(jìn)展，將開辟更為寬廣的市場(chǎng)空間，并為常規(guī)資料的改性和創(chuàng)新提供導(dǎo)向。估計(jì)在今后15-20年，生物醫(yī)用資料產(chǎn)業(yè)可到達(dá)相當(dāng)于藥物市場(chǎng)份額的規(guī)模。 生物醫(yī)用資料開展迅速的主要?jiǎng)恿θ蛐缘娜丝诶淆g化、中青年刨傷的增多、疑問疾病患者的添加，同時(shí)以納米技術(shù)、信息技術(shù)為主體的高新技術(shù)的開展有力地推進(jìn)了生物醫(yī)用資料的開展。人口老齡化進(jìn)程的加速和人類對(duì)安康與長(zhǎng)壽的追求，激發(fā)了對(duì)生物資料的需求。例如，澳大利亞2000年17以上的人口大于65歲，2005年將增至20；與此相應(yīng)，人工心瓣膜、心臟起搏器等心血管系統(tǒng)資料和器械的市場(chǎng)將從

14、2000年的5600萬美圓增至2005年的8000萬美圓。作為世界人口最多的國(guó)家，中國(guó)已進(jìn)入老齡化國(guó)家行列，生物資料的市場(chǎng)潛力將更加宏大。生活節(jié)拍的加快、活動(dòng)空間的擴(kuò)展和飲食構(gòu)造的變化等要素，使創(chuàng)傷成為一個(gè)嚴(yán)重的社會(huì)問題。美國(guó)1998年用于骨骼-肌肉系統(tǒng)損傷患者的治療費(fèi)高達(dá)1280億美圓，其中80需用生物醫(yī)用資料治療。同時(shí)，心腦血管疾病、各種癌癥、艾滋病、糖尿病、老年癡呆癥等發(fā)病率逐年添加，對(duì)急需用于診斷、治療和修復(fù)的生物資料提出了更大的需求。二、開展情況和趨勢(shì)隨著生物技術(shù)的開展，不同窗科的科學(xué)家進(jìn)展了廣泛協(xié)作，從而使制造具有完全生物功能的人工器官顯現(xiàn)出了愉快的前景。人體組織和器官的修復(fù)，將從

15、簡(jiǎn)單的利用器械機(jī)械固定開展到再生和重建有生命的人體組織和器官；從短壽命的組織和器官的修復(fù)開展至永久性的修復(fù)和交換。這一醫(yī)學(xué)革命(特別是外科學(xué))，對(duì)生命科學(xué)和資料等相關(guān)學(xué)科的開展提出了諸多需求，對(duì)生物醫(yī)學(xué)資料的開展產(chǎn)生了重要的促進(jìn)作用。近年來生物醫(yī)用資料領(lǐng)域的研討論文和懇求發(fā)明專利數(shù)的逐年快速添加(見圖1)，顯示了該領(lǐng)域研討與開發(fā)的活潑態(tài)勢(shì)。目前在生物醫(yī)用資料領(lǐng)域以下研討方向最為活潑：醫(yī)用植入資料(尤其是活性可降解生物資料)、組織工程資料、診斷與治療相關(guān)資料及技術(shù)(主要是生物標(biāo)志和生物芯片資料)、藥物釋放資料。同時(shí)，納米技術(shù)和仿生合成技術(shù)在上述研討領(lǐng)域中的融入與運(yùn)用，不斷促使新資料、新功能的誕生

