生物材料

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生物材料范文第1篇

生物材料被用在診斷和治療過程中，或者替換機體中的組織、器官或增進其功能的材料。生物材料和傳統功能材料一樣具有明確的理化性質，同時還需要具備良好的生物性能。生物材料長期或臨時與人體接觸時，必須充分滿足與生物體環境的相容性，即保證生物體不發生任何毒性、致敏、炎癥、致癌等生物反應。改善和合理控制生物材料的表面性質，是充分發揮和利用材料與生物體之間的有利條件、抑制不利因素的關鍵途徑。

全書共有19章：1.表面蛋白重組，介紹通過自組裝蛋白來重組和修飾界面，生物分子印刷組裝和修飾固體界面；2.表面制作高分子刷，介紹合成高分子刷過程、高分子刷的刺激響應性、聚合電解質刷、生物功能高分子刷；3.抑制非特異性蛋白吸附機理、方法和材料，介紹非特異性蛋白吸附的潛在動因、表面張力儀、乙二醇的應用；4.表面刺激性響應在生物醫學方面的應用，介紹表面改性方法論，探索智能生物材料的刺激性響應和模型、智能表面在生物醫學方面的應用；5.高分子生物材料的表面改性，介紹表面材料與生物實體相互作用的效果，聚合生物材料的表面形態學，表面改性促進生物材料的兼容性、血液兼容性和抗菌性能；6.表面聚合物囊泡，介紹聚合物囊泡，聚合物薄膜和囊泡作為智能活性表面的相關應用，聚合物囊泡當前發展限制和未來新趨勢；7.蛋白工程水凝膠，介紹蛋白工程對材料結構設計方面的應用，蛋白工程材料的歷史與發展，分子結構設計和重組合成的策略，蛋白工程材料的表達；8.生物活性智能水凝膠表面，介紹模擬細胞外基質，水凝膠特殊的原因，用彈性蛋白重組酶作為仿生蛋白；9.生物反應表面和干細胞壁；10.微觀納米形式的表面生物材料，介紹光刻技術、電子束光刻、聚焦離子束、軟蝕刻術、納米壓印光刻、噴砂和酸性蝕刻等；11.有機無機雜化表面；12.用于骨工程的生物活性陶瓷和金屬表面材料；13.等離子體輔助在生物醫學應用方面的表面處理和改性；14.生物仿生微觀納米結構膠粘劑；15.用表面改性去控制細胞或者其他層面的附著力的一般方法；16.微觀形式上惡性骨細胞、表皮和老化細胞表面結構的劇烈轉變；17.為細胞表型組織工程和再生醫學設計的溫敏性細胞培養表面；18.細胞表面力學，介紹怎樣測量和評價彈性和剛性，剛性基質對細胞行為的影響，新型表面制造技術；19.電極-神經組織相互作用：免疫反應、當前技術和未來方向。

本書涉及生物、化學和材料科學的相關內容，適合細胞生物學、組織學、表面生物材料、臨床醫學、材料科學領域的科研工作者、教師、研究生和高年級的本科生。

郭抒，博士生

生物材料范文第2篇

納米材料是指在三維空間中至少有一維處于納米尺度范圍（1～100nm）或由納米粒子作為基本單元構成的材料．納米粒子也叫超微顆粒，處于原子簇和宏觀物體交界的過渡區域，這樣的體系既非典型的微觀系統亦非典型的宏觀系統，是一種典型的介觀系統，與常規尺度物質相比具有表面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應等［1－2］．納米技術是通過對納米尺度物質的操控來實現材料、器件和系統的創造和利用，例如在原子、分子和超分子水平上的操控．納米技術應用于生物領域產生了納米生物技術，納米生物技術的發展已經對醫學產生很大的影響，過去的幾十年中，市場上已經出現基于納米技術的一些藥物，許多具有藥物診斷和藥物傳輸功能的納米材料都可以應用到生物醫學中．納米技術打開了微米尺度以外的世界，而細胞水平上的生理和病理過程都發生在納米尺度，因此納米技術將對生物醫學產生深遠影響．納米生物技術和生物醫學以及其他技術的關系如圖1所示［3］．本文僅對量子點、納米金、碳納米管、氧化鐵和富勒烯等納米材料在生物醫學中的應用研究現狀及發展前景做一綜述．

