生物材料精选(九篇)

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第1篇：生物材料范文

20世纪初，第一次世界大战以前所使用的材料为第一代生物医学材料。代表材料有石膏、金属、橡胶以及棉花等物品。这一代的材料大都已被现代医学所淘汰。第二代生物医学材料的发展是建立在医学、材料科学(尤其是高分子材料学)、生物化学、物理学以及大型物理测试技术发展的基础上的，研究人员也多由材料学家和医生来担任。代表材料有经基磷灰石、磷酸三钙、聚经基乙酸、聚甲基丙烯酸轻乙基醋、胶原、多肤、纤维蛋白等。这类材料与第一代生物医学材料一样，其研究思路仍旧是从改善材料本身的力学性能和生化性能，使其在生理环境下能够长期地替代生物组织。第三代生物医学材料川是一类具有促进人体自身修复和再生作用的生物医学复合材料。它是在生物体内各种细胞组织、生长因子、生长抑素及生长机制的结构和性能的基础上建立的叫，由具有生理“活性”的组元及控制载体的“非活性”组元构成，有较理想的修复再生效果。它通过材料之间的复合、材料与活细胞的融合、活体组织和人工材料的杂交等手段，赋予材料特异的靶向修复、治疗和促进作用，从而使病变组织大部分甚至全部由健康的再生组织取代。骨形态发生蛋白(bonemorphogenetieprotein，BMP)材料是第三代生物医学材料中的代表。表1列出了近年来生物陶瓷复合材料的发展情况〕。

2生物医学材料的分类

2.1生物医学金属材料(biomedicalmetallicmeterials)

生物医用金属材咪斗通常采用合金或钦金，具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床应用最广泛的承力植人材料川，主要有钻合金(C。一Cr一Ni)、钦合金(Ti一6AI一4V)和不锈钢的人工关节和人工骨〔7口。镍钦形状记忆合金具有形状记忆特性和智能性，可用于矫形外科、心血管外科等。

2.2生物医学高分子材料(biomediealpolymer)

生物医学高分子材料有天然和合成两种，其中合成高分子材料发展较快。合成的软性材料常用作人体软组织(如血管、食道和指关节等)的代用品;合成的硬性材料则用作人工硬脑膜、人工心脏瓣膜的球形阀等;液态的合成材料(如室温硫化硅橡胶)可作为注人式组织修补材料阁。

2.3生物医学无机非金属材料或生物陶瓷(biomediealeeramies)

生物陶瓷的化学性质稳定，具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括两类:①惰性生物陶瓷(如氧化铝、医用碳素材料等)，这类材料具有较高的强度，耐磨性能良好，分子中化学键的作用力较强;②生物活性陶瓷(如轻基磷灰石和生物活性玻璃等)，此类材料能在生理环境中逐步降解、吸收，或与生物机体形成稳定的化学键，因而具有极为广泛的发展前景。

2.4生物医学复合材料(biomediealeomposlites)

生物医学复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的，主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能，也可用作人工器官的制造。其中钻钦合金和聚乙烯组织假体常用作人工关节;被钦合成材料作为人工股骨头在临床上有良好的应用;高分子材料与生物高分子(如酶、抗原、抗体和激素等)结合可以作为生物传感器。

2.5生物医学衍生材料(biOI.刃iadded目叮.妞dais)

生物医学衍生材料是由经过特殊处理的天然生物组织衍生而成的。经过处理的生物衍生材料是无生物活性的材料，但其具有类似天然组织的构型和功能，在维持人体动态的修复和替换中具有重要作用，如皮肤掩膜、血液透析膜、人工心脏瓣膜等〔9]。

3生物医学材料的市场现状

生物医学材料产业是一种发展迅猛的高新技术产业。1992一1995年，其销量的全国增长率为7%一12%，超过全球经济的一般发展水平，在亚洲地区发展最快，增长率达到22%。根据经济合作与发展组织(oganizationofeeonomiceorporationanddevelopment，OECD)预算[5〕，到2010年生物医学材料产业的市场销售额将达到4000亿美元(药物市场的销售额)。随着材料产业的发展和人体器官的广泛应用，生物医学材料这门新兴的交叉型学科已经成为新技术革命的一个重要组成部分。经济发达的国家已经形成了新型的生物医学材料工业体系，其生产厂家由过去的商品材料工厂转为专业的生产工厂。生物医学材料的产品数目众多，仅高分子材料在全球医学上的应用已达到90多个品种，1800多种制品[‘o。1990~1995年，世界生物医学材料市场以每年大于20%的速度增长，中国虽然增长较快，但由于起点低，其市场份额只占全球市场的1.6%。近年来，生物医学材料产业发展迅猛，其经济地位同信息、汽车产业相当。现将世界各地区生物医学材料的市场状况。当代生物医学材料产业仍以常规材料占主导地位。2000年全球医疗器械市场的销售额己达1650亿美元，其中生物医学材料及制品约占40%一50%[ll〕。20世纪90年代，全球医疗器械销售额的平均年增长率为n%左右，1999~2004年有所增加，其中发展中国家增长最快。例如，除日本外的亚洲地区其销售额从200。年占全球市场份额的17%(280亿美元)增长至2005年的25%，其中矫形外科修复材料和制品的销售额在全球市场的年增长率可达26%(1999~2005年)。预计工程化组织和器官上市后，可开拓800亿美元的新市场;人造皮肤、组织粘合剂及术后防粘连制品的年增长率可达45%;心血管系统修复材料、血液净化材料、药物缓释材料等领域也呈高速增长的趋势〔‘2〕。目前，比较有代表性的生物医学材料包括:①用于人工器官及代用品制造的膨体聚四氟乙烯、低温各向同性碳、表面修饰与交联的血红蛋白、碳化硅脂和超高分子量聚乙烯等;②用于人工关节及骨骼替代的高分子量、高密度聚乙烯，氧化铝陶瓷，甲基丙烯酸甲酷和苯乙烯的共聚物等;③用于人工膜替换的甲基烯酸醋类共聚水凝胶、硅橡胶聚甲基丙烯酷等;④用于应用粘合剂的亚甲基丙二酸酷、明胶、蛋白胶等。

4我国生物医学材料的发展前景

我国生物医学材料的应用和开发起步较晚，但在政府的大力支持下，已取得了一批较高水平的科研成果。如生物活性骨、关节系统替换材料、人工心脏瓣膜以及眼科手术类高分子复合材料等。国家科技部资料表明〔’3〕，1996一200。年间，我‘国生物医学材料市场需求的年均增长率达到27%，比全球的增长速度高出10个百分点。其中生物医学材料制品的市场增长更加迅猛，例如2000年我国人工关节市场需求量的年均增长率高达30%，远高于美国同期的4%;“九五”期间国家的“复明计划’，[1叼规定，每年生产5万套人工晶体以满足市场的需求;我国国内每年消耗接人人体内的导管1亿多条，而且需求量还在不断增长。但是我国国内生物医学材料的生产仍然处于初级阶段，其产值还不到全球份额的千分之一，且增长缓慢，1996一2001年，我国生物医学材料产值的年均增长率只有2%左右。国内生物医学材料与国外同类产品相比，存在4个突出的问题:①仿制品多，缺乏自主知识产权;②销售价格低，但档次和质量也低;③企业生产规模普遍偏小，难以形成规模效应;④研发投入少，产品技术含量较低。与此同时，外商的大批涌人，不仅带来了大量具有竞争力的产品，同时还展开专利权、商标权等知识产权方面的竞争。2000年底国内公司在我国注册生产的生物医学材料及制品只有53种、，而国际医疗器械生产公司在我国注册生产、销售的品种多达300多种睡〕。因此，本文建议从以下几个方面提升我国生物医学材料产业的竞争力。

4.1确立重点开发产品

复合材料作为硬组织修复材料的主体，有效地解决了材料的强度、韧性及生物相容性的问题，是生物医学材料新品种开发的重点，在临床上得到了广泛的应用哪〕。目前研究较多的是合金、碳纤维、无机材料(生物陶瓷、生物活性玻璃)、高分子材料的复合以及血液净化剂的开发。这些生物医学材料应该作为我国今后重点开发的产品。

4.2构建生物医学材料产业的新技术体系

生物医学材料产业的新技术体系必须以生物医学材料企业为技术创新的主体，充分发挥科研院所、大专院校的带头作用，实行产、学、研结合，成立学科齐全、队伍精干、人才结构合理的生物医学材料科研队伍，开发有自主知识产权的生物医学高新技术产品。

