社长的话

组织工程研究中快速进展的热点生物材料（2024年9月）
• 1   生物材料研究的定义及与时俱进
  从现代意义上讲，生物材料起源于20世纪40年代，学科形成于20世纪80年代。生物材料学已成为一门新兴的交叉学科。
  从生物材料的发展历史及其特点来看，生物材料的发展基本上可分为3个阶段，即惰性生物材料及其生物化、生物可降解材料和组织工程支架材料。它们分别代表了生物材料发展的不同阶段和各自生物材料的特点和性能。
  20世纪三四十年代，人们已开始对生物材料进行研究，当时主要注重于对惰性生物材料本身性能的了解和认识。惰性生物材料一般是指在生物环境中能保持结构的相对稳定性，不发生或仅发生微弱化学反应，机械性能和功能特性与组织相匹配的一类生物医用材料。该类材料大多数选用的是技术成熟的工程材料。在医学临床的使用过程中，这一类功能性材料不会产生不良反应，不引起凝血、溶血和血栓形成，无免疫原性，不致畸，不致癌，并能被机体所接受，发挥其替代或置换功能。惰性生物材料在生物医用材料的早期研制和应用中占有重要的地位，一直是研究开发的重点。
  
  惰性生物材料主要有医用金属材料、医用非金属材料、医用高分子材料和医用复合材料。
  -医用金属材料主要有不锈钢、钛合金、钴基合金、镍钛合金、银-汞合金等；
  -医用非金属材料主要有氧化铝、氧化锆、氧化钛、氧化硅、氧化镁、氯酸钙等陶瓷材料；
  -医用高分子材料品种繁多，应用最为广泛，有聚乙烯、聚丙烯、聚四氟乙烯、聚丙烯腈、聚甲基丙烯酸甲酯、聚氨酯、硅橡胶、聚砜纤维、碳纤维等；
  -医用复合材料是由两种或两种以上化学本质不同的材料优化组合而成。复合材料主要是以高聚物、金属和陶瓷作为基体材料，也可将其作为增强相或填料，它们相互搭配和组合可形成大量性质各异的复合材料，如纤维增强聚合物和金属-陶瓷复合材料等。
  -惰性生物材料一般被制成人工器官用于修复或替换人体受损的组织器官，以增进和替代其功能，如人工心脏和瓣膜、人工血管、人工食管、人工骨和人工关节、人工角膜、人工晶状体、隐形眼镜及医疗辅助装置。
  生物活性材料是一种能够与生物体相互作用并具有特定功能的高分子材料。根据其物理形式(例如颗粒、纤维等)、拓扑结构(例如孔隙率、表面粗糙度等)或尺寸(即宏观到纳米尺度)进行了专门的功能工程或设计。包括：①生物活性金属和合金；②生物活性无机物：陶瓷、玻璃和碳基材料；③生物活性聚合物和凝胶；④源自自然的生物活性材料；⑤用于人体或动物的生物活性复合材料，如植入物、组织工程支架、细胞/药物/基因载体、成像和传感装置。
  2   生物材料的主要研究方向
  2.1   生物材料的制备方法和技术
  如：制备方法主要包括化学合成法、物理交联法和生物制备法等；制备技术主要包括合成法、制备法、病毒表达法和基因工程法等。
  2.2   生物材料的应用领域拓展
  如：生物材料在肿瘤免疫治疗、骨与创面修复再生、药物传递、生物成像、生物传感器等领域有广泛应用。
  2.3   生物材料的结构与性能优化
  如：生物相容性、微环境、可调控的力学性能、高含水量、生物降解性等特点。
  2.4   生物材料的界面反应和表面改性
  如：材料表面接枝改性、等离子体技术、离子束技术的表面改性、电化学沉积技术、生物材料表面的肝素化、微相分离结构、生物材料表面的生物化、材料表面化学活性基团或活性物质的结合等。
  2.5   生物材料的仿生设计和组装
  如：通过仿生设计，可以模仿生物体内的结构和功能来设计生物活性材料。并通过理解自组装、纳米组装、多层次组装、仿生组装、功能化组装机制，并开发新的方法和技术来控制和调控生物材料的组装行为，实现更精确、多功能和高效的生物材料设计和应用。
  2.6   生物材料的挑战与未来发展方向
  如：制备成本高、生物相容性和力学性能的平衡等方面仍面临挑战。未来发展方向包括提高制备效率、优化性能、拓展应用等。
  3   高分子材料在生物医学中的应用