16、，已成為生物醫(yī)用資料研討領(lǐng)域的特征趨勢(shì)。 人體組織的病變和損傷直接影響人們的生活質(zhì)量，因此組織損傷的修復(fù)不斷是人們非常關(guān)注的醫(yī)學(xué)研討課題。以骨組織損傷為例，采用人工資料植入體內(nèi)回答或替代病變及損傷骨組織是臨床上主要的治療方法。然而，普通的人造資料植入骨缺損部位后，通常會(huì)被纖維組織包圍，無法與周圍的組織結(jié)合以到達(dá)對(duì)損傷的修復(fù)。20世紀(jì)70年代美國(guó)科學(xué)家發(fā)明了CaO-SiO2-Na2O-P2O5系統(tǒng)生物活性玻璃，并發(fā)現(xiàn)這類生物玻璃資料可以在人體內(nèi)與骨組織發(fā)生鍵合反響，與骨組織有機(jī)地結(jié)合在一同。生物活性玻璃的研討開創(chuàng)了生物活性資料研討的先河。在此之后的30年，在骨修復(fù)資料方面人們的研討主要集中在生物

17、活性玻璃、生物活性玻璃陶瓷及磷酸鈣類活性陶瓷方面。進(jìn)入21世紀(jì)，隨著醫(yī)學(xué)、細(xì)胞技術(shù)和分子生物學(xué)的開展及組織工程學(xué)的建立和快速開展，對(duì)高性能生物活性資料的要求也大大添加。從目前的開展趨勢(shì)看，生物活性資料，特別是可降解的生物活性資料有能夠成為在生物資料領(lǐng)域最有開展?jié)摿Φ姆较蛑?，在組織和器官修復(fù)方面有宏大的運(yùn)用前景。為此，美國(guó)著名生物資料學(xué)家Heneh教授在上發(fā)表文章提出了第三代生物資料的概念，并指出具有生物活性同時(shí)可降解的第三代生物資料是生物醫(yī)用資料開展的方向，將會(huì)對(duì)組織再生和組織工程技術(shù)的開展產(chǎn)生宏大的推進(jìn)作用。此外，現(xiàn)有醫(yī)用植入資料外表改性，使其外表活性化，是組織與器官替代資料開展的一個(gè)重要

18、方向。特別是現(xiàn)有人工關(guān)節(jié)等植入體的改性，有望在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。綜上所述，具有生物活性的可降解生物資料(第三代生物資料)和生物活性涂層資料有望在10-20年內(nèi)構(gòu)成大產(chǎn)業(yè)，對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生艱苦影響。 在骨修復(fù)植入資料中，磷酸鈣類的生物陶瓷資料如羥基磷灰石、磷酸三鈣等不斷是人們研討的重點(diǎn)。國(guó)外曾經(jīng)有較為成熟的羥基磷灰石、磷酸三鈣骨修復(fù)產(chǎn)品。然而，羥基磷灰石生物陶瓷雖然具有較好的生物活性，但降解性和力學(xué)性能都不理想。磷酸三鈣具有良好的降解性，但生物活性不理想。生物活性玻璃雖然曾經(jīng)有30多年的歷史，但由于其理化特性和制備工藝等方面的緣由，目前只需顆粒狀產(chǎn)品被用于骨組織損傷修復(fù)。此外，組織工程學(xué)的快

19、速開展也導(dǎo)致了多孔生物陶瓷作為細(xì)胞支架資料研討的快速開展，但其中大部分研討集中在多孔磷酸三鈣、人工改性珊瑚等方面，到目前為止還沒有一種理想的多孔支架資料問世。由于以上緣由，研討探求新型生物活性陶瓷及其復(fù)合資料曾經(jīng)成為生物資料領(lǐng)域的一個(gè)主要研討方向。就根底研討而言，探求新型鈣-硅基生物活性陶瓷是一個(gè)很有潛力的開展方向。人們?cè)谏锘钚圆Ａа杏懼械玫絾⑹荆}、硅、磷等組分的組合是資料具有生物活性的重要要素之一。因此，研討探求不同化學(xué)組成和構(gòu)造的鈣-硅基陶瓷，有能夠找到具有優(yōu)良綜合性能的生物活性資料，彌補(bǔ)磷酸鈣類生物陶瓷和生物活性玻璃的缺乏。在國(guó)際上，西班牙和日本的研討小組近幾年先后報(bào)道的硅灰石和假硅