2納米材料在生物醫學中的應用

2．1量子點

量子點（quantumdots，QDs）是一種粒徑為2～10nm的半導體納米晶，主要包括硒化鎘、碲化鎘、硫化鎘、硒化鋅和硫化鉛等．與傳統的有機熒光染料相比，QDs具有激發波長可調、熒光強度更高、穩定性更強、不易發生光漂白和同時激發多種熒光等優點．通過對多種量子點同時進行激發，可以達到多元化檢測的目的，有利于進行高通量篩選．QDs的發射光譜隨尺寸大小和化學組成變化而有所改變，因此可以通過控制QDs的尺寸和化學組成使得其發射光譜覆蓋整個可見光區［4］．隨著QDs尺寸的減小，其電子能量的不連續性產生獨特光學性質，因此，QDs可以作為熒光探針用于生物分子成像，進行生物分子的識別．Goldman等［5］利用親和素修飾CdSe／ZnSQDs，通過親和素－生物素化抗體的特異性結合形成熒光納米粒子復合抗體，探討了在蛋白毒素檢測領域的應用前景．Genin等［6］以QDs為探針對半胱氨酸蛋白進行檢測，檢測時間可以持續到150s，檢測機理是將QDs與有機熒光染料分子CrAsH、半胱氨酸依次結合，利用形成的復合體進行檢測．Liang等［7］研究鏈酶親和素修飾的QDs對mi－croRNA的定量檢測效果，利用QDs發出的熒光信號對microRNA的含量進行測定，最低檢測限達到0．4fmol．Shepard等［8］利用量子點和Cy3，Cy5熒光染料共同作用，對炭疽桿菌進行多元檢測，大大提高了檢測效率，與傳統的雙光色檢測相比體系通量提高了4倍．杜保安等［9］采用水相合成法合成了Mn2＋摻雜CdTe量子點，通過在CdTe量子點中摻雜Mn2＋，進一步改良CdTe的發光性能及熱穩定性，擴大了量子點的應用范圍．聚乙二醇（polyethyleneglycol，PEG）因其容易和氨基、羧基、生物素等多種功能化基團反應而常用于QDs的表面改性，而且PEG還能夠增加QDs的化學穩定性．研究發現，用低聚PEG－磷酸酯膠束包覆QDs后分散于水中，其熒光強度幾周內都不會發生改變，若分散于磷酸鹽溶液中，80h后熒光強度只降低10％［10］．QDs特殊的光學性質使得它已逐步應用于光發射二極管、生物化學傳感器、太陽能電池、生物分子成像和納米醫學等領域．

2．2金納米粒子

金納米粒子（AuNPs）具有獨特的光學性質、良好的生物相容性、易修飾生物分子以及制備簡單等特點，因此在生物傳感、分子成像、腫瘤治療和藥物傳輸等生物醫學領域得到廣泛研究．Wang等［11］利用N－羥基琥珀酰亞胺修飾的AuNPs實時檢測人體血液中鏈霉素和生物素的相互作用，發現經修飾后的AuNPs具有3μg／mL的低檢出限和3～50μg／mL的寬動態檢測范圍，為構建全血中蛋白檢測和細胞分析的新型光學生物傳感器提供了思路．Huang等［12］將金納米棒連接上表皮生長因子抗體后作用于癌細胞，發現金納米棒附近的分子表現出更強、更敏銳和極化的拉曼光譜，這對于腫瘤的早期準確檢測成像具有很大意義．Wei等［13］研究了AuNPs和紫杉醇對HepG2肝癌細胞凋亡的影響，發現AuNPs單獨或與紫杉醇協同作用可以引起HepG2細胞凋亡，AuNPs可以增強紫杉醇對HepG2細胞的抑制和凋亡作用．Tong等［14］研究發現葉酸結合的金納米棒在近紅外光照射下可以破壞質膜，這是由于細胞內鈣離子的快速增多進而導致肌動蛋白動態異常造成的．但是，關于AuNPs的研究還處于初級階段，許多問題尚需進一步的深入研究．例如：如何制備各種形態和結構以及可控成分的AuNPs，如何在治療過程中實現定向輸送和釋放的靶向性以及使AuNPs作為探針的信號放大以便用于生物檢測等都需要進一步的探索．本課題組Liu等［15］研究了AuNPs對成骨細胞系MC3T3－E1的增殖、分化和礦化功能的影響，結果表明，20，40nm的AuNPs均促進MC3T3－E1細胞的增殖、分化和礦化功能，且呈現出劑量和時間依賴性．RT－PCR結果表明，20，40nm的AuNPs均促進runt相關轉錄因子2（Runx2）、骨形態發生蛋白2（BMP－2）、堿性磷酸酶（ALP）和骨鈣素（OCN）基因的表達．結果顯示，AuNPs能夠促進MC3T3－E1細胞成骨分化及礦化功能，而且影響隨納米顆粒的尺寸變化有所不同．Runx2，BMP－2，ALP和OCN4種基因可能相互影響，從而刺激MC3T3－E1細胞的成骨分化．實驗結果提示，與骨中羥基磷灰石晶體尺寸相似的AuNPs可能扮演了一個晶核的角色，從而刺激其周圍細胞的增殖、分化和礦化，形成鈣的沉積．隨后Liu等［16］又研究了AuNPs對骨髓基質細胞（MSCs）增殖、成骨和成脂分化的影響，結果表明，AuNPs可以促進MSCs向成骨方向分化，抑制向成脂方向及成脂橫向分化．結果揭示了AuNPs是如何進行細胞內活動進而影響骨髓基質細胞的功能，對合理設計用于組織工程和其他生物醫學方面的新材料具有重要意義．