4.3加强对外合作与交流

加强对外合作与交流必须积极参加国际间的技术交流与合作，学习国外先进的技术和管理经验，及时掌握生物医学材料技术在国际上的发展状况和趋势，积极引进、消化和吸收国外的先进技术，强化“产品国际化”的意识，在新产品开发上要紧紧跟随甚至超越国际潮流，增强我国生物医学材料产品的竞争力，缩小与发达国家之间的差距。

第2篇：生物材料范文

传统生态浮床存在的不足包括：①植物根系悬浮在水体中无法从底泥中获取足够的微量元素而影响其生长效果；或悬浮的根系容易被水体中草食类动物吞噬；②低温下植物枯萎后整个生态浮床系统无任何净化效果，更有甚者会产生二次污染［2］；③仅有植物根系少量的生物膜和植物同化作用以致浮床净化效果相对低下。为此国内外进行诸多探索，并取得良好的效果。（1）强化浮床系统内的微生物。为了提高传统生态浮床的净化效果，业内人士进行了大量的探索。孙连鹏等［3］将固定化反硝化细胞应用到生态浮床的脱氮过程，使生态浮床系统脱氮效果大大提高；李淼等［4］将离子束辐照定向诱变技术应用于生态浮床除磷脱氮过程中，并取得了良好的效果；李先宁等［5］将滤食性动物和人工合成生物载体加入生态浮床系统中，利用滤食性动物的滤食能力提高水体的可生化性和人工材质生物载体富集微生物达到联合修复富营养化水体，取得了良好的效果。（2）强化水体的复氧过程。水体复氧过程是水体自净发生的主要成因之一。操家顺等［6］构建生物膜和浮床植物复合技术浮床，并设置了一定间距以形成大气复氧区，强化了待修复水体的复氧过程，从而提高了水体的修复效果。章永泰等［7］利用风力发电技术强化浮床系统水下曝气和水下照明，强化了水下生态系统的氧化能力和浮游植物的光合作用，从而提高水体修复效果。基于生态浮床实用性和成本低廉性原则以及各种强化手段中的共性部件（生物膜载体），业内人士均认为：人工合成生物载体加入生态浮床系统（组合式生态浮床）中是最可行、最低廉、最广泛的技术，故而被广泛研究和采用。

2组合式生态浮床和净化效果

将生物载体引入到传统生态浮床中而组建组合式生态浮床，通过提高浮床系统中微生物量和生态浮床的辐射“场强”使其净化效果得到了极大的提升［8，9］。其作用原理是：通过在不同材质生物载体上富集极其复杂的、大量的生物膜系统，提高组合式生态浮床系统内的生物量、生物种类以及系统的“生物场强”［10］，提高组合式生态浮床的净化效果。而且生物载体的应用可以避免冬季低温条件下因植物枯萎而出现无净化效果的情况，因为低温条件下生物载体上的微生物虽生物净化效果差，但是仍然会有一定净化效果。

2．1传统的组合式生态浮床存在的弊端生物载体是组合式生态浮床系统的重要组成部分，最原始的形式就是将人工合成生物载体悬挂在生态浮床的底部，仅仅就是为了提高生态浮床的生物持有量和净化效果以及生物场强，并取得了良好的效果。但是这种生态浮床系统，植物根系和生物载体相互独立，并无耦合效应，植物和生物载体之间并没有很好的配合。另外也有将生物载体作为生物膜附着体和植物根系基质，植物根系和生物载体相互作用、相互依赖，生物载体为根系提供保护和承受部分污染负荷，而根系为生物载体上的微生物提供氧气。而生物载体和植物根系自身的净化效果仍然在发挥优势，而且耦合了两者的优势。

2．2新型组合式生态浮床的净化效果和现状本课题组经过大量的实验研究认为，将生物载体不悬挂于浮床底部而是作为植物生长基质，即实现生物载体和植物根系“亲密接触”而形成湿地型新型组合式生态浮床，其净化效果和管理维护会更好些。而且业内人士对生物载体作为浮床基质时的效果也进行一定的探索研究。

2．2．1无机型生物载体在生态浮床中的应用徐丽花等［11］研究了沸石、沸石－石灰石、石灰石3种生物载体系统的水质净化能力，结果表明：沸石、沸石－石灰石和石灰石系统的TN平均去除率分别为68％、78．3％、60．9％。沸石－石灰石系统的去除率最高，这是由于沸石和石灰石发生了协同作用，沸石吸附NH＋4－N，石灰石促进了硝化作用，使得系统对TN的去除效果好于其生物载体单独使用时的效果。熊聚兵等［12］利用泥炭、石英砂等为植物生物载体强化脱氮过程，研究发现泥炭可提供碳源有利于脱氮，该系统中的NH＋4－N、NO－3－N、NO－2－N和TN的去除率分别为98．05％、98．83％、95．60％、92．41％，而石英砂提供过滤补充脱氮，两者结合的去除效果明显高于任一者的单独去除效果。无机生物载体在组合式生态浮床中具有较好的处理效果，但因其密度较大，在实际景观水体修复中需要浮体较多，增加处理成本，降低其推广效能。

2．2．2人工合成生物载体在生态浮床中的应用人工合成生物载体因其稳定性强、坚固耐用、能够有效抵挡水流冲击，在组合式生态浮床生物载体中被广泛应用。虞中杰等［13］通过构建美人蕉竹制框架下加挂球形生物载体的方式，该系统对TP、NH＋4－N、NO－3－N和CODMn的去除率分别达到74．3％、76．6％、63．6％和67．5％。这得益于人工合成的球形生物载体表面易于附着微生物，有利于强化水体中污染物的降解。张雁秋等［14］以传统生态浮床为对比照组，以空心塑料生物载体作为基质和生物载体组建的组合式生态浮床系统为实验组。初始进水的TN、NH＋4－N、NO－3－N是17、6、11mg／L时，该组合式生态浮床的最终TN、NH＋4－N、NO－3－N的质量浓度分别为（1．05±0．20）、（0．38±0．18）、（0．17±0．03）mg／L，而传统生态浮床的最终TN、NH＋4－N、NO－3－N的质量浓度分别为（5．23±1．12）、（0．29±0．11）、（4．19±2．08）mg／L，显示出良好的脱氮效果，并使硝态氮浓度保持较低浓度。

2．2．3天然纤维素物质生物载体在生态浮床中的应用玉米秸、稻草、油菜秸、麦秸等农作物秸秆和竹丝、树皮等植物茎秆类的废弃物均可以作为生物载体原料。而且用植物纤维素物质作生物载体的较其他人合成的生物载体更容易降解，使用一定时间会自行分解，比人工称合成的生物载体容易形成载体污泥更利于保护环境［15］。本课题组对植物纤维素物质进行预处理后作为组合式生态浮床的生物载体，既能合理利用秸秆资源，拓宽秸秆的利用价值，又能有效修复水体和生态环境，取得良好的效果。施亮亮等［16］构建以稻草为生物载体和植物生长基质，以美人蕉和菖蒲为植物的复合组合式生态浮床为实验组，以人工合成填料为基质的组合式生态浮床为对照组。添加稻草为生物载体的组合式生态浮床在去除污染物方面明显优于以人工合成填料为基质的组合式生态浮床。笔者在研究中发现以竹丝为生物载体的组合式生态浮床，CODMn、TN、NH＋4－N和NO－3－N的平均去除率分别为63．50％、63．86％、47．80％和64．75％明显优于无生物载体组合式生态浮床的49．56％、31．29％、28．24％和43．90％，镜检发现竹丝表面具有较丰富的生物相，大量活性良好的群居钟虫、草履虫、累枝虫和鞭毛虫等，活性、数量均占优势的指示性原生动物，处理过程竹丝稳定降解，释放无机盐类和小分子有机物为微生物生长提供必需的营养成分。楼菊青等［17］发现以毛竹为原料的生物载体在膜速度、挂膜量上有较明显的优势。以上文献研究均显示了天然纤维素物质在组合式生态浮床生物载体制造领域的潜在价值，为浮床生物载体基于天然纤维素物质资源化利用的多元化发展打下坚实的基础［18］。采用天然纤维素物质不仅作为亲水性很强的生物载体，还可以作为反硝化碳源，本课题组已经通过红外光谱分析方法掌握以下信息：①可生物降解材料表面具有较丰富的亲水性基团（－OH（主要在纤维素、多糖物质中）、－CH2（主要在脂肪类物质中）、－NH2（主要为蛋白质）），可形成更为复杂的生物膜体系，更容易吸附微生物，更利于生物增殖、生物种群的多样性；②可生物降解材料使用过程中，被吸附其表面的微生物分解，形成一些可被微生物作为营养的物质，而强化微生物的生长，如果生物载体是固体碳源，释放出来的碳源有利于提高水体的脱氮效果。