20、灰石生物陶瓷的研討結(jié)果，證明了硅灰石陶瓷具有較好的生物活性。在國(guó)內(nèi)，中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研討所率先開展了一系列硅酸鹽生物活性陶瓷的研討，在粉體制備、活性涂層和資料活性及細(xì)胞相容性方面獲得了較大的進(jìn)展，并在國(guó)際上率先發(fā)表了研討結(jié)果。在骨植入資料方面的另一個(gè)熱點(diǎn)是復(fù)合型生物活性資料的研討。過去的研討顯示，由于生物體是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，生物組織實(shí)踐上是一個(gè)非常復(fù)雜的復(fù)合資料，因此任何單一組分的生物資料都存在這樣或那樣的缺陷。而經(jīng)過復(fù)合有能夠制備出具有接近生物組織特性的生物資料，實(shí)現(xiàn)理想的組織修復(fù)目的?；谶@個(gè)緣由，近年來國(guó)內(nèi)外復(fù)合生物資料研討開展也較快。國(guó)內(nèi)外在高分子/磷酸鈣類復(fù)合生物資料方面曾經(jīng)

21、做了大量研討任務(wù)，這些研討包括膠原蛋白/羥基磷灰石復(fù)合資料、殼聚糖/羥基磷灰石復(fù)合資料、聚乳酸/羥基磷灰石復(fù)合資料等。近幾年國(guó)內(nèi)在生物活性陶瓷/生物高分子復(fù)合資料方面開展了一些有意義的前瞻性研討，在國(guó)際上事先報(bào)道了膠原蛋白/硅酸鈣、殼聚糖/硅酸鈣及聚酯/硅酸鈣等復(fù)合生物活性資料的階段性研討結(jié)果?？梢哉f，鈣-硅基生物活性陶瓷及其復(fù)合資料的制備及性能研討是目前國(guó)際上前沿的研討方向之一。 從硬組織修復(fù)資料的運(yùn)用和產(chǎn)業(yè)開展情況來看，目前曾經(jīng)構(gòu)成產(chǎn)品的主要是顆粒狀生物活性玻璃、AW生物活性玻璃陶瓷、羥基磷灰石人工骨修復(fù)資料、-磷酸三鈣骨修復(fù)資料和自固化磷酸鈣骨修復(fù)資料。其中，國(guó)外產(chǎn)品占了主要市場(chǎng)，因此，

22、具有優(yōu)良性能的生物活性玻璃和生物活性陶瓷多孔支架資料有能夠成為“十一五期間最具競(jìng)爭(zhēng)力的骨修復(fù)產(chǎn)品。硬組織替代資料也是生物資料的重要組成部分，在各種硬組織技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)運(yùn)用方面，美國(guó)、瑞士和德國(guó)的一些公司比較活潑。鈦合金外表生物涂層資料是目前最被看好的硬組織種植體的資料，其中等離子噴涂技術(shù)制備的涂層資料較為勝利。目前運(yùn)用最為廣泛的為鈦合金外表的Ti和HA涂層。但是隨著人們生活程度的提高和生活質(zhì)量的改善，對(duì)人工硬組織資料的性能要求也隨之提高，而目前的這些涂層資料的性能依然存在一些缺乏。Ti涂層具有良好的力學(xué)性能，但是不具生物活性，在體內(nèi)與宿主骨之間經(jīng)常構(gòu)成一層結(jié)締組織，不能產(chǎn)生直接的化學(xué)結(jié)合。HA