2．3碳納米管

碳納米管（carbonnanotubes，CNTs）的結構，形象地講是由1個或多個只含sp2雜化碳原子的石墨薄片卷曲成的納米級圓筒．根據石墨片層數不同，CNTs可分為單壁碳納米管（SWCNTs）和多壁碳納米管（MWCNTs）．CNTs的長度從幾百納米到幾毫米不等，但它們的直徑均在納米量級，SWCNTs和MWCNTs的直徑分別在0．4～3．0nm和2～500nm．MWCNTs也是由幾個石墨片層的圓筒構成，層間距在0．3～0．4nm．CNTs可以在藥物供給系統與細胞之間形成圓筒形的渠道，輸送肽、蛋白質、質粒DNA或寡核苷酸等物質．CNTs還能促進骨組織的修復生長，促進神經再生，減少神經組織瘢痕產生．Kam等［17］將CNTs胺基修飾后，通過生物素連接具有熒光的抗生素蛋白鏈菌素，孵育白血病細胞HL60一定時間后，發現細胞內產生較強的熒光，且隨CNTs濃度和孵育時間的延長，熒光強度不斷增強，證明CNTs能將大分子蛋白載入HL60細胞內．Feazell等［18］研究胺基化的SWCNTs運輸鉑（Ⅳ）復合物的效果，結果發現鉑（Ⅳ）復合物以胺基化SWCNTs為載體進入癌細胞，并且其細胞毒性比連接前高出100多倍，為提高腫瘤化療藥物的敏感性提供了新思路．Zhang等［19］采用原代培養小鼠成骨細胞（OBs）為模型，研究了SWCNTs（直徑＜2nm）、DWCNTs（直徑＜5nm）和MWCNTs（直徑＜10nm）對OBs增值、分化和礦化功能的影響，結果表明，它們均抑制OBs的增殖、橫向分化和礦化功能，且呈現時間和劑量依賴性，并且明顯抑制了OBs中Runx－2和Col－Ⅰ蛋白的表達水平．Liu等［20］進一步研究了SWCNTs（直徑＜2nm）和MWCNTs（直徑＜10nm）對骨髓基質細胞（MSCs）增殖、成骨分化、成脂分化和礦化的影響，結果表明，SWCNTs和MWCNTs明顯抑制了MSCs的增殖，且呈現出了劑量依賴關系．SWCNTs和MWCNTs抑制MSCs增殖和成骨分化的機制可能是通過調節依賴于Smad的骨形態發生蛋白（BMP）信號通路而起作用．結果提示，CNTs對OBs和MSCs的生長起著重要的調控作用，其生物安全性評價還需進行充分研究以便將來進行合理設計用于生物醫學．由于碳納米管獨特的結構，其外表面既可以非共價吸附各種分子，還可以共價鍵合多種化學基團，內部則可以包埋小分子，從而提高了其表面負載率及實現增溶和靶向等．在生物醫學上，鑒于碳納米管具有的生物膜穿透性和相對低的細胞毒性，在藥物傳遞方面具有較好的應用前景．碳納米管的應用給腫瘤的診斷與治療帶來了新的機遇，隨著對其用作藥物載體的深入研究，低毒高效的修飾性碳納米管有望在將來廣泛應用于臨床［21］．