  3.1   医用聚合物材料   医用聚合物材料是指由高分子聚合物构成的材料，常用于医疗器械、医疗用品和生物组织工程等领域。常见的医用聚合物材料包括聚乳酸、聚丙烯酸、聚乙烯醇等。
  3.2   生物可降解聚合物   生物可降解聚合物是指在体内或体外环境中能够被生物降解的高分子材料。这些材料常用于制备医用缝合线、骨修复材料和药物缓释系统等产品。常见的生物可降解聚合物包括聚乳酸、聚羟基乙酸、聚己内酯等。
  3.3   水凝胶材料   水凝胶材料是一种具有高水含量和弹性的高分子材料，常用于制备人工角膜、软组织修复材料和药物传递系统等。常见的水凝胶材料包括明胶、海藻酸钠和聚丙烯酰胺等。
  3.4   生物活性材料   生物活性材料是一种能够与生物体相互作用并具有特定功能的高分子材料。这些材料常用于制备生物传感器、药物递送系统和组织工程支架等。常见的生物活性材料包括聚乳酸-共-乙酸、聚乙二醇和壳聚糖等。
  3.5   生物组织工程材料   生物组织工程材料是一种能够提供支持和促进细胞生长的高分子材料。这些材料常用于制备人工骨骼、软组织修复材料和血管支架等。常见的生物组织工程材料包括羟基磷灰石、胶原蛋白和明胶等。
  4   纳米生物材料(在纳米尺度下具有生物相容性和生物活性的材料)
  4.1   纳米粒子和纳米结构的生物医学应用   
  纳米粒子和纳米结构在生物医学领域具有广泛的应用潜力，例如，纳米粒子可用作药物递送系统、生物成像剂和生物传感器等，纳米结构可用于构建组织工程支架和人工器官等。
  4.2   纳米生物材料的生物相容性和毒性研究   
  对于纳米生物材料的应用，了解其生物相容性和潜在毒性非常重要。研究人员正在开展纳米生物材料对生物体的生物相容性和毒性评价，以确保其安全性和可靠性。
  4.3   纳米生物材料的表面修饰和功能化   
  通过对纳米生物材料表面的修饰和功能化，可以调控其生物相容性、稳定性和靶向性。研究人员致力于开发新的表面修饰和功能化方法，以实现更精确的药物传递和生物成像。
  4.4   纳米生物材料的自组装和纳米组装   
  通过自组装和纳米组装技术，可以构建具有特定结构和功能的纳米生物材料。研究人员正在研究如何通过控制纳米材料的自组装行为，实现纳米材料的有序组装和功能集成。
  4.5   纳米生物材料的仿生设计和生物活性   
  通过仿生设计，可以模仿生物体内的结构和功能来设计纳米生物材料。研究人员正在研究如何利用纳米材料的特殊性质和结构，实现仿生设计和生物活性的材料。
  5   生物材料的组装研究
  5.1   生物材料的自组装   自组装是指分子或纳米颗粒在没有外部控制的情况下，根据其相互作用力在空间上自发组装成有序结构的过程。研究人员致力于理解自组装机制，并开发新的方法和技术来控制和调控生物材料的自组装行为。
  5.2   生物材料的纳米组装   纳米组装是指通过控制纳米尺度下的组装过程，构建具有特定结构和功能的生物材料。研究人员通过调控纳米材料的形貌、表面性质和相互作用，实现纳米材料的有序组装和组织。
  5.3   生物材料的多层次组装   生物体内的许多组织和器官都是由多层次的结构组成的，因此研究人员致力于开发多层次组装的生物材料。通过将不同的生物材料层叠或组装在一起，可以构建具有多功能和多层次结构的生物材料。
  5.4   生物材料的仿生设计和组装    仿生设计是指通过模仿生物体内的结构和功能，设计新的生物材料。研究人员将生物体内的组织、细胞和分子结构作为模板，通过组装技术构建具有类似结构和功能的生物材料。
  5.5   生物材料的功能化组装   研究人员致力于将生物材料与其他功能组分(如药物、生物分子、纳米粒子等)进行组装，以实现特定的功能。例如，将药物载体组装到生物材料上，实现定向药物传递；将生物分子组装到材料表面，实现生物传感和细胞识别等。
  
  
  (编辑赵萌 信息来源网络资料经编辑部讨论整理)
发布日期： 2024-09-08  浏览： 30