23、涂層具有良好的生物活性，但是由于HA涂層與鈦合金基體結(jié)合強(qiáng)度較低，影響體內(nèi)運(yùn)用平安性和壽命。有報(bào)道髖關(guān)節(jié)置換10年后松動(dòng)率達(dá)51，再翻修率為10-18。歐美興隆國(guó)家60歲以上者約2做了髖關(guān)節(jié)置換，假設(shè)以這樣的翻修率計(jì)，其數(shù)量相當(dāng)可觀，并給大量的病人帶來苦楚。因此，研制既具良好生物活性，又具優(yōu)良力學(xué)性能的涂層資料，曾經(jīng)成為勢(shì)在必行的任務(wù)。我國(guó)等離子噴涂技術(shù)制備硬組織置換涂層資料的研討開場(chǎng)于20世紀(jì)60年代，已有40余年歷史。但由于起步較晚，總體上依然與國(guó)際先進(jìn)程度存在一定差距。主要的缺乏之處有：制備工藝質(zhì)量不高，產(chǎn)品檔次較低；生物涂層資料在質(zhì)量上也未到達(dá)生物學(xué)性能與力學(xué)性能完美結(jié)合，研發(fā)尚未構(gòu)成

24、規(guī)模。目前羥基磷灰石涂層鈦合金人工關(guān)節(jié)主要由國(guó)外產(chǎn)品占據(jù)了市場(chǎng)。因此，開發(fā)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的新型生物活性陶瓷涂層具有艱苦意義。 納米生物資料，特別是納米復(fù)合生物資料也是一個(gè)有開展前景的研討方向。納米生物資料的個(gè)最主要的運(yùn)用是藥物的控制釋放。其中無機(jī)納米孔構(gòu)造資料作為新型藥物載體的研討，是國(guó)際上近期備受關(guān)注的研討方向。無機(jī)孔狀納米構(gòu)造資料，如納米管和介孔資料，具有納米孔構(gòu)造和高比外表特征，且構(gòu)造穩(wěn)定，在物質(zhì)存儲(chǔ)方面具有寬廣的運(yùn)用空間，利用無機(jī)納米孔構(gòu)造資料進(jìn)展藥物的存儲(chǔ)與釋放系統(tǒng)研討具有良好的開展前景。無機(jī)納米孔構(gòu)造資料特別適用于可控性藥物釋放系統(tǒng)，經(jīng)過對(duì)微孔的功能化組裝，可以實(shí)現(xiàn)藥物存儲(chǔ)與釋放

25、的定時(shí)、定速、定向完全控制。此外，納米復(fù)合生物資料也是近來開展較快的研討方向。從最近發(fā)表的論文情況來看，目前的研討主要集中在納米羥基磷灰石與膠原蛋白、聚乳酸等高分子資料復(fù)合，以此得到具有更好的力學(xué)和生物學(xué)性能的生物資料。這方面國(guó)內(nèi)與國(guó)外的差距相對(duì)較小，比如清華大學(xué)曾經(jīng)研討并開發(fā)出納米羥基磷灰石與膠原蛋白復(fù)合資料并勝利用于骨缺損修復(fù)。但是，納米資料的平安性是一個(gè)目前人們?cè)絹碓疥P(guān)注的問題，所以納米生物資料能否能進(jìn)步開展和得到運(yùn)用與其平安性研討結(jié)果親密相關(guān)。 生物資料的仿生設(shè)計(jì)和制備也是生物資料研討開展的一個(gè)主要趨勢(shì)。生物是非常復(fù)雜的開放體系，其內(nèi)部和環(huán)境間進(jìn)展著復(fù)雜的物質(zhì)、能量和信息的傳輸和變換。

26、隨著生物的構(gòu)成和進(jìn)化，生物體成為充溢奧妙的各種個(gè)體，它由不同層次的各種“組元極其復(fù)雜和系列化地相互作用開展而成。從資料科學(xué)角度看，可將蛋白質(zhì)、糖類和脫氧核糖核酸視作自組裝構(gòu)成生物體的基石；將組織視同為細(xì)胞復(fù)合資料，它由細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)組成。經(jīng)過資料科學(xué)與生命科學(xué)的交叉，從生物大分子蛋白質(zhì)、多糖和DNA之間的相互作用闡明細(xì)胞構(gòu)成，為生物資料介導(dǎo)細(xì)胞行為的控制提供了根據(jù)，更為基因工程、基因治療、組織工程的開展發(fā)明了條件。生命科學(xué)與資料科學(xué)的交融，啟迪人們以寬廣的視角思索資料科學(xué)與工程問題。以經(jīng)過億萬年進(jìn)化構(gòu)成的生物體為極限目的，于不同層次和程度上仿生，才能夠有效處理資料生物體的界面接口問題，且使資