2．4氧化鐵納米粒子

氧化鐵納米粒子由于具有超順磁性，是一類具有可控尺寸、能夠外部操控并可用于核磁共振成像（MRI）造影的材料．這使得氧化鐵納米粒子廣泛應用于蛋白質提純、醫學影像、藥物傳輸和腫瘤治療等生物醫學領域．Wang等［22］采用一種新方法將色酮偶聯到Fe3O4納米顆粒上，合成的結合物使色酮在培養基中的溶解度急劇增加，從而使HeLa細胞吸收色酮能力增強，結合物能更有效抑制HeLa細胞增殖，這種色酮耦合的Fe3O4納米粒子可以作為多功能輸送系統用于診斷和治療．Wei等［23］研究發現Fe3O4納米顆粒可以特異性檢測H2O2和葡萄糖，并且具有很高的靈敏度．結果顯示，對H2O2的檢測精度可達到3×10－6mol／L，對葡萄糖的檢測精度達到5×10－5～1×10－3mol／L．Xie等［24］發展了一種新方法用于制備超微磁性納米顆粒，其中小配體4－甲基苯膦二酚用作表面活性劑來穩定顆粒的表面，其與氧化鐵表面具有很強的螯合作用，進而與環狀多肽鏈接，可用于靶向診斷腫瘤細胞．劉磊等［25］通過化學共沉淀法制備了鐵磁性納米粒子（FeNPs），并以W／O反相微乳法制備了包埋熒光染料三聯吡啶釕配合物Ru（bpy）2＋3的二氧化硅納米粒子（SiNPs）和二氧化硅磁性納米粒子（Si／FeNPs），并研究了不同濃度的FeNPs，SiNPs和Si／FeNPs對肝癌細胞HepG2的增殖、細胞周期、表面形態和超微結構的影響，結果表明FeNPs對HepG2細胞增殖和周期沒有顯著影響，SiNPs和Si／FeNPs能夠促進細胞生長分裂，具有促增殖作用；SiNPs和Si／FeNPs通過細胞膜的包吞作用隨機進入細胞內，進入細胞后，不影響細胞的形態和超微結構．實驗結果對進一步研究修飾特異性抗體、蛋白或負載抗癌藥物之后的二氧化硅納米粒子在一定交變磁場作用下的抗腫瘤效果具有重要意義．氧化鐵納米粒子是目前國內外大力研究的一種新型靶向給藥系統，應用前景十分廣泛．但是成功應用于活體腫瘤靶向納米探針和納米載藥體目前仍然存在很多障礙：1）表面進行化學修飾后，氧化鐵納米納米粒子的磁化量降低；2）納米氧化鐵上嵌入配基結合位點可能會降低它的靶向特異性，并且所載藥物常常在內涵體或溶酶體中釋放，而不是靶細胞的胞質；3）在到達腫瘤組織之前，結合或封裝的化療藥物在血液中很快釋放．氧化鐵納米粒子和其他可生物降解的、生物相容性好的聚合物微團的結合可能會解決上述問題．可以預期，隨著人們對磁性納米粒子聚合物研究的不斷深入，磁性納米氧化鐵粒子將在腫瘤的診斷及治療中發揮越來越重要的作用．