3生物载体在生态浮床应用中急需解决的科学难题

3．1作为浮床基质的生物载体与植物根系交互作用机理研究作为浮床基质的生物载体与植物根系是一种相互耦合的关系，互为对方提供生长繁殖所需要的养分，在一定程度上促进提高了生态浮床系统的净化效果、净化进程和生物多样性。目前本课题组已经发现以可生物降解的稻草作为生态浮床系统中植物生长的基质时，其中水生植物（美人蕉和菖蒲）叶子呈碧绿色，而以人工合成生物载体（塑料球）为植物基质或无任何基质时，2种浮床中水生植物叶子呈浅黄色。分析认为稻草、塑料球均作为生物载体和植物基质，生长速率缓慢的硝化菌更容易附着在亲水性良好的稻草上，塑料球因其亲水性差、生物亲和性欠缺而使硝化菌增殖缓慢，稻草上大量的硝化菌就能将相对不容易被植物吸收的氨氮转化为更容易被植物吸收的硝态氮，充分的氮素使稻草基质生态浮床中的植物叶子更为翠绿，生长速率更快。即稻草基质为植物根系提供充分的养料（硝酸盐）；而根系能为稻草表面微生物膜提供来自光合作用的氧气，并在稻草基质中产生脱氮所需要的好氧、缺氧环境，提高整个生态浮床的脱氮效果。但是根际微生物和生物膜相互作用、相互影响研究并没有取得很好的成果，值得深入研究。

3．2生物载体表面和植物根系表面微生物种群差异分析由于根系表面和生物载体表面存在非常大的差异，根际微生物种群类别和生物载体表面微生物类别差异、数量差异和特性差异均需要深入研究，目前很多的研究仍然处于定性分析中阶段。微生物作为生态修复和污染物去除的主体，不同生理生化特性的微生物承担着不同生物降解过程，所以掌握不同生物载体和植物根系表面微生物种群存在的差异（生长速率、呼吸类型、降解底物酶系种类、微生物种群数和数量级等），对不同污染物采取不同的不同载体和植物，或不同生物载体组合，或不同植物的多样化组合，或人工干预提供不同的环境以实现污染物去除，实现通过对微生物相关特性的强化和调控而实现微生物对污染物的降解。

3．3生物载体材质在不同污染源种类的水体修复中的选择方法生物载体作为生态浮床中重要的生物附着场所，有时也作为浮床植物的基质，其作用较大，但是随着生物载体的材质和形态等不断多样化，生物载体形态主要由从水流速度、使用方便和造景等因素考虑，对水体修复效果不会造成实质上的影响，而生物载体材质的不同对水体修复效果会产生极大的影响。传统意义上的生物载体是塑料材质，并将悬挂在生物载体框架以下，其作用原理是：在生物载体表面形成生物膜以提高生态浮床系统中微生物量达到强化生态浮床的修复效果，在其表面形成的微生物是复杂的、多样的、杂乱的丛生，并无特定的靶向污染物，在复合污染较重的现在存在一定的优势。但是塑料材质生物载体存在亲和性和亲水性差而导致微生物量少、附着困难［19］。而且对于以氮素为主要污染物且C／N低的地表水修复过程中来说并无太大的价值，因为脱氮过程中涉及硝化和反硝化过程，反硝化过程需要补充有机碳以提高脱氮效果，而塑料材料生物载体并不能提供碳源，投加液体碳源存在计量无法控制和运行管理复杂等问题，如果以人工合成高聚物作为生物载体和碳源虽然可以实现良好的脱氮过程和硝化菌群的富集，但费用过高［20，21］；所以天然纤维素物质是理想的碳源、载体，不仅天然亲水性和生物亲和性可以实现生物量的最大化和挂膜的最快化，而且生物释碳按需供给和，其来自极为广泛（农业废弃物、林业废弃物等。对于磷含量相对较高的地表水体修复时，塑料材质或天然纤维素材质的生物载体应用于生态浮床中则效果较差，根据生物除磷均以排泥的方式，地表水体污染物浓度较轻，污泥量少或无污泥，无排泥也就除磷效果很低。现在一些工艺中为了提高除磷效果，采用一些孔隙多样化吸收磷或含有某些能够与磷发生化学反应的生物载体以提高除磷效果。

4展望

第3篇：生物材料范文

关键词：生物材料 镁合金 生物相容性

中图分类号：TQ11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（a）-0059-02

1 镁合金的优势和不足

镁合金作为生物材料有以下的特点：（1）质量轻，密度为1.74 g/cm3，相对密度24，接近人骨密度。镁在自然界中分布广泛，同时在海水中也含有大量的镁，价格相对便宜。（2）相较于钛合金、不锈钢等生物材料，镁合金有其最大的优势――可降解性。（3）镁合金有良好的力学性能，其杨氏模量为41.45 GPa，远小于钛合金和不锈钢，这就能够有效地缓解传统金属植入材料所引起的“应力遮蔽效应”，骨质疏松甚至是二次骨折。（4）具有良好的生物相容性。镁是人体必需的微量元素，成年人平均每天应该摄入约400 mg镁离子，镁的生物安全性高，无生物毒性。

镁的化学性能很活泼，耐腐蚀性能较差，这是制约镁合金在医疗方面进一步应用的最大阻力。通常，镁合金的耐蚀性主要与生成的腐蚀产物层有关，当生成的腐蚀产物大于溶解的腐蚀产物时，镁具有好的耐蚀性。由于镁表面的氧化物膜疏松多孔，对其难以形成保护作用：镁在酸性条件下易腐蚀，腐蚀膜无法对镁形成保护作用；镁在碱性条件下虽然有较好的耐腐蚀性，但其形成的是松散沉淀物。以上原因使得镁还不能满足当前医学临床上长周期植入物的要求。

2 镁在体液中的降解过程

生物镁合金在植入人体后需要保持12周以上才能保证组织充分愈合和生长。人体的体液是由有机酸、金属离子、阴离子以及蛋白质、酶和细胞等构成的复杂的电解质环境，pH值7.35～7.45，温度37 ℃。由于镁的标准电极电位极低（-2.37 V），因此，易在人体环境中发生电化学腐蚀，其反应过程有：

由于体液成分的复杂性，镁合金在体内的腐蚀受很多因素的影响和制约。一方面血液中大量存在的Cl-，其溶解度大且半径小，易穿透表面膜与基体接触发生反应，并为去极化剂和阳离子扩散打开通道，加速腐蚀电流流动，还会将Mg（OH）2溶解成MgCl2，使其丧失保护膜层的作用；另一方面PO43-、HPO2-、SO42-和CO32-与镁钙离子反应生成的难溶膜层和蛋白质在镁合金表面形成的吸附膜均会阻碍基体与体液接触，阻碍镁合金的进一步腐蚀。

3 镁合金的应用与研究

镁合金在医疗上已有了诸多应用，比如医用螺钉、心血管支架、多孔骨修复材料等。在医用螺钉方面，由于镁的弹性模量与人骨的接近，可以有效地缓解应力遮蔽效应，在骨折愈合初期，提供稳定的力学性能，并逐步增加骨的受力，刺激骨的生长，加速愈合；而在心血管支架方面，相对于不可降解的不锈钢支架，镁合金心血管支架有更好的应用前景；在作为多孔骨修复材料方面，由于其合适的力学性能、可降解性和本身的生物活性，能诱导细胞的分化和血管的生长。

但镁合金作为植入材料，过快的降解速度仍然制约着镁合金在临床上的应用，而且必须在服役期间内满足必要的力学与形态学要求，因此镁合金的降解速度不宜过快，且要尽量避免发生点蚀，点蚀的发生会加快腐蚀速率，合金降解的时间也不可控制。目前的研究工作便是近一步增加镁合金的耐蚀性，促进均匀腐蚀行为，满足镁合金医用材料降解时间的可调控性和可预测性的设计，在长时期植入生w内期间，有效满足新骨的生成速率和镁合金降解速率相一致，最大地促进骨的生长和治愈效果。

