☆☆【小木虫】生物材料研究领域

  本文关键词：生物材料的血液相容性，由笔耕文化传播整理发布。

生物材料也称为生物医学材料， 是指以医疗为目的， 用于与生物组织接触以形成功能的无生命的材料。

自20世纪80年代以来，以医疗、保健、增进生活质量、造福人类为目的的生物材料取得了快速的发展。目前，生物材料主要包括医用高分子材料、生物陶瓷、医用金属材料等。具有主动诱导生物组织自身修复、再生，从而达到使病变或受损器官、组织最终完全或主要是由再生的自身天然健康的组织或器官所取代；以及利用靶向给药载体并控制药物释放速度达到治疗和杀死病原体或癌细胞，实现这些功能的生物材料复合技术和纳米技术成为最有发展活力的研究方向。

生物医用材料是材料学重要研究领域之一，目前较活跃的研究内容有用于人工心脏、人工血管和人工心脏瓣膜的高抗凝血材料；用于人工骨、人工关节、人工种植牙的生物陶瓷和玻璃；用于骨科修补及矫形外科的钛及其合金；用于局部控制释放的药物载体的高分子材料； 用于替代外科手术的缝合及活组织结合的生物粘合剂，以及血液净化材料等。

生物材料学的研究日新月异，全国许许多多科研院所都在致力于生物材料研究。虫子们来自于全国各地，对于生物材料的研究也是方方面面，您想知道自己当下的研究内容、所关注的热点处于什么水准吗？为了充分发挥虫子们的力量，开拓虫子们的眼界，为了让您更准确地把握研究动态，让您的研究处于最前沿，那么就请把您的研究内容、或是您所关注的热点内容拿出来晒一晒，看看自己的研究方向，比比别人的研究内容，小木虫生物材料版为您构建一个互相交流的平台，大家共同提高、共同进步~

1、【研究方向】TiNi表面改性及其生物相容性研究

【现状】表面涂层法、氧化法、激光熔覆、离子注入、高分子复合改性等不同的表面改性方法被用在TiNi表面改性上，使其耐腐蚀性和生物相容性得到不同程度的改善。

【热点及难点】作为长期植入人体的材料，Ni离子的溶出及潜在的毒性问题是大家关注的重点，也是亟待解决的难点问题之一。

【前景】由于TiNi合金具有的独特的形状记忆效应和超弹性，加以适当的改性，使其Ni离子的溶出降低，生物相容性提高，必将在生物医学领域得到广泛的应用。

【代表文献】这个领域代表文献很多，就不一一列出了，下面是一篇综述，个人认为总结的比较全面。

Critical overview of Nitinol surfaces and their modifications for medical applications

2、【研究方向】软骨组织工程支架材料

【现状】用于支架材料的天然高分子主要有胶原蛋白、纤维蛋白、甲壳素、透明质酸、壳聚糖以及纤维素衍生物等。天然高分子的优点在于可以作为组织填充物而长期存在，有较好的组织相容性和亲和性。广泛研究的组织工程用合成高分子材料主要为聚己酸内酯(PCL)、聚羟基乙酸(PGA)、聚羟基丙酸(聚乳酸，PLA)及它们的共聚物(PLGA)等聚酯类材料。合成高分子材料适合批量生产，易于加工，结构和性能可以按需修饰和调控。

【热点及难点】目前组织工程用支架材料还存在许多缺点，如力学强度有限、降解速率与新生组织的生成速率不匹配、材料与宿主的整合性差、材料缺乏表面特异性等。

【前景】随着组织工程研究的深入，人们越来越认识到单一材料难以构建理想支架，复合支架可提高材料性能。

【代表文献】[1] Y.-L.Chen, H.-P.Lee, H.-Y. Chan， et al. Composite chondroitin-6-sulfate/dermatan sulfate/chitosan scaffolds for cartilage tissue engineering， Biomaterials，2007， 28， 2294-2305.

[2] B. Grigolo， L. Roseti， M. Fiorini， et al. Transplantation of chondrocytes seeded on a hyaluronan derivative (Hyaff&reg；-11) into cartilage defects in rabbits， Biomaterials， 2001，

22， 2417-2424.

[3] C.-H. Chang， H.-C. Liu， C.-C. Lin， et al. Gelatin-chondroitin-hyaluronan tri-copolymer scaffold for cartilage tissue engineering， Biomaterials， 2003， 24， 4853-4858.

[4] F. A. Muller， L. Muller， I. Hofmann， et al. Cellulose-based scaffold materials for cartilage tissue engineering， Biomaterials， 2006， 27， 3955-3963.

[5] Y. S. Nam， T. G. Park， Biodegradable polymeric microcellular foams by modified thermally induced phase separation method， Biomaterials， 20， 1783-1790.

[6] Y. Cao， J. P. Vacanti， K. T. Paige， J. Upton， C. A. Vacanti， Transplantation of chondrocytes utilizing a polymer-cell construct to produce tissue-engineered cartilage in the sharp of a human of ear， Plastic and Reconstructive Surgery， 1997， 100， 297-302.