27、料與系統(tǒng)智能化和環(huán)境友好化，使資料制備節(jié)能、省資源、高效化。 根據(jù)目前組織與器官修復(fù)及組織工程學(xué)快速開展的趨勢(shì)和與其親密相關(guān)的第三代生物資料有望構(gòu)成大型產(chǎn)業(yè)的分析，今后的戰(zhàn)略重點(diǎn)應(yīng)該是可以原位誘導(dǎo)組織和器官再生與修復(fù)的生物活性資料及組織工程支架資料。從目前的開展趨勢(shì)來看，以這兩方面為運(yùn)用背景的生物資料有能夠成為組織工程和組織與器官再生技術(shù)開展的瓶頸。誰先突破這瓶頸，誰將會(huì)獲得艱苦經(jīng)濟(jì)效益。三、政策建議生物醫(yī)用資料產(chǎn)業(yè)開展的特點(diǎn)是投資風(fēng)險(xiǎn)較高，尤其是產(chǎn)業(yè)化前期的風(fēng)險(xiǎn)較高，而投資報(bào)答相對(duì)較慢。緣由主要有兩點(diǎn)：一是由于生物醫(yī)用資料產(chǎn)品進(jìn)入市場(chǎng)前需求獲得國(guó)家醫(yī)療器械管理局的審批，而審批要求申報(bào)的產(chǎn)品都

28、需求經(jīng)過平安性檢驗(yàn)，比如動(dòng)物實(shí)驗(yàn)和臨床實(shí)驗(yàn)。這就使生物醫(yī)用資料產(chǎn)品從開發(fā)到進(jìn)入市場(chǎng)的周期比較長(zhǎng)。另一方面，新資料作為產(chǎn)品申報(bào)普通都必需經(jīng)過企業(yè)來進(jìn)展，科研單位在消費(fèi)條件和人員方面都無法滿足申報(bào)產(chǎn)品的要求，普通也沒有單獨(dú)的經(jīng)費(fèi)來支持申報(bào)任務(wù)。此外，由于生物醫(yī)用資料產(chǎn)品都需經(jīng)過醫(yī)院進(jìn)展推行，要經(jīng)過臨床醫(yī)生的了解和認(rèn)可，這個(gè)過程也比較長(zhǎng)，使得進(jìn)入市場(chǎng)所需時(shí)間長(zhǎng)，添加了風(fēng)險(xiǎn)。所以，生物醫(yī)用資料產(chǎn)業(yè)開展的一個(gè)關(guān)鍵矛盾在于產(chǎn)品開發(fā)階段，特別是產(chǎn)品申報(bào)階段需求資金支持，而這一階段又沒有學(xué)術(shù)論文等研討成果產(chǎn)出，因此科研工程資金不適宜用于產(chǎn)品開發(fā)，但社會(huì)資金由于思索申報(bào)階段的風(fēng)險(xiǎn)又不愿投入，使得科研單位研發(fā)出的