4 提高镁合金耐蚀性的方法

元素合金化是目前常用的镁合金强化方法之一，即添加合金元素，使镁的力学性能和耐腐蚀性得以提高，当植入材料在人体内进行工作时，合金元素固然会随之进入人体内，因此合金元素必须对人体无毒副作用，即具有良好的生物相容性。常用的可添加元素有Ca、Sr、Zn、Zr等和一些稀土元素。钙是人体必不可少的元素之一，它是组成骨骼的主要元素。加入少量的钙可以改善镁合金的铸造及机械性能。镁钙合金中Ca的添加量低于wt.1.0%时表现出良好的生物相容性、低腐蚀速率以及适当的弹性模量和强度。锶能够维护骨骼健康，增强骨强度和骨密度。锌元素有助于青少年骨骼发育和组织再生，并能促进伤口愈合，提高人体机能的免疫力。锆本身的耐蚀性就很优异，在镁合金中与铁等形成稳定的化合物。锆能够细化镁合金晶粒，提高合金的机械性能和耐蚀性能。

另外，对镁进行表面改性处理是指通过化学或物理方法进行处理，使其表面生成耐腐蚀膜，从而对基体起到保护作用。目前表面处理的方法有化学转化膜、碱热处理、阳极氧化、微弧氧化、离子注入和构筑生物活性涂层等。其中构筑生物活性涂层法是指在镁合金表面涂上一层生物活性膜，此法不仅能提高其生物相容性，而且可以延缓基体在体液中的腐蚀和降解速率。Rudd等人[1]通过放置镁及WE43合金在Ce（NO3）3、La（NO3）3或Pr（NO3）3溶液中进行化学处理，在表面生成稀土转化膜。将处理过的纯镁与WE43在pH为8.5的硼酸溶液中进行动态极化测试和阻抗测试。结果表明两种合金在溶液的耐蚀性在短期内显著增加。

5 镁合金体内测试研究成果介绍

在作为心血管支架方面，国内外的研究人员通过科学实验验证了镁合金因其具有可降解性可以在一段时间内自行降解并具有很大的应用前景。B.Heublein等[2]将AE21镁合金（2%Al+1%RE）支架植入家养猪的冠状动脉，结果显示植入6个月后有50%质量损失，且降解速度与时间呈线性关系，在试验期间没有出现重大的问题和初期支架破损的现象。Erbel的临床研究显示[3]，将71个长度10～15 mm、直径3.0～3.5 mm的镁合金支架植入63个冠状动脉狭窄的患者，4个月后经血管内超声检查，血管狭窄率由61.5%降低到12.6%，可观察到部分狭窄血管直径增加且血供良好，术后1年残余的少量镁合金支架嵌入内膜，没有不良反应。

在作为骨固定材料方面，镁合金的腐蚀产物有助于诱导骨生长。F. Witte等[4]将4种不同镁合金和1种降解聚合物植入豚鼠股骨进行比较研究，发现镁合金组在1周内有皮下气泡产生，2～3周后气泡消失；在6周和18周进行观察，所有镁合金植入体被主要由与骨直接接触的Ca、P组成的磷酸盐相覆盖，镁合金周围的矿化骨的面积显著高于聚合物，认为镁离子的聚集可以激活骨细胞，促进骨的再生。

6 实验生物镁合金组织性能测试

稀土Nd在镁合金中有较大的极限固溶度，可以对镁合金起到很好的固溶强化作用。Nd的添加可以形成金属间化合物使镁合金电偶腐蚀过程中阴极性减弱，降低了镁合金的微电偶腐蚀，并且可以改善表面氧化膜的结构，使其变得致密，从而增强了耐腐蚀性。而且少量Nd在生物体内无细胞毒性，晶界处会形成Mg12Nd耐蚀相，在晶界处形成腐蚀障碍，增加耐蚀性，并且析出的第二相Mg12Nd的电位比镁稍高，可以缓解镁被腐蚀的程度。该文介绍课题组制备的两种稀土生物镁合金的实验测试结果如下。

Mg2.4Nd0.8Sr0.3Zr镁合金在模拟体液中腐蚀7天后的表面形貌图如图1（a）所示。在合金腐蚀后表面生成了密集的腐蚀产物层，阻碍溶液进一步渗入基体，增加耐蚀性。且片状腐蚀层被裂纹分割成相对均匀的区域，表明该合金在模拟体液中的腐蚀行为是均匀腐蚀的。Mg3.5Nd0.2Zn0.4Zr合金显微组织如图1（b）所示，基体主要由α-Mg和在晶界析出白色的Mg12Nd相组成，Mg12Nd相的生成提高了V合金的耐蚀性。

7 结语

综上所述，生物镁合金自身在各方面性能上也具有极大的优越性，尤其是力学性能、可降解性以及生物相容性。因此，其可以作为可降解医用金属材料，其可降解性有助于组织生长和愈合，可极大地减轻患者的痛苦和经济压力，同时避免二次手术带来的风险，并具有广阔的应用前景。

参考文献

[1] AL Rudd，CB Breslin，F Mansfeld.The corrosion protection afforded by rare earth conversion coatings applied to magnesium[J].Corrosion Science，2000，42（2）：275-288.

[2] Heublein B，Rohde R，Kaese V，et al.Biocorrosion of magnesium alloys： a new principle in cardiovascular implant technology[J].Heart， 2003，89（6）：651-656.

第4篇：生物材料范文

一、研究专题和期限

专题一、乙脑和重组霍乱疫苗的产业化研究

（一）研究目标与内容：

研究目标：

开发针对乙脑和霍乱的新型疫苗，完成产品临床试验研究，获得产品生产车间的GMP证书、新药证书和生产批文。建立适合工业化生产的质量控制技术和标准体系，突破规模化培养、纯化和新剂型制备等关键技术瓶颈，带动传统疫苗的产品升级和质量提升。形成1000万人份/年以上的生产能力，促进本市疫苗新技术产业化进程。

研究内容：

（1）乙脑疫苗的临床试验和产业化研究。完成临床试验研究、数据统计和结果分析总结，申报新药证书和生产批文；开展减毒活疫苗、Vero细胞灭活疫苗工业化生产工艺研究，建立Vero细胞大规模培养和纯化、产品批间差异小，品质均一的关键生产技术平台；制定乙脑疫苗生产质量标准，完成样品产业化试制，通过生产车间GMP认证。

（2）口服重组O139霍乱疫苗临床试验研究。完成临床试验研究、数据统计和结果分析总结，申报新药证书和生产批文；开展工业化生产工艺研究，建立重组疫苗大规模发酵和纯化、组分配伍和口服肠溶胶囊工业规模制备关键技术平台；制定重组O139霍乱疫苗生产质量标准，完成样品产业化试制，通过生产车间GMP认证。

（二）研究期限：

*年9月30日前完成。

专题二、慢性肾衰的防治研究

（一）研究目标与内容：

研究目标：

明确*社区慢性肾损伤的患病情况及高危因素，建立早期筛查诊断方法；获得干预治疗IgA肾病和多囊肾病药物治疗新方法；制定适合国人的透析充分性规范化标准，带动相关医院推广应用，验证新药延缓治疗尿毒症的临床疗效。

研究内容：

1、诊断：针对慢性肾损伤，开展大样本流行病学调查，集成建立适合于大面积普查的早期筛查方法；运用代谢组学、蛋白组学等研究方法，筛选发现敏感特异的肾病相关生物标志物。

2、干预：针对IgA肾病与多囊肾病，研究筛选合理用药方案，并开展前瞻性研究，评价单药及联合治疗的疗效及安全性。

3、治疗：针对尿毒症，制定适合国人的透析充分性标准，规范临床治疗方法，带动相关医院推广应用；开展沥青基球活性炭等药物的多中心临床研究，验证其临床疗效。

（二）研究期限：

*年9月30日前完成研究任务

专题三、村域生态农业发展关键技术集成与示范

（一）研究目标与内容：

研究目标：

基本建成1～2个生态农业示范村，基本建好100个自然村落生产、生活污染治理示范工程，形成一套农村点源污染治理设施管理模式、政策和机制，实现“清洁水源、清洁田园、清洁家园、农业增效、农民增收”的目标，成为向国内外展示生态农业的窗口。

研究内容：

把循环农业发展、农业标准化生产、农村水环境治理等关键技术在行政村域范围内进行集成创新与技术示范。

1、循环农业若干关键技术研究与示范。以不降低农业产值和农民收入为前提，开展农药、化肥用量减量化关键技术和农业废弃物资源化利用的关键技术研究，并进行应用示范。

2、生态农业生产若干标准化技术体系研究与示范。开展示范村主栽农作物生态种植的标准化技术体系、猪生态健康养殖标准化生产技术体系等研究，集成开发示范村主要农产品生态生产技术体系，并进行应用示范。