2．5富勒烯

富勒烯（C60）是一個由12個五元環和20個六元環組成的球形三十二面體，外形酷似足球，直徑為0．71nm．六元環的每個碳原子均以雙鍵與其他碳原子結合，形成類似苯環的結構．富勒烯、金屬內嵌富勒烯及其衍生物由于獨特的結構和物理化學性質，在生物醫學領域有廣泛的應用．如抗氧化活性和細胞保護作用、抗菌活性、抗病毒作用、藥物載體和腫瘤治療等［26］．Hu等［27］發現丙氨酸修飾的水溶性富勒烯衍生物能夠抑制過氧化氫誘導的細胞凋亡，其機制是通過清除細胞內外活性氧而抑制細胞凋亡．Yin等［28］研究發現C60（C（COOH）2）2，C60（OH）22和Gd＠C82（OH）223種富勒烯衍生物可以降低細胞內活性氧水平來保護過氧化氫誘導的細胞損傷，其清除的活性氧自由基包括超氧陰離子、單線態氧和羥基自由基等．Mashino等［29］研究發現甲基吡咯碘修飾的富勒烯衍生物可以通過抑制大腸桿菌的能量代謝對其活性起到抑制作用．Chen等［30］發現Gd＠C82（OH）22能有效抑制腫瘤生長并對機體不產生任何毒性，其對H22肝癌動物模型抗腫瘤效率比環磷酰胺和順鉑都高，其抑瘤效果并不像傳統藥物對腫瘤的直接殺傷作用，而是通過其他機制來完成．實驗結果表明Gd＠C82（OH）22能提高免疫應答能力，促進巨噬細胞和T細胞分泌IL－2，TNF－α和IFN－γ等一系列免疫因子，同時促進血液中T細胞亞型Th1型因子IL－2，IFN－γ和TNF－α的分泌，說明它的抑制腫瘤生長效果有可能是通過激活機體免疫功能實現的［31］．Zhou等［32］采用差速離心和ICP－MS測定方法研究了Gd＠C82（OH）22在荷瘤小鼠組織中的亞細胞分布情況，結果表明此納米顆粒可以進入細胞，其亞細胞分布模式與GdCl3顯著不同，Gd＠C82（OH）22在動物體內是以整個完整碳籠形式存在，且在代謝過程中碳籠不會打開釋放出內部的Gd3＋．隨后研究了Gd＠C82（OH）22和C60（OH）22對荷Lewis肺轉移瘤小鼠氧化應激水平的影響，發現2種富勒烯衍生物可以通過清除自由基抑制脂質過氧化下調氧化應激相關指標，降低由于腫瘤轉移到肺造成的肺損傷［33］．這些結果都為解釋Gd＠C82（OH）22納米顆粒的抗腫瘤生長機制提供了證據，對開展金屬富勒烯在抗腫瘤藥物領域的研究具有很大意義．

生物材料范文第3篇

隨著現代科技的發展，多個學科之間相互聯系發展，生物新材料對人類的健康做出了巨大的貢獻，吸引全社會全人類的關注，與此帶來的是各國競相研究開發的熱潮。

根據生物材料的特點，它應該滿足一定的物理機械性能、無毒性、化學穩定性、易加工成型性、在臨床上能普遍運用等多個要求.其中生物相容性是新材料能否在生物醫學領域應用的根本依據.材料和活體組織之間相互接受的程度就是生物相容性（Biocompatibility）。

它包括血液和組織各自的相容性。血液相容性指的是材料與血液接觸后，不破壞血液的有效成分且不引起血漿蛋白的變性，不會產生血栓和血液凝固；組織相容性是指材料組織及體液接觸后，不會引起組織功能下降，不產生排異反應等。

1. 組織工程可降解生物材料

在形成具有功能組織的過程中，生物材料可以為細胞提供物理及化學信息，從調節細胞的生長、分化，并引導它們形成不同的組織。作為組織材料如果無法被身體吸收則會導致慢性炎癥即“異物反應”。所以組織工程的材料不僅僅應是無毒的、無免疫性的，并且能在體內被降解并排除體外。此外，定量分析特異性細胞受體調節現象、細胞粘附與生長因子受體的鍵合、降解對創傷修復環境的反應等，還可以作為臨床植入材料的設計基礎。組織工程所用生物降解材料很多，主要可分為天然降解材料、合成降解材料以及其他復合材料。他們各有其優缺點，以下就主要的組織工程生物降解材料進行分類說明。

1.1 天然可降解材料

哺乳動物體內結締組織的主要成分是膠原，構成30%的人體蛋白質。膠原種類中Ⅰ型膠原最為豐富。在細胞培養中多數細胞呈現出貼壁依賴性，而欲使細胞能貼壁生長、分化、增殖和進行代謝，則需要細胞支架存在細胞結合位點；目前，用Ⅰ型膠原制造出的新材料用于組織工程，該材料已被應用于骨的再生，并已投放市場。透明質酸是最大的氨基葡聚糖是無免疫原性，不發炎或產生免疫排擠反應，因而成為感興趣的生物質料，其主要不足是硬度和不變性差。現在許多公司已將其用于組織工程的生物材料。美國Clear Solution （NY）、Genzyme （MA）、Orquest （CA）以及意大利的Fidia等公司開發了一系列改性的透明質酸酯，通過在羧基上加入疏水性組分來節制降解速率， 已進入市場開階段，現正應用于骨和軟骨的重生。藻酸鹽（Alginate）是種來源于海藻的多糖， 現在已被廣泛用于創傷治療及組織工程細胞培養的研究，在Ca2+等多價離子的作用下可以形成凝膠。藻酸鹽不能與細胞表面的受體相互作用、不容易被吸收。Mooney等將肽段和其它的合成組分用到藻酸鹽齊聚物上、降解及力學性能以節制其生物活性。