29、新產(chǎn)品在獲得醫(yī)療器械管理局消費(fèi)答應(yīng)和臨床運(yùn)用答應(yīng)之前處于既沒有科研工程支持、又很難獲得社會(huì)資金支持的處境。因此，這一階段政府專項(xiàng)基金的支持是非常重要的，而這類專項(xiàng)基金應(yīng)以最終產(chǎn)品獲得國(guó)家食品藥品監(jiān)視管理局頒發(fā)注冊(cè)證，準(zhǔn)許進(jìn)入市場(chǎng)銷售為考核目的，并要求企業(yè)提供整個(gè)申報(bào)和臨床實(shí)驗(yàn)所需經(jīng)費(fèi)的10。這樣既降低了企業(yè)為獲得新產(chǎn)品所承當(dāng)?shù)娘L(fēng)險(xiǎn)，又使企業(yè)會(huì)仔細(xì)支持整個(gè)申報(bào)和產(chǎn)品開發(fā)。生物醫(yī)用資料未來開展趨勢(shì)組織工程資料面臨艱苦突破 組織工程是指運(yùn)用生命科學(xué)與工程的原理和方法，構(gòu)建一個(gè)生物安裝，來維護(hù)、增進(jìn)人體細(xì)胞和組織的生長(zhǎng)曰指詞芩鹱櫓蚱鞴俚墓堋K鬧饕撾袷鞘迪質(zhì)芩鹱櫓蚱鞴俚男薷春馱俳映倜吞岣囈】鄧酢F浞椒牽

30、囟櫓赴?quot;種植于一種生物相容性良好、可被人體逐漸降解吸收的生物資料(組織工程資料)上，構(gòu)成細(xì)胞生物資料復(fù)合物；生物資料為細(xì)胞的增長(zhǎng)繁衍提供三維空間和營(yíng)養(yǎng)代謝環(huán)境；隨著資料的降解和細(xì)胞的繁衍，構(gòu)成新的具有與本身功能和形狀相應(yīng)的組織或器官；這種具有生命力的活體組織或器官能對(duì)病損組織或器宮進(jìn)展構(gòu)造、形狀和功能的重建，并到達(dá)永久替代。近10年來，組織工程學(xué)開展成為集生物工程、細(xì)胞生物學(xué)、分子生物學(xué)、生物資料、生物技術(shù)、生物化學(xué)、生物力學(xué)以及臨床醫(yī)學(xué)于一體的一門交叉學(xué)科。 生物資料在組織工程中占據(jù)非常重要的位置，同時(shí)組織工程也為生物資料提出問題和指明開展方向。由于傳統(tǒng)的人工器官(如人工腎、肝)不

31、具備生物功能(代謝、合成)，只能作為輔助治療安裝運(yùn)用，研討具有生物功能的組織工程人工器官已在全世界引起廣泛注重。構(gòu)建組織工程人工器官需求三個(gè)要素，即種子細(xì)胞、支架資料、細(xì)胞生長(zhǎng)因子。最近，由于干細(xì)胞具有分化才干強(qiáng)的特點(diǎn)，將其用作種子細(xì)胞進(jìn)展構(gòu)建人工器官成為熱點(diǎn)。組織工程學(xué)曾經(jīng)在人工皮膚、人工軟骨、人工神經(jīng)、人工肝等方面獲得了一些突破性成果，展現(xiàn)出愉快的運(yùn)用前景。 生物醫(yī)用納米資料初見端倪 納米技術(shù)在90年代獲得了突破性進(jìn)展，在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的運(yùn)用研討也不斷得到擴(kuò)展。目前的研討熱點(diǎn)主要是藥物控釋資料及基因治療載體資料。 藥物控釋是指藥物經(jīng)過生物資料以恒定速度、靶向定位或智能釋放的過程。具有上述性能