3、农村污水因地制宜治理技术集成研究与示范。重点开展农村生活污水因地制宜处理技术和村域水环境生态修复关键技术集成研究与示范，实现分散点源的生态治理和资源化利用。

（二）研究期限：

*年9月30日前完成研究任务

专题四、高场超导磁共振成像系统的研制

（一）研究目标与内容：

研究目标：

研制开发功能达到国际主流机型、适用于临床的1.5T以上高场超导磁共振系统，完成SFDA的产品注册证申报，并取得受理通知书。

研究内容：

基于可自动调节诊断床等的系统集成，重点开展四个核心部件的攻关：

1、高场超导磁体：集成现有超导线材，突破冷却系统、主动屏蔽等核心技术，攻克绕组绕制、环氧浇注等关键工艺，研发场强在1.5T以上的高场超导磁体。

2、多通道数字成像谱仪：集成多通道接收、核磁共振信号源数字化等关键技术，通过脉冲序列发生器、梯度和射频单元等核心部件的设计开发，研制多通道全数字化成像谱仪。

3、配套梯度、射频线圈：突破梯度线圈涡流的减小、相控阵技术等关键技术，设计开发高性能的梯度线圈、体发射线圈，以及不同形状、不同容积的多部位接收线圈。

4、成像软件：集成常规脉冲序列和成像方法，突破血流成像、图像配准等关键技术，制定人体各部位诊断应用的扫描方案，开发具备扫描控制、数据存储管理、后处理和分析三方面功能的成像应用软件。

（二）研究期限：

*年9月30日前完成研究任务

二、申请条件

1、专题一：项目应由本市具有疫苗生产资质的企业牵头。申请项目应已获得国家食品药品监督管理局的临床批文。

2、专题二：项目必须由本市医院牵头申报。

3、专题三：项目必须与区县农业重点工作有机结合。建议选择南汇区、松江区已开展社会主义新农村建设示范建设并进行了中长期规划的行政村系统开展生态农业关键技术研究。课题申报单位须在*农村开展过相关研究工作，递交材料时须同时递交与相关区、镇、村三级政府签订的合作协议。

4、专题四：项目必须由本市企业牵头申报，且只接受整体申请，不接受针对项目部分内容的申请。

5、申报单位应具备较强技术实力和基础，具备实施项目研究必备条件。企业牵头项目应承诺不低于1：1的匹配资金。

6、申请项目必须有较好的前期研究基础，鼓励产学研联合申请，多家单位联合申请时，应在申请材料中明确各自承担的工作和职责，并附上合作协议或合同。

7、国内外合作项目必须有合作协议或授权协议，涉及许可研究、专利等，申报时需附许可研究批件复印件、有关知识产权批件复印件等。

8、所有附件要求上传到网上。

三、申请方式

1、本指南公开。凡符合课题制要求、有意承担研究任务的在*注册的法人、自然人均可以从“*科技”网站（）上进入“在线受理科研计划项目可行性方案”，并下载相关表格《*市科学技术委员会科研计划项目课题可行性方案（*版）》，按照要求认真填写。

2、课题责任人年龄不限，鼓励通过课题培养优秀的中青年学术骨干。课题责任人和主要科研人员，同期参与承担国家和地方科研项目数不得超过三项。

3、已申报今年市科委其它类别项目者应主动予以申明，未申明者按重复申报不予受理。

4、每一课题的申请人可以提出不超过2名的建议回避自己课题评审的同行专家名单（名单需随课题可行性方案一并提交）。

5、本课题申请起始日期为*年5月20日，截止日期为*年6月13日。课题申报时需提交书面可行性方案一式4份，并通过“*科技”网站在线递交电子文本1份。书面可行性方案集中受理时间为*年6月9日至13日，每个工作日上午9：00～下午4：30。所有书面文件请采用A4纸双面印刷，普通纸质材料作为封面，不采用胶圈、文件夹等带有突出棱边的装订方式。

6、网上填报备注：

（1）登陆“*科技”网，进入网上办事专栏；

（2）点击《科研计划项目课题可行性方案》受理并进入申报页面：

-【初次填写】转入申报指南页面，点击“专题名称”中相应的指南专题后开始申报项目（需要设置“项目名称”、“依托单位”、“登录密码”）；

-【继续填写】输入已申报的项目名称、依托单位、密码后继续该项目的填报。

第5篇：生物材料范文

0　引　言

生物医用复合材料(biomedical composite materials)是由两种或两种以上的不同材料复合而成的生物医用材料，它主要用于人体组织的修复、替换和人工器官的制造［1］。长期临床发现，传统医用金属材料和高分子材料不具生物活性，与组织不易牢固结合，在生理环境中或植入体内后受生理环境的，导致金属离子或单体释放，造成对机体的不良影响。而生物陶瓷材料虽然具有良好的化学稳定性和相容性、高的强度和耐磨、耐蚀性，但材料的抗弯强度低、脆性大，在生理环境中的疲劳与破坏强度不高，在没有补强措施的条件下，它只能应用于不承受负荷或仅承受纯压应力负荷的情况。因此，单一材料不能很好地满足临床应用的要求。利用不同性质的材料复合而成的生物医用复合材料，不仅兼具组分材料的性质，而且可以得到单组分材料不具备的新性能，为获得结构和性质类似于人体组织的生物医学材料开辟了一条广阔的途径，生物医用复合材料必将成为生物医用材料和中最为活跃的领域。

1　生物医用复合材料组分材料的选择要求

生物医用复合材料根据应用需求进行设计，由基体材料与增强材料或功能材料组成，复合材料的性质将取决于组分材料的性质、含量和它们之间的界面。常用的基体材料有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸钙基或其他生物陶瓷、医用不锈钢、钴基合金等医用金属材料；增强体材料有碳纤维、不锈钢和钛基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。

植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求：(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象；(2)具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组成不引起生物体的生物反应；(3)具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能；(4)具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困难而使其应用受到限制。

2　生物医用复合材料的研究现状与应用

2.1　陶瓷基生物医用复合材料

陶瓷基复合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基体，通过不同方式引入颗粒、晶片、晶须或纤维等形状的增强体材料而获得的一类复合材料。生物陶瓷基复合材料虽没有多少品种达到临床应用阶段，但它已成为生物陶瓷研究中最为活跃的领域，其研究主要集中于生物材料的活性和骨结合性能研究以及材料增强研究等。

Al2O3、ZrO3等生物惰性材料自70年代初就开始了临床应用研究，但它与生物硬组织的结合为一种机械的锁合。以高强度氧化物陶瓷为基材，掺入少量生物活性材料，可使材料在保持氧化物陶瓷优良力学性能的基础上赋予其一定的生物活性和骨结合能力。将具有不同膨胀系数的生物玻璃用高温熔烧或等离子喷涂的，在致密Al2O3陶瓷髋关节植入物表面进行涂层，试样经高温处理，大量的Al2O3进入玻璃层中，有效地增强了生物玻璃与Al2O3陶瓷的界面结合，复合材料在缓冲溶液中反应数十分钟即可有羟基磷灰石的形成［2］。为满足外科手术对生物学性能和力学性能的要求，人们又开始了生物活性陶瓷以及生物活性陶瓷与生物玻璃的复合研究，以使材料在气孔率、比表面积、生物活性和机械强度等方面的综合性能得以改善。近年来，对羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)复合材料的研究也日益增多［3，4］。30% HA与70%TCP在1150℃烧结，其平均抗弯强度达155MPa，优于纯HA和TCP陶瓷，研究发现HA-TCP致密复合材料的断裂主要为穿晶断裂，其沿晶断裂的程度也大于纯单相陶瓷材料。HA-TCP多孔复合材料植入动物体内，其性能起初类似于β-TCP，而后具有HA的特性，通过调整HA与TCP的比例，达到满足不同临床需求的目的。45SF1/4玻璃粉末与HA制备而成的复合材料，植入兔骨中8周后取出，骨质与复合材料之间的剪切破坏强度达27MPa，比纯HA陶瓷有明显的提高。