[7] Huiling Lai， AbuKhalil Asad， Q.M.C Duncan， The preparation and characterisation of drug-loaded alginate and chitosan sponges， International Journal of Pharmaceutics， 2003， 251， 175-181.

[8] Misao Nagahata， Ryusuke Nakaoka， Akira Teramoto， Koji Abe and Toshie Tsuchiya， The response of normal human osteoblasts to anionic polysaccharide polyelectrolyte complexes， Biomaterials， 2005， 26， 5138–5144.

3、【研究方向】可降解镁

【现状】现在的研究内容主要有：体外降解（浸泡）速率和产物、动物体内植入后的组织观察和样品观察、表面改性。体外的相容性不太常见，比如直接在材料表面种植细胞观察不太多。

【热点及难点】无论是骨科的还是心血管内科的，降解速率的控制是大问题。现在主要的研究目的就是速率降下来，要慢些，再慢些。。。控制速率的方法很热门，也很多，典型的如各种各样的表面改性。体内降解过程的观察也是个难点，毕竟要隔一段时间才能取材，中间发生了些什么不容易观察。镁组织工程支架貌似也比较热门，这个不太熟悉，只是听说过。

【前景】前途是光明的，道路是曲折的。。镁合金具有非常吸引人的地方，但也有太多太多问题没有解决，最关键的就是速率的控制问题。还有就是安全性评价问题，文献报到了很多动物实验，无论降解快慢，至少不会产生严重的毒性，但时间都比较短。想用到临床甚至代替可降解高分子还有很长的路要走。（其实，我觉得把镁合金和聚乳酸做成复合材料也许会很不错。。）

【代表文献】文献蛮多，不一一列出了。仿照楼上的一位同学，列一个综述吧。这个领域的大哥witte写的一个综述比较有代表性，总结的比较全面。

Degradable biomaterials based on magnesium corrosion

4、【研究方向】LbL膜在生物医用材料上的应用

【现状】功能生物大分子自组装膜在分子器件、分子调控、生物芯片、生物传感器等方面有重要的应用价值，从分子水平构筑的功能生物大分子自组装膜是化学、生命科学、材料学、物理学等学科的交叉科学的研究热点之一。因此，许多学者对其进行了大量的研究，从单组分到多组分组装，从单层到多层交替组装，从蛋白质到DNA 组装，从平面到胶体颗粒组装等方向发展，许多研究成果已成功地应用于实践。

【热点及难点】1.应用于生物传感器

2.在药物缓释，与实现可控释放某些特定药物方面的研究

3.作为药物载体，以及实现生物大分子的特异性识别自组装

【前景】自组装在国内的研究这几年很火热，已经有相当数量的优质论文。本人就正在从事这方面的研究。但在这方面的研究结果现在仍然属于基础性的研究，要实现产业化，工业化，还得继续努力。这样才能真正让我们的科研造福于民。

【代表文献】 Biomaterials 30 (2009) 2799–2806

功能高分子学报 Vol. 14 吕德水，林汉枫，李扬眉，徐立恒，林贤福

5、【研究方向】新型骨组织修复材料的研究

【现状】人工骨组织修复生物医用材料越来越受到临床青睐，它是一类可对机体组织进行修复、替代与再生，具有特殊功能作用的材料，该类材料在临床的应用，为伤（患）者恢复正常的生理功能，创造自立和自强的生活提供了可能，同时也可避免采用自体骨和异体骨所带来的问题。

【热点及难点】为获得化学组成、聚集态结构和性能与自然骨接近的骨修复材料，模仿自然骨的组成结构和功能，得到具有较佳力学性能（强度高、韧性好），弹性模量与人骨匹配且具有良好生物相容性和生物活性的仿生骨医用生物修复材料已成为近年来该领域研究热点之一。

【前景】国内外现有人工骨修复材料的规格品种还较少，销售价格亦十分昂贵，迄今还没有一种在力学性能上接近自然骨，并具有理想的重建生物活性、可承重的骨修复或替代材料。而从仿生学原理出发，模仿自然骨无机K有机相组成和结构的纳米复合骨修复医用生物材料的研究为人工骨修复材料带来了光明前景。对于HA/ 高分子基复合骨修复材料，其HA含量高，生物活性就好。

【代表文献】The research of biomedical materials in bone tissue grafting and replacing

6、【研究方向】两亲性生物降解高分子纳米材料

【现状】高分子纳米材料具有广泛的用途，近年来受到人们的高度关注。由于人体和其它生物体中含有大量的纳米结构，如生物大分子（核酸、蛋白质、多糖及其复合物）、病毒、细胞器等均在纳米尺度范围。人们渴望模拟生物体内的纳米组装结构，设计制备出形形色色的纳米装置，以用于探测机体内的生化物质、定位释放治疗药物或人体所需要的微量物质、诱导缺损组织修复等方面。

