药用高分子材料生物医用材料研究现状摘要：生物医用材料是用于对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的新型高技术材料。

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。

材料科学与物理学、化学、生物学及临床科学越来越紧密地结合，并突破旧有科学的狭小范围，诞生了另一个新兴的产业--生物医学材料产业。

生物医学材料已经成为生物医学工程的4大支柱产业之一，它为医学、药物学及生物学等学科的发展提供了丰富的物质基础。

作为材料学的一个重要分支，它对于促进人类文明的发展必将作出更大的贡献。

关键词：生物医用材料生物材料高分子材料一．生物医用材料简介生物医用材料又叫做生物材料，分别来自于Biomedical Materials 和Biomaterials的译名。

目前国际上两本本学科最主要的学术期刊是英国的《Biomaterials》和美国的《Journal of Biomedical Materials Research》，两个期刊所涉及的内容是相同的，由此可见Biomedical Materials 和Biomaterials两词是指相同的材料。

现在给生物医用材料明确的定义：对生物系统的疾病进行诊断、治疗、外科修复、理疗康复、替换生物体组织或器官（人工器官），增进或恢复其功能，而对人体组织不会产生不良影响的材料。

生物医用材料本身并不必须是药物，而是通过与生物机体直接结合和相互作用来进行治疗。

另一种说法是：生物医用材料是一种植入躯体活系统内或与活系统相接触而设计的人工材料。

也有“用于医用器械、与生物体相互作用的无生命性材料。

”[1]一说。

生物医用材料研究内容是：生物医用材料的性能及组织器官与材料之间的相互作用。

在体内，生物医用材料如何影响活组织（称之为宿主反应）；活组织又如何影响生物材料的性能变化（称之为材料反应）。

重点研究化学（包括生物化学）和力学两方面。

（例如植入髋关节，磨损碎屑，炎症反应，以及金属离子的溶出）物医用材料的分类：由于生物材料应用广泛，品种很多，所以会有不同角度的分类。

（一）按材料的传统分类法分为：(1)合成高分子材料（如聚氨酯、聚酯、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物）(2)天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖）(3)金属与合金材料（如钛及钛合金）(4)无机材料（如生物活性陶瓷、羟基磷灰石）(5)复合材料（如碳纤维／聚合物、玻璃纤维／聚合物）（二）按材料的医用功能分为：(1)血液相容性材料用于人工血管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用的吸附剂、细胞培养基材。

因为与血液接触，所以不可以引起血栓、不可以与血液发生相互作用。

主要包括聚氨酯／聚二甲基硅氧烷、聚苯乙烯／聚甲基丙烯酸羟乙酯、含聚氧乙烯醚的聚合物、肝素化材料、尿酶固定化材料、骨胶原材料等。

(2)软组织相容性材料如果用作与组织非结合性的材料，必须对周围组织无刺激、无毒副作用，如软性隐形眼镜片；如果用作与组织结合性的材料，要求材料与周围组织有一定粘结性、不产生毒副反应，主要用于人工皮肤、人工气管、人工食道、人工输尿管、软组织修补材料。

这样的材料有聚硅氧烷、聚酯、聚氨基酸、聚甲基丙烯酸羟乙酯、改性甲壳素。

(3)硬组织相容性材料硬组织生物材料主要用于生物机体的关节、牙齿及其他骨组织。

包括生物陶瓷、生物玻璃、钛及合金、碳纤维、聚乙烯等。

(4)生物降解材料生物降解材料在生物机体中，在体液环境中，不断降解，或者被机体吸收，或者排出体外，植入的材料被新生组织取代。

可以用于可吸收缝合线、药物载体、愈合材料、粘合剂、组织缺损用修复材料。

包括多肽、聚氨基酸、聚酯、聚乳酸、甲壳素、骨胶原／明胶等高分子材料，以及β-磷酸三钙可降解生物陶瓷。

(5)高分子药物高分子药物是一类本身具有药理活性的高分子化合物，可以从生物机体组织中提取，也司以通过人工合成、基因重组等技术，获得天然生物高分子的类似物，如多肽、多糖类免疫增强刑、胰岛素、人工合成疫苗等，用于治疗糖尿病、心血管病、癌症以及炎症等疾病。

（三）其它分类方法（1）按照有无生物活性分为生物惰性材料（bioinert）、生物活性材料（bioactive）。

（2）按照可否生物降解（biodegradable）来划分。

（3）分为人工合成材料和天然材料。

（4）还可以分为单一材料、复合材料、活体细胞、天然组织与无生命材料结合的杂化材料。

二．生物医用材料的研究现状目前，世界各国对生物材料的研究大多处于经验和半经验的阶段，材料与活组织之间的相互作用机理还有许多不清楚的地方，一般以现有材料为对象，凡性质基本能满足使用要求者，则进行适当纯化，包括配方上减少有害助刑、工艺上减少单体残留量和低聚物，然后加以利用；性能不满足要求者，进行适当改性后再加以利用；还有的则把两种材料的性质结合起来以实现一定的功能。

至今，真正建立在分子设计基础上，依据生物相容性，按照材料结构与性能的关系，来设计新型生物材料的研究尚不多见。

因此，目前应用的生物材料，尤其是用于人工器官的材料，只是处于“勉强可用”或“仅可使用”的状态，还未满足应用的要求。

近年来，对于材料结构与生物相容性之间的关系的研究已经受到重视。

目前已经进入了为“生物材料分子设计学”积累数据和资料的阶段，个别性能的分子设计已被应用并取得了较好结果。

迄今为止,被详细研究过的生物材料已有一千多种,医学临床上广泛使用的也有几十种,涉及到材料学的各个领域。

目前生物医用材料研究的重点是在保证安全性的前提下寻找组织相容性更好、可降解、耐腐蚀、持久、多用途的生物医用材料，具体体现在以下几个方面：（1）. 提高生物医用材料的组织相容性途径不外乎有两种，一是使用天然高分子材料，例如利用基因工程技术将产生蛛丝的基因导入酵母细菌并使其表达；二是在材料表面固定有生理功能的物质，如多肽、酶和细胞生长因子等，这些物质充当邻近细胞、基质的配基或受体,使材料表面形成一个能与生物活体相适应的过渡层。

