生物医用材料的研究和发展

实用文档摘要:生物医用材料是指用于医疗的,能植入生物体内或能与生物组织相结合的材料。自从16世纪用金治疗上颌骨开裂，18世纪末用象牙做人工关节以来，越来越多的生物医用材料被发现和使用。早期的生物医用材料有金属、陶瓷、高分子等人工合成材料，近年来也开始使用活材料或用组织工程制造出的活组织与无生命的材料结合而成的杂化材料。它是一类具有特殊性能、特种功能，用于人工器官、外科修复、理疗康复、诊断、治疗疾患，而对人体组织不会产生不良影响的材料。现在各种合成材料和天然高分子材料、金属和合金材料、陶瓷和碳素材料以及各种复合材料，其制成产品已经被广泛地应用于临床和科研。我国生物材料的研究水平有较大提高，为我国生物医用材料科学及其产业的发展奠定坚实的基础。生物医用材料为挽救生命和提高人民健康水平做出了重大贡献，当前正面临重大突破。关键词:生物,医学,材料,医疗器械,创伤,组织正文：生物医学材料是生物医学工程的重要组成部分，它是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其受损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。其应用不仅挽救数以千万计人的生命，使疾病得以早期发现和有效治疗，显著降低了心血管病、癌症、创伤等其他重大疾病的死亡率，延长了人类寿命，提高了生命质量，而且大幅度降低了医疗费用，对当代的医疗技术的革新和医疗卫生事业的发展具有引导作用。它是研究人工器官和医疗器械的基础，己成为材料学科的重要分支，尤其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。当代生物材料已处于实现重大突破的边缘，不远的将来，科学家有可能借助于生物材料设计和制造整个人体器官，生物医用材料和制品产业将发展成为本世纪世界经济的一个支柱产业。由生物分子构成生物材料，再由生物材料构成生物部件。生物体内各种材料和部件有各自的生物功能。它们是“活”的，也是被整体生物控制的。生物材料中有的是结构材料，包括骨、牙等硬组织材料和肌肉、腱、皮肤等软组织；还有许多功能材料所构成的功能部件，如眼球晶状体是由晶状体蛋白包在上皮细胞组成的薄膜内而形成的无散射、无吸收、可连续变焦的广角透镜。在生物体内生长有不同功能的材料和部件，材料科学的发展方向之一是模拟这些生物材料制造人工材料。它们可以做生物部件的人工代替物，也可以在非医学领域中使用。前者如人工瓣膜、人工关节等；后者则有模拟生物黏合剂、模拟酶、模拟生物膜等常用的医学生物材料有两大类：分别别是医用硅橡胶和人工骨。首先，医用硅橡胶是美容外科中应用较广的生物材料，相当于一种组织代用品。它是高分子有机化合物聚硅酮的一种橡胶样固体形态,又称二甲基硅氧烷。其二，人工骨。随着生物医学和材料的发展,各种人工制备的生物材料植入骨内替代骨移植,临床应用效果好。这些人工合成或提取的植入材料生物相容性好,对骨形成具有明显的诱导作用,被泛称为人工骨。生物医学材料应用非常广泛，仅高分子材料，全世界在医学上应用的就有90多个品种、1800余种制品，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10%～20%的速度增长。随着现代科学技术的发展尤其是生物技术的重大突破，生物材料的应用将更加广泛。由于生物材料应用广泛，品种很多，所以其分类方法也是比较多的。通常是按材料属性分为：合成高分子材料、天然高分子材料、金属与合金材料、无机材料、复合材料。根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性、生物活性或生物降解材料。这些材料通过长期植入、短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复与替换。生物医用材料由于直接用于人体或与人体健康密切相关，对其使用有严格要求。首先，生物医用材料应具有良好的血液相容性和组织相容性。其次，要求耐生物老化。即对长期植入的材料，其生物稳定性要好；对于暂时植入的材料，要求在确定时间内降解为可被人体吸收或代谢的无毒单体或片断。还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。便于消毒灭茵、无毒无热源、不会致癌、不会致畸形也是必须考虑的。而且对于不同用途的材料，其要求各有侧重。由于生物医用材料是材料科学与工程的重要分支，其最大特点是学科交叉广泛、应用潜力巨大、挑战性强。而且随着新材料、新技术、新应用的不断涌现，吸引了许多科学家投人这一领域的研究，成为当今材料学研究最活跃的领域之一，因此，我国应当大力发展生物医用材料，应加大对其的投入。目前，我国生物医学材料的研究虽然取得一些令人瞩目的成果，但整体水平不高，跟踪研究多，源头创新少。在产业化方面，生物医学材料及其制品占世界市场的份额相当低，主要依靠进口，产品技术结构和水平基本上处于初级阶段。结合我国国情和学科发展趋势，按照"有所为，有所不为，重点突破"的原则，专家建议，应在五个方面开展重点研究：1、是生物结构和生物功能的设计和构建原理研究。着重研究具有诱导组织再生的骨、软骨及肌腱等基底材料和框架结构的设计及其仿生装配；2、是表面过程材料与机体之间的相互作用机制研究。从细胞和分子水平深入研究材料与特定细胞、组织之间的表面作用，揭示影响生物相容性的因素及本质；3、是生物导向性及生物活性物质的控释机理研究。研究可自控或者靶向释放蛋白、基因等特异性生物活性物质的材料的设计以及生物导向性原理；用于组织细胞和基因治疗的半渗透聚合物膜的设计、自装配及特异性细胞密封技术；4、是生物降解、吸收的调控机制研究。研究生物降解、吸收材料的分子结构和生物环境对其降解的影响、降解、吸收速度的调控、降解/吸收及代谢机制，以及降解产物对机体的影响。其目标是为组织工程化人工器官生物材料及药物控释材料的自成、改性方法提供理论基础，实现材料参与生命过程和构建生命组织的目的。5、是材料的制备方法学和质量控制体系研究。主要研究生物医用材料及修复体的计算机辅助设计；通过上述研究的开展，将使我国生物材料的研究水平有较大提高，为我国生物医用材料科学及其产业的发展奠定坚实的基础。生物医用材料为挽救生命和提高人民健康水平做出了重大贡献，当前正面临重大突破。我国加入世贸组织后，生物医用材料产业将面临更大的挑战和更多的机遇，生物材料科学工作者任重而道远。我相信，在国家的大力支持下，跨部门、跨学科通力合作，通过走自力更生与技术引进相结合的发展之路，在生物材料组织工程化、分子设计、仿生模拟、