【热点及难点】由于疏水性生物降解高分子纳米粒子难以在含水生理体系中稳定分散，一些两亲性生物降解高分子被合成出来并用于制备能够在含水体系中稳定分散的高分子胶束

[1-3]。两亲性可生物降解高分子材料大都是由较长的亲水链段和疏水链段接枝或嵌段形成的共聚物。在选择性溶液中，由于受疏水、静电、配位或氢键等弱相互作用力影响，两亲性生物降解高分子能够自组装形成具有“核-壳”结构的纳米胶束，聚合物的疏水部分聚集在胶束的内核，而亲水部分则在胶束外表面形成亲水壳层

【代表文献】[1] Senthilkumar M，Mishra P，Jain NK，Long circulating PEGylated poly(D，L-lactide-co-glycolide) nanoparticulate delivery of Docetaxel to solid tumors，Journal of Drug Tageting， 2008， 16(5): 424-435.

[2] Drumond WS， Mothe CG， Wang SH， Biodegradable nanosize particles of poly(L，L-lactide)-b-poly(ethylene glycol)-b-poly(L，L-lactide)， Polymer Engineering and Science， 2008， 48(10): 1939-1946.

[3] So Young Kim， Kyung Eun Lee， Sung Sik Han， et al.， Vesicle-to-Spherical Micelle-to-Tubular Nanostructure Transition of Monomethoxy-poly(ethylene glycol)?poly(trimethylene carbonate) Diblock Copolymer， J. Phys. Chem. B， 2008， 112 (25): 7420–7423.

7、【研究方向】心血管方向，新型人工心脏瓣膜的材料

【人工心脏瓣膜材料的要求】

耐久性，耐磨损，抗冲击，抗疲劳，耐腐蚀，生物相容性，组织相容性，血液相容性 。

【人工机械心肌瓣膜材料存在的问题】

人工机械心肌瓣膜耐久性好，在材料选择上存在力学性能与血液相容性的矛盾，为了预防术后血栓栓塞的发生，人工机械心脏瓣膜在手术后尚需终身抗凝。

【关键点】

提高与血液接触生物材料的血液相容性是一项重要的课题。在不改变材料本体性能的基础上，通过在氧化钛薄膜表面构建催化活性层，使材料在植入体内后能原位诱导一氧化氮的释放，改善材料表面的抗凝血性能。

【代表文献】

Walters D A，Ericson L M，Casavant M J，et al.Elastic strain of freely suspended single-wall carbon nanotube ropes.Applied Physics Letters，1999，74(25):3803-3805

Iijima S，Brabec C，Maiti A，et al.Structural flexibility of carbon nanotubes.Journal of Chemical Physics，1996，104(5):2089-2092

Dikey E C，Grmies C A，Jain M K，et al.Visible photoluminescence from ruthenium-doped multiwall carbon nanotubes.Applied Physics Letters，2001，79(24):4022-4024

Sun W X，Huang Z P，Zhang L，et al.Luminescence from multi-walled carbon nanotubes and the Eu(III)/multi-walled carbon nanotube composite.Carbon，2002，41(8):1685-1687

Ma R Z，Liang J，Wei B Q，et al.Study of electrochemical capacitors utilizing carbon nanotube electrodes.Journal of Power Sources，1999，，34:126-129

Dillon A C，Jones K M，Bekkedahl T A，et al.Storage of hydrogen in single-walled carbon nanotubes.Nature，1997，386:377-379

Luo J Z，Gao L Z，Leung Y L，et al.The decomposition of NO on CNTs and 1wt%Rh/CNTs.Catalysis Letters，2000，66(1-2):91-97

Rubianes M D，Rivas G A.Carbon nanotubes paste electrode.Electrochemistry Communications，2003，5:689-694

Besteman K，Lee J，Wiertz F，et al.Enzyme-coated carbon nanotubes as single-molecule biosensors.Nano Letters，2003，3(6):727-730

Wang S G，Zhang Q，Wang R L，et al.A novel multi-walled carbon nanotube-based biosensor for glucose detection.Biochemical and Biophysical Research Communications，2003，311(5):572-576

8、【研究方向】胶原蛋白生物材料

【现状】 使用胶原蛋白作为生物材料，主要是作为某个组织的支架材料，因此对其高分子量、力学性能、生物降解行为（即生物保留时间）和相应的生物相容性、细胞毒性都提出了严格的要求，如果胶原材料达不到这些基本的指标，它作为生物材料的生命力是有限的。现在的交联胶原蛋白材料，有的以合成高分子作纤维材料，在其外包覆有胶原蛋白，虽然在初期材料的性能可以满足，但是经过一段不长的时间，随着胶原的降解，合成高分子对生命体的细胞毒性和生物相容性差等问题都会暴露出来。若以纯胶原为纤维材料，如果交联程度低，则分子量较小，强度不够，反之，如果简单的提高交联度，而由交联剂带来的细胞毒性无法去除，也不能很好的应用于实际。

【热点】仿生神经的新型神经组织工程支架材料

类人胶原蛋白-透明质酸血管支架

组织工程心脏瓣膜

  本文关键词：生物材料的血液相容性，由笔耕文化传播整理发布。