生物医用陶瓷材料由于其结构本身的特点，其力学可靠性(尤其在湿生理环境中)较差，生物陶瓷的活性研究及其与骨组织的结合性能研究，并未能解决材料固有的脆性特征。因此生物陶瓷的增强研究成为另一个研究重点，其增强方式主要有颗粒增强、晶须或纤维增强以及相变增韧和层状复合增强等［3，5～7］。当HA粉末中添加10%～50%的ZrO2粉末时，材料经1350～1400℃热压烧结，其强度和韧性随烧结温度的提高而增加，添加50%TZ-2Y的复合材料，抗折强度达400MPa、断裂韧性为2.8～3.0MPam1/2。ZrO2增韧β-TCP复合材料，其弯曲强度和断裂韧性也随ZrO2含量的增加而得到增强。纳米SiC增强HA复合材料比纯HA陶瓷的抗弯强度提高1.6倍、断裂韧性提高2倍、抗压强度提高1.4倍，与生物硬组织的性能相当。晶须和纤维为陶瓷基复合材料的一种有效增韧补强材料，目前用于补强医用复合材料的主要有：SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2、HA纤维或晶须以及C纤维等，SiC晶须增强生物活性玻璃陶瓷材料，复合材料的抗弯强度可达460MPa、断裂韧性达4.3MPam1/2，其韦布尔系数高达24.7，成为可靠性最高的生物陶瓷基复合材料。磷酸钙系生物陶瓷晶须或纤维同其它增强材料相比，不仅不影响材料的增强效果，而且由于其具有良好的生物相容性，与基体材料组分相同或相近，不会影响到生物材料的性能。HA晶须增韧HA复合材料的增韧补强效果同复合材料的气孔率有关，当复合材料相对密度达92%～95%时复合材料的断裂韧性可提高40%。

2.2　高分子基生物医用复合材料

研究表明几乎所有的生物体组织都是由两种或两种以上的材料所构成的，如人体骨骼和牙齿就是由天然有机高分子构成的连续相和弥散于其基质中的羟基磷灰石晶粒复合而成的。生物有机高分子基复合材料，尤其生物无机与高分子复合材料的出现和发展，为人工器官和人工修复材料、骨填充材料开发与应用奠定了坚实的基础。

生物陶瓷增强聚合物复合材料于1981年由Bonfield提出，目前的研究对象主要有：HA、AW玻璃陶瓷、生物玻璃等增强高密度聚乙烯(HDPE)和聚乳酸等高分子化合物［8，9］。HDPE-HA复合材料随HA掺量的增加，其密度也增加，弹性模量可从1GPa提高到9MPa，但材料从柔性向脆性转变，其断裂形变可从大于90%下降至3%，因此可通过控制HA的含量调整和改变复合材料的性能。HA增强HDPE复合材料的最佳抗拉强度可达22～26MPa、断裂韧性达2.9±0.3MPam1／2。由于该复合材料的弹性模量处于骨杨氏模量范围之内，具有极好的力学相容性，并且具有引导新骨形成的功能。AW玻璃陶瓷和生物玻璃增强HDPE复合材料具有与HA增强HDPE复合材料相似的力学性能和生物学性能，复合材料在37℃的SBF溶液中体外实验研究表明，在其表面可形成磷灰石层，通过控制和调整AW玻璃陶瓷和生物玻璃的含量，使其满足不同临床应用的需求。

聚乳酸具有良好的生物相容性和可降解性，但材料还缺乏骨结合能力，对X光具有穿透性，不便于临床上显影观察。将聚乳酸与HA颗粒复合有助于提高材料的初始硬度和刚性，延缓材料的早期降解速度，便于骨折早期愈合。随着聚乳酸的降解吸收，HA在体内逐渐转化为自然骨组织，从而提高材料的骨结合能力和材料的生物相容性；此外可提高材料对X-射线的阻拒作用，便于临床显影观察。最近，国外采用一种新的共混及精加工工艺将HA均匀分散于PLLA基体中制备了超高强度生物可吸收PLLA-HA复合材料［10］，随HA在PLLA基体中含量增加，材料的弯曲强度和弯曲模量也增加，其最高弯曲强度可达280MPa，它既有高分子的弹性又具有类皮质骨的刚度。将该材料浸入到SBF溶液中3天后即有大量HA晶体在表面沉积，具有骨结合能力，12周后材料具有210MPa的弯曲强度，高于皮质骨内固定材料弯曲强度200MPa的最底要求。因此该复合材料可望作为骨折内固定材料，广泛应用于临床。PDLLA-HA复合内固定棒兔子髁部骨折的实验研究表明［11］，术后动物自由活动，不用任何外固定，所有动物伤口Ⅰ期愈合，无关节积液和窦道形成。X线摄片见3周时骨折端无移位，有明显骨痂生成，骨折线模糊。6周骨折愈后，骨折线消失，骨痂最多，以后各时间点骨折无移位和再骨折，骨痂逐渐减少。12周前材料可清晰显影，24周后模糊至消失。

碳纤维增强生物医用高分子复合材料是发展最早的一类医用复合材料，它主要用作骨水泥、人工关节和接骨板等［12，13］。碳纤维增强HDPE复合材料，其强度、刚性、抗疲劳和抗磨损性能均显著高于HDPE材料，因此它常用作承受复杂应力和摩擦作用的髋关节和膝关节。碳纤维增强聚砜复合材料的抗扭强度最高可达100MPa，与金属板相比，其断裂模量可减少2～4倍。碳纤维增强聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)复合材料在90年代初就成功地用于颅骨缺损修复，其弯曲强度、断裂模量及其抗冲击性能均优于人体颅骨材料，对患者实施颅骨缺损修复后起到重要的防护作用。用四氟乙烯纤维与碳纤维复合制备成多孔复合材料，其表面积为宏观的1200倍，有利于生物组织的长入，它已用于牙槽骨、下颌骨、关节软骨的修复。

第6篇：生物材料范文

      碳纳米材料是近年来的研究热点，随着人们对碳纳米材料研究的深入，其在生物医学领域的应用也在拓展，本书综述了在碳纳米材料在生物医学中的应用前景、研究进展以及面临的主要挑战。 

第1部分 介绍了碳纳米材料在生物医学中的应用，含第1-11章：1.碳纳米材料在生物医药中的应用前景，基于纳米柱、纳米金刚石以及纳米炸弹的物理化学性质，2.作为药物载体的碳纳米材料；3.功能性碳纳米材料在光热疗法、细胞毒性以及药物传递中的应用；4.具有特殊结构的碳纳米管在生物医药中的应用；5.水溶性的阳离子型富勒烯衍生物的光动力治疗；6.基于碳纳米管场发射X射线的微焦点计算机断层扫描技术在医学成像中的应用；7.义齿基托材料：纳米管/聚合丙烯酸甲酯复合树脂；8.石墨烯在生物医学中的应用；9.仿生石墨烯纳米传感器；10.功能性碳纳米点在生物医学中的应用；11.纳米金刚石材料在生物医学中的应用。第2部分 介绍了纳米科技在生物医药方面的应用：从碳纳米材料到仿生体系，含第12-18章：12.三维碳纳米結构的仿生工程；13.Janus纳米结构在生物医药中的应用；14.蛋白质纳米图案构筑；15.水溶胶粘合剂的仿生设计：从化学到应用，16.利用仿生膜测量脂质双分子层的渗透率；17.用于药物检测的荧光纳米传感器；18.仿生表面细胞工程。 

本书的第一作者Mei Zhang是美国Case Western Reserve University的研究人员，主要从事碳纳米材料方面的研究，在Science等国际顶级期刊发表过多篇论文。本书可作为生物医药工程以及材料科学与工程等相关专业研究人员的参考书。 

王兆刚，博士研究生 

（中国科学院半导体研究所）

第7篇：生物材料范文

1·1细胞分离用纳米材料

病毒尺寸一般约80~100nm,细菌为数百纳米,而细胞则更大,因此利用纳米复合粒子性能稳定、不与胶体溶液反应且易实现与细胞分离等特点,可将纳米粒子应用于诊疗中进行细胞分离。该方法同传统方法相比,具有操作简便、费用低、快速、安全等特点。美国科学家用纳米粒子已成功地将孕妇血样中微量的胎儿细胞分离出来,从而简便、准确地判断出胎儿细胞中是否带有遗传缺陷。

1·2纳米材料用于细胞内部染色

利用不同抗体对细胞内各种器官和骨骼组织的敏感程度和亲和力的显著差异,选择抗体种类,将纳米金粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合,制备成多种纳米金/抗体复合物。借助复合粒子分别与细胞内各种器官和骨骼系统结合而形成的复合物,在白光或单色光照射下呈现某种特征颜色(如10nm的金粒子在光学显微镜下呈红色),从而给各种组合“贴上”了不同颜色的标签,因而为提高细胞内组织的分辨率提供了一种急需的染色技术。