1.2 合成可降解高分子材料

1.2.1 醫藥部門應用最多的是可降解聚合物材料聚羥基乙酸和其共聚物聚羥基丙酸（聚乳酸，PLA），聚羥基乙酸（PGA）是它們的共聚物（PLGA）。PGA熔點高、溶解度低、結晶度溫度高，在臨床上得到了運用。因而人們制備了共聚物PLGA， PLGA制得的可降解纖維是目前市場上的Vicryl和Polyglactin910。

1.2.2 與PGA和PLA相比，聚X-己內酯、聚X-己內酯（PCL）是一種聚脂肪酸酯， ，能做長期植入裝置因為它的降解或水解速度慢得多。它熔點低 ，因為它具有良好的藥物通透性，所以常于藥物釋放載體。

1.2.3 可降解材料聚原酸酯及聚酐可以通過表面熔化腐蝕而進行降解，從表面開始降解，變成越來越薄的片狀物。常用作藥物釋放載體，因為這種表面溶蝕降解機理可以使埋入聚合物中的藥物以恒速釋放，。

1.2.4 聚氨基酸

開發聚氨基酸可利于研究生理和免疫模型、結構和開發它的生物醫學應用是因為蛋白質是由氨基酸組成的。研究合成型可降解高分子的基礎上，針對聚乳酸（PLA）排水性較強、不利于細胞粘附和生長、降解慢， 聚乙醇酸（PGA）降解速度快并用聚乙二醇（PEG）親水性好親水性優良并可降低蛋白質免疫力，利用各種單體共聚的方法合成了聚（己內酯-丙交酯）共聚物（PLC）、聚（乙交酯-丙交酯）共聚物（PLGA）、聚己內酯-聚乙二醇嵌段共聚物（PCE）、聚己內酯-聚丙交酯-聚乙二醇三元共聚物（PCEL）等一系列化學改性的生物降解高分子材料，不僅掌握了材料生物降解性能間組成、結構和的相互關系， 提高了材料的細胞親和性通過表面改性的方法。Amas等綜述了制備聚羥基丁酸酯（PHB）及共聚物通過微生物發酵合成而后純化的方法，Tepha公司正在繼續深入的研究。美國Rutgers大學的研究者們研究發現了一系列新聚合物，如James等合成了基于酪氨酸的可降解材料用于骨植入部位且具有很好的效果。Rice大學和Colorado大學的研究者開發新型的聚酸酐材料作為骨相容材料取得了很好的結果。

生物材料范文第4篇

關鍵詞：高分子材料可降解生物

我國目前的高分子材料生產和使用已躍居世界前列，每年產生幾百萬噸廢舊物。如此多的高聚物迫切需要進行生物可降解，以盡量減少對人類及環境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如細菌、霉菌及藻類作用下，可完全降解為低分子的材料。這類材料儲存方便，只要保持干燥，不需避光，應用范圍廣，可用于地膜、包裝袋、醫藥等領域。生物可降解的機理大致有以下3種方式：生物的細胞增長使物質發生機械性破壞；微生物對聚合物作用產生新的物質；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。按照上述機理，現將目前研究的幾種主要的可生物可降解的高分子材料介紹如下。

1、生物可降解高分子材料概念及降解機理

生物可降解高分子材料是指在一定的時間和一定的條件下，能被微生物或其分泌物在酶或化學分解作用下發生降解的高分子材料。

生物可降解的機理大致有以下3種方式：生物的細胞增長使物質發生機械性破壞；微生物對聚合物作用產生新的物質；酶的直接作用，即微生物侵蝕高聚物從而導致裂解。一般認為，高分子材料的生物可降解是經過兩個過程進行的。首先，微生物向體外分泌水解酶和材料表面結合，通過水解切斷高分子鏈，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物攝入人體內，經過種種的代謝路線，合成為微生物體物或轉化為微生物活動的能量，最終都轉化為水和二氧化碳。

因此，生物可降解并非單一機理，而是一個復雜的生物物理、生物化學協同作用，相互促進的物理化學過程。到目前為止，有關生物可降解的機理尚未完全闡述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在機體內的降解還被描述為生物吸收、生物侵蝕及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除與材料本身性能有關外，還與材料溫度、酶、PH值、微生物等外部環境有關。