（2）. 生物医用材料的可降解化组织工程领域研究中,通常应用生物相容性的可降解聚合物去诱导周围组织的生长或作为植入细胞的粘附、生长、分化的临时支架。

其中组织工程材料除了具备一定的机械性能外，还需具有生物相容性和可降解性。

（3）. 生物医用材料的生物功能化和生物智能化利用细胞学和分子生物学方法将蛋白质、细胞生长因子、酶及多肽等固定在现有材料的表面,通过表面修饰构建新一代的分子生物材料,来引发我们所需的特异生物反应,抑制非特异性反应。

例如将一种名叫玻璃粘连蛋白(ＶＮ)的物质固定到钛表面，发现固定ＶＮ的骨结合界面上有相对多的蛋白存在。

（4）．开发新型医用合金材料生物适应性优良的Zr、Nb、Ta、Pd、Sn合金化元素被用于取代钛合金中有毒性的Al、V等，如Ti -15Zr - 4Nb - 2Ta和Ti - 12Mo - 6Zr - 2Fe等合金的生物亲和性显著提高，,耐蚀及机械性能也有较大改善，Ti-Ni和Cu、Zn、Al等形状记忆合金由于具有形状记忆和超弹性双重功能，在脊椎校正、断骨固定等方面有特殊的应用。

（5）．作为研究热点的纳米生物材料目前取得实质性进展的是纳米控释技术和纳米颗粒基因转移技术。

这种技术是以纳米颗粒作为药物和基因转移载体，将药物、DNA和RNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面，同时也在颗粒表面耦联特异性的靶向分子，如特异性配体、单克隆抗体等，通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合，在细胞摄取作用下进入细胞内，实现安全有效的靶向性药物和基因治疗。

（6）．增强生物医用材料的治疗特性研究表明，肿瘤部位的神经和血管都不发达，通过温热疗法可以选择性杀死癌细胞。

通常采用铁磁材料植入肿瘤部位，在交变磁场作用下通过磁滞加热使癌细胞死亡。

由于铁磁材料不具备生物活性，加热后要用外科手术的方法去除，给患者带来不便。

而铁磁微晶玻璃（Fe2O3 - CaO -SiO2）可以将磁滞与良好的生物相容性结合，即使长期留在人体内也无不良影响。

（7）．研制具有多种特殊功能的生物材料如：膜式人工肺中使用的透氧气和二氧化碳的材料；用于植入体内降解缓蚀性材料和经过皮肤吸收的液晶缓蚀膜材料；用于口腔医学临床的金属和陶瓷与用碳纤维增强的复合材料。

三．生物医用材料的研究方向和热点内容(1)生物相容性的分子设计学研究，重点研究材料的一次结构及表面高次结构与活体的组织相容性、血液相容性及体内耐老化性的关系，深入探讨生物材料分子设计的理论与方法，并用于指导新材料的开发。

今后对材料生物相容性的研究主要集中在以下3个方面：①生物医用材料对组织、器官的全面生理影响；②降解材料在体内的代谢过程；③生物医用材料对细胞、组织、器官间的信息传递、基因调控的影响。

(2)血液相容性材料研究，特别是对仿肝素结构材料和表面生物化处理材料的研究。

(3)生物膜材料的研究，重点是人工肺膜用气体透析材料，血液净化用透析膜、超滤膜尤其是可分离分子物质的透析膜材料。

(4)缓释材料研究，重点是研究植入型可吸收性缓释材料及生物粘附型缓释材料。

(5)天然生物材料中再生胶原及弹性纤维蛋白的稳定化和增强处理方法、甲壳素和透明质酸代替物的应用研究。

(6)生物陶瓷和生物玻璃材料研究，重点是提高生物陶瓷表面生物相容性和力学相容性及表面修饰与处理方法的研究，生物陶瓷表面与机体组织、体液相互作用的机理研究，以及具合各种功能的生物陶瓷、生物玻璃的应用研究。

(7)医用钛及钛合金、镍钛合金材料表面与体液相互作用机理和生化反应及金属表面生物惰性化处理方法的研究。

(8)生物材料表面修饰学的研究，发展各种生物梯度材料，通过对材料表面的合理修饰，使其表面形成一个能与生物活体相适应的过渡层。

从而提高材料的生物相容性，这种过波层应具有生物相容性和力学相容性。

(9)生物材料的生物相容性表征及评价方法的研究，制定不同应用场合的生物相容性要求，研究准确可靠、简便快速的评价方法，并使评价标准统一和规范化。

(10)生理活性材料、仿生材料、智能材料、生物／合成杂化材料的研究，包括应用仿生没计，仿制具有某些器官或组织的物性和生物活性的生物材料，用共价键合或物理交联方法将某些生物功能物牢固地固定在合成聚合物表面或内部，制造杂化生物材料系统，用于人工器官、药物释放、亲合分离系统和生物传感器，研究能保持细胞活力的细胞载体材料和接载方法。

(11) 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、生物环境对生物降解／吸收材料降解的影响、降解／吸收速度的调控、降解／吸收及代谢机制、降解产物对机体的影响。