1·3纳米药物控释材料

纳米粒子不但具有能穿过组织间隙并被细胞吸收、可通过人体最小的毛细血管、甚至可通过血脑屏障等特性,而且还具有靶向、缓释、高效、低毒且可实现口服、静脉注射及敷贴等多种给药途径等许多优点,因而使其在药物输送方面具有广阔的应用前景。德国科学家将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包覆,在水中溶解后注入肿瘤部位,使癌细胞和磁性纳米粒子浓缩在一起,通电加热至47℃,可有效杀死肿瘤细胞而周围正常组织不受影响;挪威工科大学的研究人员,利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中肿瘤细胞的分离,由此来进行冶疗;SharmaP等[1]用聚乙烯吡咯烷酮包覆紫松醇制得的纳米粒子抗癌新药,体内实验以荷瘤小鼠肿瘤体积的缩小程度和延长存活时间来评价药效,其疗效较同浓度游离紫松醇明显增加;Damage等[2]用聚氰基丙烯酸己酯包覆胰岛素制得的纳米胶囊,给禁食的糖尿病鼠灌胃,2天后使血糖水平降低50%~60%,按每千克体重50单位胰岛素以纳米胶囊给药,降血糖作用可维持20天,而同样条件下,口服游离胰岛素却不能降低血糖水平。

1·4纳米抗菌材料及创伤敷料

按抗菌机理,纳米抗菌材料分为三类:一类是Ag+系抗菌材料,其利用Ag+可使细胞膜上的蛋白失活,从而杀死细菌。在该类材料中加入钛系纳米材料和引入Zn2+、Cu+等可有效地提高其的综合性能;第二类是ZnO、TiO2等光触媒型纳米抗菌材料,利用该类材料的光催化作用,与H2O或OH-反应生成一种具有强氧化性的羟基以杀死病菌;第三类是C-18A°纳米蒙脱土等无机材料,因其内部有特殊的结构而带有不饱和的负电荷,从而具有强烈的阳离子交换能力,对病菌、细菌有强的吸附固定作用,从而起到抗菌作用。

由于纳米银粒子的表面效应,其抗菌能力是相应微米银粒子的200倍以上,因而添加纳米银粒子制成的医用敷粒对诸如黄色葡萄球菌、大肠杆菌、绿浓杆菌等临床常见的40余种外科感染细菌有较好抑制作用。深圳安信纳米生物科技有限公司已开发出粒径约25nm的银抗菌颗粒,其具有广谱、亲水、无抗药性,对大肠杆菌等致病微生物有强烈的杀灭作用。由其进一步研发出的纳米创口贴,其外观、价格都与普通创口贴相近,具有护创作用,还具有超强活性,能激活细胞、修复病变组织、加速伤口恢复的作用;相应方法还制备了纳米材料抗菌溃疡贴。此外,青岛化工学院等已开发出具有抗菌功能的多种纺织品;南京希科集团用纳米银粒子同棉织品复合,制成了广谱抗菌的新型医用棉。

1·5纳米颗粒中药及保健品

微米级中药有50%以上不溶于水,而纳米级中药粒子则可溶于水,从而有效提高药物利用率。利用纳米技术将中药材制成极易被人体吸收的纳米粒子口服胶囊、口服液或膏药,不但克服了中药在煎熬中有效成份损失及口感上的不足,而且可使有效成份吸收率大幅度提高。将制成的纳米中药膏直接贴于患处,纳米粒子很易经皮肤直接被吸收。研发纳米中药产品是促进中药走向世界、提高产品附加值、实现传统中药产业升级的发展方向之一。用纳米技术将不易被人体吸收或毒性较大的药物或保健品制成纳米胶囊或纳米粒子悬浮液,则可制得具有极高效/费比的纳米保健品。如微量元素硒具有防癌、护肝、免疫调节等作用。中国科技大学率先用纳米硒开发出“硒旺胶囊”,生物试验证明,其急性毒性是无机硒的1/7,是有机硒的1/3,其清除羟基自由基活性是无机硒的5倍,清除过氧阴离子和过氧化氢的活性也大幅度提高,使其在免疫调节和抑制肿瘤方面的灵敏性显著提高,纳米硒的安全性和生物活性使硒的保健功能可以更充分地发挥出来。

1·6纳米医用陶瓷

纳米陶瓷在人工骨、人工关节、人工齿以及牙种植体、耳听骨修复体等人工器官制造及临床应用领域有广阔的应用前景。四川大学李玉宝教授等[3~4]用硝酸钙、磷酸铵为原料,二甲基甲酰胺为分散剂,在常压下制备出晶体结构类似于人骨组织的纳米级羟基磷灰石针状晶体,可用作人骨组织修复材料;Luo等[5]用TEOS在氢氟酸催化下,经溶胶/凝胶法制得纳米孔结构的SiO2,再用TEGDMA经光引发原位聚合制得SiO2/PTEGDMA纳米复合材料,其比传统的牙科用复合材料具有更优异的耐磨性及韧性。通常方法制备的羟基磷灰石人工骨植入物,其强度和韧性都较低,不能满足应用要求。国外已制备出含有ZrO2的纳米羟基磷灰石复合材料,其硬度、韧性等综合性能可达到甚至超过致密骨骼相应性能。通过调节ZrO2含量,可使该纳米复合人工骨材料具有优良的生物相容性[6]。美国Arizona材料实验室和Princeton大学的研究人员用聚二甲基丙烯酸酯、聚偏氟乙烯和钛盐作原料,应用溶胶/凝胶工艺合成的纳米TiO2/聚合物复合材料,用其作人工骨,其强度和韧性等力学性能与人体骨相当。

1·7生物活性材料

自Hench[7]首先报道某些组成的玻璃具有生物活性以来,国内外对生物玻璃的研制十分活跃,但生物玻璃较脆、不能满足人工骨材料的使用要求。随着纳米技术发展,生物活性杂化材料在保持柔韧性的同时,弹性模量已接近硅酸硼玻璃,而且便于加入活性物质,因此是一种开发生物材料的理想途径。Jones等[8]用TEOS、甲基丙烯酰胺在偶氮类引发剂作用下,加入氯化钠制备出含钙盐的纳米SiO2/聚合物复合材料,将其在人体液中(SBF)放置1周后,可以观察到其表面有羟基磷灰石层形成,因而具有较好的生物活性,OKelly等[9]总结了借助仿生过程制备具有生物活性的纳米复合材料的思路和研究成果。应用溶胶/凝胶技术制备纳米复合材料,同时在体系中引入胺基、醛基、羟基等有机官能团,使材料表面具有反应活性,可望在生化物质固定膜材料、生物膜反应器等方面获得较大应用。

Schtelzer等[10]较早研究了在凝胶玻璃中固定胰蛋白酶的特性;Cho等[11]开发了有机—无机纳米复合材料固定α-淀粉酶,其稳定性超过1个月,可望用于研制生物膜反应器。含钛硅的纳米复合材料具有优良的透光率、氧气透过率和吸湿性,是理想的隐形眼镜材料。Schmidt等[12,13]在环硅氧烷、TEOS、异丙醇钛、甲基丙烯基硅烷、丙烯酸甲酯体系中,加入稀酸,使其在酸性条件下水解/聚合,得到隐形眼镜材料。该材料具有良好的透氧性、润湿性及较高的强度,良好的弹性和柔韧性,其透明度和折光率等均满足隐性眼镜的性能要求。我国浙江大学及华南理工大学等单位也开展了类似研究并已取得良好进展[14]。聚氨酯材料是重要的生物医学材料,因其良好的生物相容性和优异的力学性能常用来制作血管移植物、介入导管、心脏辅助循环体系及人工心脏等。许海燕等[15]用聚醚型聚氨酯与纳米碳经溶胶/凝胶法制得的纳米碳/聚氨酯复合材料,具有较好的微相分离结构,改善了材料表面的血溶相容性;Huang等[16]用带羟基的线性聚氨酯(Mn=6000)与TEOS作用,调节二者配比,可得到从柔韧的弹性体到坚硬的塑料等不同性能的纳米复合材料,以满足不同使用要求;Xu等[17]用聚氨酯和有机蒙脱土经溶液插层、溶胶/凝胶制得的纳米复合材料,在改善聚氨酯材料力学性能的同时,显著地降低了水蒸气及空气的透过率,更好地满足全人工心脏等植入人工器官的应用要求。