2、生物可降解高分子材料的類型

按來源，生物可降解高分子材料可分為天然高分子和人工合成高分子兩大類。按用途分類，有醫用和非醫用生物可降解高分子材料兩大類。按合成方法可分為如下幾種類型。

2.1微生物生產型

通過微生物合成的高分子物質。這類高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染環境的生物可降解塑料。如英國ICI公司生產的“Biopol”產品。

2.2合成高分子型

脂肪族聚酯具有較好的生物可降解性。但其熔點低，強度及耐熱性差，無法應用。芳香族聚酯(PET)和聚酰胺的熔點較高，強度好，是應用價值很高的工程塑料，但沒有生物可降解性。將脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺)制成一定結構的共聚物，這種共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。

2.3天然高分子型

自然界中存在的纖維素、甲殼素和木質素等均屬可降解天然高分子，這些高分子可被微生物完全降解，但因纖維素等存在物理性能上的不足，由其單獨制成的薄膜的耐水性、強度均達不到要求，因此，它大多與其它高分子，如由甲殼質制得的脫乙酰基多糖等共混制得。

2.4摻合型

在沒有生物可降解的高分子材料中，摻混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得產品具有相當程度的生物可降解性，這就制成了摻合型生物可降解高分子材料，但這種材料不能完全生物可降解。

3、生物可降解高分子材料的開發

3.1生物可降解高分子材料開發的傳統方法

傳統開發生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化學合成法和微生物發酵法等。

3.1.1天然高分子的改造法

通過化學修飾和共混等方法，對自然界中存在大量的多糖類高分子，如淀粉、纖維素、甲殼素等能被生物可降解的天然高分子進行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法雖然原料充足，但一般不易成型加工，而且產量小，限制了它們的應用。

3.1.2化學合成法

模擬天然高分子的化學結構，從簡單的小分子出發制備分子鏈上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，這些高分子化合物結構單元中含有易被生物可降解的化學結構或是在高分子鏈中嵌入易生物可降解的鏈段。化學合成法反應條件苛刻，副產品多，工藝復雜，成本較高。

3.1.3微生物發酵法

許多生物能以某些有機物為碳源，通過代謝分泌出聚酯或聚糖類高分子。但利用微生物發酵法合成產物的分離有一定困難，且仍有一些副產品。

;3.2生物可降解高分子材料開發的新方法——酶促合成

用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶學的發展，酶在有機介質中表現出了與其在水溶液中不同的性質，并擁有了催化一些特殊反應的能力，從而顯示出了許多水相中所沒有的特點。

3.3酶促合成法與化學合成法結合使用

酶促合成法具有高的位置及立體選擇性，而化學聚合則能有效的提高聚合物的分子量，因此，為了提高聚合效率，許多研究者已開始用酶促法與化學法聯合使用來合成生物可降解高分子材料新晨

4、生物可降解高分子材料的應用

目前生物可降解高分子材料主要有兩方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解決環境污染問題，以保證人類生存環境的可持續發展。通常，對高聚物材料的處理主要有填埋、焚燒和再回收利用等3種方法，但這幾種方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物醫用材料。目前，我國一年約生產3000多億片片劑與控釋膠囊劑，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是傳統的糖衣片，而國際上發達國家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我國的片劑制造水平與國際先進水平有很大的差距。國外片劑和薄膜衣片多采用羥丙基甲纖維素，羥丙纖維素、丙烯酸樹脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纖維素、鄰苯二甲酸醋酸纖維素、羥甲基纖維素鈉、微晶纖維素、羥甲基淀粉鈉等。

參考文獻：

生物材料范文第5篇

關鍵詞：生物醫學材料；生物相容性；應用現狀；發展前景

引言

生物醫學材料是一種毒副作用較小，生物相容性比較好的具有特殊性能和特殊功能的一種醫用材料，它對人的生命，組織器官是無害的。它的發展是以提升人類衛生健康水品，疾病治療，醫療保健為目的一種生物材料。生物醫學材料主要以生物高分子材料，生物陶瓷材料，生物醫學復合材料及生物金屬材料和生物醫學衍生材料為主。現如今生物醫學而材料已經廣泛應用于醫學領域和科研領域。