32、的生物資料是實(shí)現(xiàn)藥物控釋的關(guān)鍵，可以提高藥物的治療效果和減少其用量和毒副作用。由于人類基因組方案的完成及基因診斷與治療不斷獲得進(jìn)展，科學(xué)家對(duì)運(yùn)用基因療法治療腫瘤充溢自信心。基因治療是導(dǎo)人正?；蛴谔囟ǖ募?xì)胞(癌細(xì)胞)中，對(duì)缺損的或致病的基因進(jìn)展修復(fù)；或者導(dǎo)人可以表達(dá)出具有治療癌癥功能的蛋白質(zhì)基因，或?qū)四茏柚贵w內(nèi)致病基因合成蛋白質(zhì)的基因片斷來阻止致病基因發(fā)生作用，從而到達(dá)治療的目的。這是治療學(xué)的一個(gè)宏大提高?；虔煼ǖ年P(guān)鍵是導(dǎo)人基因的載體，只需借助于載體，正?；虿鸥蛇M(jìn)人細(xì)胞核內(nèi)。目前，高分子納米資料和脂質(zhì)體是基因治療的理想載體，它具有承載容量大，平安性高的特點(diǎn)。此外，生物醫(yī)用納米資料在分析與

33、檢測(cè)技術(shù)、納米復(fù)合醫(yī)用資料、與生物大分子進(jìn)展組裝、用于保送抗原或疫苗等方面也有良好的運(yùn)用前景。 一種新型的納米資料樹枝狀聚合物(dendrimers)正在被人們用于基因治療的載體研討之中，它最早由美國(guó)化學(xué)家Tomalia DA 博士于80年代初發(fā)明并勝利合成。10多年來，dendrimers在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域從簡(jiǎn)單的藥物運(yùn)送載體，到復(fù)雜的醫(yī)療成像等多個(gè)方面都得到了運(yùn)用。主要包括：納米級(jí)生物傳感器、納米級(jí)催化劑、微型納妝謾擅準(zhǔn)兌錛盎蛟靨澹約懊庖噠鋃夏擅資約戀取endrimers具有準(zhǔn)確的納米構(gòu)造，其合成方法有發(fā)散法和會(huì)聚法。由合成步驟決議了dendrimers準(zhǔn)確的代數(shù)(generations，或?qū)?/p>

34、數(shù)layers)與體積。Dendrimers的直徑范圍從GO代到G10代分別為10?130?。與普通高分子聚合物不同，dendrimers具有低粘度、高溶解性、可混合性以及高反響性等特點(diǎn)。同時(shí)。其體積和形狀還可在合成過程中加以專注性的控制。比如，設(shè)計(jì)出具有宏大內(nèi)部疏水空間(hydrophobic void spaces)，而外表卻是親水性質(zhì)的樹枝狀聚合物。 血液凈化資料重在運(yùn)用 采用濾過沉淀或吸附的原理，將體內(nèi)內(nèi)源性或外源性毒物(致病物質(zhì))專注性或高選擇性地去除，從而到達(dá)治病的目的，是治療各種疑問病癥的有效療法。尿毒癥、各種藥物中毒、免疫性疾病(系統(tǒng)性紅斑狼瘡、類風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎)、高脂血癥等，都

35、可采用血液凈化療法治療，其中心是濾膜、吸附劑等生物資料。 目前已研討和開發(fā)用于制備血液凈化高分子膜的材質(zhì)多達(dá)數(shù)十種，但是由于臨床對(duì)血液透析、血漿濾過和血漿置換用高分子膜的要求非?？量蹋幢匦杈邆淞己玫耐ㄍ感?、機(jī)械強(qiáng)度以及血液相容性，所以實(shí)踐已獲得臨床運(yùn)用的只需以下幾種，即纖維素類膜、聚丙烯腈膜、聚碳酸酯膜、聚砜膜、聚烯烴膜和聚乙烯醇膜。雖然以上血液凈化用膜曾經(jīng)產(chǎn)業(yè)化并已運(yùn)用到臨床，但仍存在許多問題需求處理，如毒物的去除效率問題、血液相容性問題等?？s短透析和濾過的時(shí)間，提高毒害物質(zhì)的去除率和血液相容性是臨床治療的要求和血液凈化膜資料研討者追求的主要目的。 血液凈化吸附資料的類型主要有活性炭吸附劑、合成樹脂類吸附劑、免疫吸附劑和生物型人工肝臟等?；钚蕴?/p>