一、生物醫學材料的分類

1、醫用高分子材料

所謂生物醫學材料領域中發展最好的領域，醫用高分子材料自改革開放以來就發展非常迅速，現如今醫用高分子材料已經研究出了許多性能量好，應用廣泛的制成品。醫用高分子材料有很大的便利之處是原材料比較容易獲取，加工制成品比較簡單，而且研究發現人體大部分組織器官的軟組織部位，比如血管，呼吸道等都是由高分子材料構成，這一特點使得醫用高分子材料的應用越來越受到人們的重視。

2、生物陶瓷材料

生物陶瓷材料也可以因為其化學組成而被叫做生物無機非金屬材料，它也是具有大部分生物醫學材料共有的生物特性，它是一種具有很好的生物相容性，與醫用高分子材料相比生物陶瓷材料化學性質極其穩定。從性能上來講，生物陶瓷材料與生物體具有高度親和性，毒副作用非常小，也很少與生物體產生免疫排斥反應。由于生物陶瓷材料的這些良好特性，近年來也逐漸被研究開發，現已經普遍受到關注。生物陶瓷材料可以分為惰性生物陶瓷和生物活性生物陶瓷。每類生物陶瓷材料都逐漸被廣泛利用。

3、醫用金屬材料

生物金屬材料顧名思義具有很強的機械強度，因為這種材料的組成主要是金屬或者合金，它的化學組成決定了此種材料具有很好的抗疲勞特性。鈦合金和鈷合金就是被廣泛使用在臨床上為人所熟知的醫用類金屬材料，另外還有不銹鋼。它們三者常作為植入材料，主要運用于骨和牙等硬組織的替換。比較常用在臨床上的是貴重金屬例如金，銀和鉑，當然一些常見材料比如鐵、鎂及銅等都有應用于臨床試驗上，只是這些金屬的生物特性不是很好，因此尚未受到專家認可。

4、生物醫學復合材料

生物醫學復合材料是由兩種或兩種以上不同材料混合而成，比如現運用于臨床的一些生物傳感器就是由高分子材料結合生物高分子形成的。另外，人工骨頭也可以有碳和鈦復合而成。

5、生物醫學衍生材料

生物醫學衍生材料是將生物組織進行特殊處理形成的，雖然它已經不具有生物活性，但是由于它有著天然生物相同的構型因而在人體修復和替換的過程中成功率比較高。

二、生物醫學材料的應用現狀

生物醫學材料作為一項發展迅速的高新技術產業，它的發展已經受到全世界的普遍關注。現如今隨著分子材料和人造器官的廣泛使用，生物醫學材料交叉著諸多學科成為創新材料的重要組成部分。生物醫學材料的運用雖然在亞洲地區發展較快，但目前還主要在經濟發達國家具有競爭優勢。發達國家現已逐步形成生物材料工業體系，創新材料制成產品比較多，每年的銷售額也非常巨大，甚至可以達到藥物市場的銷售額。目前，主要的生物材料產品中具有代表性的有：人工器官、人工關節、人工股骨頭都是運用生物醫學材料來替代的。

三、生物醫學材料的發展前景

生物醫學材料作為新技術革命中高新技術產業，將成為國民經濟發展的一個重要驅動力。就我國而言，人口眾多、人口老齡化、交通擁擠及衛生醫療狀況需要改善的國情來講，人們在生活水平不斷提高的同時對醫療保健的要求越來越高，同時對行業創新的提升具有迫切需求。生物醫學材料工業體系解決了眾多疾病難題，促進了醫療水平和提高了疾病治療成功率。現如今，國家已經充分認識生物醫學材料的V大發展前景，并投入大量資金用于技術研究、仿制到創新。在全區，如今生物醫學材料的發展已經能夠與汽車行業在經濟發展中的地位相比，銷售市場和銷售額大幅度擴增。

四、結語

綜上所述，生物醫學材料具有如此強大的經濟競爭實力，具有極大的發展前景。我國這場新技術革命中不僅面臨國內設施條件的制約，而且被發達國家的材料工業體系所發展的巨大市場所沖擊著。我國爭取在新技術革命中能夠占一席之地，必須加大對生物材料的研究和運用，從仿制到創新，加強知識產權的保護的同時也要積極向發達國家學習，迅速轉化成產業成果，重點突破，追蹤生物材料的前沿，形成競爭優勢。在國家的重點關注和支持的情況下，生物醫學材料這種高新技術產業即將在中國迅猛發展。

[參考文獻]

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