用溶胶/凝胶法制备的纳米微孔SiO2玻璃,可用作微孔反应器、功能性分子吸附剂、生物酶催化剂及药物控释体系的载体等[18];利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)/纳米SiO2复合材料无毒及优良的生物相容性,通过调节PDMS含量控制其硬度和弹性,可用作生物活性材料;用纳米粒子直接分散法制得的表面带有胺基或羟基的SiO2/聚吡咯纳米复合材料,可用作凝集免疫测定中高显色的“标记器”微粒;利用聚吡咯的良好导电性,其纳米复合材料在组织工程及神经修复等领域具良好应用前景[19,20]。

2展望

第8篇：生物材料范文

1聚乳酸

聚乳酸(PLLA)是FDA(美国食品和药物管理局)认可的一种可完全生物降解，对环境无污染的聚酯类高分子材料，属于人工合成的科生物降解的热塑性脂肪族聚酯。聚乳酸合成的主要原料是乳酸，乳酸是一类可再生的资源，而且具有无毒无刺激的特性。PLLA具有适应的生物降解特性、良好的生物相容性和可加工性，以及优良的力学强度。已广泛应用于可吸收缝合线、药物缓释材料、人工血管、止血剂、外科粘合剂和骨折内固定等领域，近几年来引起人们广泛的关注。

1.1PLLA用于支架材料

此应用是基于组织工程的生物装置。是为了保证人体细胞和组织的生长，从而达到理想的身体组织功能。PLLA作为一种工程支架材料，具有工程支架材料所必需的两个条件：一是细胞生长和输送营养所必需的孔结构；二是助于细胞生长所需要的几何形状和机械强度。PLLA组织工程支架最早经过在材料上培养组织细胞且不断演变为组织和器官，在这一过程中会缓慢的降解不断地被组织肌体所吸收。

1.2PLLA用于骨科和牙科材料

在高分子医用材料发张起来之前，骨科的固定和牙科的填充物多数是金属材料。比如骨科的固定多数是不锈钢等材料，但是这些金属材料会引发一个问题，那就是“应力屏蔽效应”造成金属材料周围的骨组织因为收不到引力刺激形成骨质疏松和骨退化。这种效应的原因是金属在刚度上远远超过人骨，在力学性能上难以跟随骨折的恢复情况适时调整。而聚乳酸等高分子材料在强度刚度韧性上和人体接近，而且随着骨折的愈合会被慢慢的降解吸收，不仅发挥了良好的性能，也避免了二次手术，减轻病人的痛苦。

1.3PLLA纳米纤维编织缝合线

以PLLA为原料，采用静电纺丝和圆盘定向收集得到具有有序排列的纳米纤维束，并将其编织成线，得到PLLA纳米纤维缝合线。这是一种新的应用。对新型可吸收PLLA缝线的微观形貌、血液相容性、细胞毒性进行了性能表征，并测试了其力学性能。结果表明，纳米纤维在一定的圆盘转速下表现出较好的定向性，力学性能良好。MTT实验结果表明缝线材料无细胞毒性，且显示出较高的增殖率，说明新型可吸收PLLA纳米纤维缝线具有良好的生物相容性和安全性。缝线在溶血试验中溶血率<5%，符合医用材料的溶血要求。

2聚丙烯腈

丙烯腈又称PAN，是重要的合成纤维原料，PAN含量为89%共聚物称为腈纶，用于医学应用中的人工血管、超滤装置、和透析型人工肾中中空纤维的制造。用以超滤清除中大分子的物质，但是有无其是憎水性的，所以在应用中应与亲水性单体共聚来改性，这个是医用材料研究表面改改性的部分。PAN纤维经高温碳化可以制成碳纤维，用于增强复合材料以制作假肢、假牙、人工肌腱、韧带、牙槽骨、下颌骨以及软骨等。此外，丙烯腈还可以和其他的聚合物形成共聚物应用于医学的其他方面，例如脑动脉瘤加固保护剂等。PAN基的碳纤维还具有良好的吸附特性，可以用于制作吸附性人工肾，人工肝等。

3聚四氟乙烯

聚四氟乙烯主要应用于隆鼻术，他是一种惰性膨体聚合物，其内部由许多结节组成，结与结之间细小的纤维多方向立体交织在一起，形成超微多空的结构。他的主要性能如下：非极性、线性结晶聚合物，一般结晶度在55%到75%之间，有时高达94%；分子量一般为40万到100万之间，化学稳定性良好，耐强酸强碱强氧化剂等，甚至于耐受王水的腐蚀，对很多物质均无黏附作用。所以这种材料可以耐受反复的高温消毒灭菌，流变性好，易于加工成型。其具体优点如下：1、性能稳定，无毒，耐高低温，耐腐蚀；2、有海绵状、膜状、块状、片状等不同形状，而且容易塑形，可随意雕成各种形状；3、材料光滑，黏性系数摩擦系数极小，有弹性和一定的柔韧性，不易撕断；4、内部的超微多孔结构可以允许周围的组织血管和肉芽组织长入，从根本上避免了术后远期发生假体活动等不良效果；5、材料具有坚实柔软且允许组织长入的特点，隧道填充效果完美且与周围组织紧密镶嵌，作为隆鼻材料可以使鼻子外观更趋于自然，形状手感自然逼真。聚四氟乙烯在心血管系统也有很多引用，比如血管的修复，人工瓣膜的低缓，阻塞球和缝合环包布，人工肺气体交换膜，燃供肾和人工肝的解毒罐，心血管导管引导钢丝的表面涂层等。是在人体内如果磨损产生颗粒，对其生物相容性就会产生不利的影响。

4总结

以上我介绍了三种高分子聚合物的特性及应用，当然有的材料优点很多但在实际引用中还应考虑制造工艺以及成本问题，例如膨体聚四氟乙烯，如果在工艺上能改进，降低成本，相信可以得到广泛引用。

参考文献

[1]莫建民，范元涛.膨体聚四氟氯乙烯在隆鼻术中的应用[J].使用美容整形外科杂志.2002，13(6)：286-28.

[2]张静，梅芳，蔡晴，等.牙周膜细胞在网格型与无纺型聚乳酸纳米纤维支架材料上体外培养的研究比较[J].中国生物医学工程学报，2009，28(5)：754-759.

[3]余耀庭，王深琪.生物聚合物材料[J].生物医用材料篇.2009，12，8：12-19.

[4]刘丹岩，马景学，曹德英，等.苦参碱聚乳酸微球的缓释性和玻璃体腔注射的安全性研究[J].眼科研究，2010，28(1)：34-38.

第9篇：生物材料范文

1　常规实验

高中教材中出现的一些使用洋葱作为材料的常规实验。

1.1植物细胞的质壁分离及质壁分离复原

实验取紫色洋葱鳞片叶外表皮细胞(具紫色大液泡)为材料。

实验步骤：制作洋葱鳞片叶外表皮细胞临时装片观察盖玻片一侧滴蔗糖溶液，另一侧用吸水纸吸引观察质壁分离盖玻片一侧滴清水，另一侧用吸水纸吸引观察质壁分离复原。

实验结果：细胞外溶液浓度>细胞内溶液浓度，细胞失水质壁分离；细胞外溶液浓度

1.2观察根尖分生组织细胞的有丝分裂

实验取水培洋葱根尖分生区为材料，上午10时到下午2时取材，此时细胞分裂活跃。

实验步骤：洋葱根尖的培养装片的制作(解离漂洗染色制片)观察。

实验结果：在低倍镜下找到根尖分生区细胞：细胞呈正方形，排列紧密，有的细胞正在分裂；换高倍镜下观察：分裂中期分裂前、后、末期分裂间期，各时期细胞内染色体形态和分布的特点，其中，处于分裂间期的细胞数目最多。

1.3低温诱导染色体加倍

实验取水培洋葱根尖分生区为材料，当洋葱根长出约1cm左右的不定根时，放入冰箱，于4℃的低温室内，诱导培养36h。

实验步骤：洋葱根尖培养及低温诱导处理一制作装片(解离漂洗染色制片)观察比较。

实验结果：视野中既有正常的二倍体细胞，也有染色体数目发生改变的细胞。

1.4DNA的粗提取与鉴定

实验取洋葱鳞茎(去紫色表皮细胞)，或使用白色洋葱为材料。

实验步骤：材料研磨不同浓度氯化钠多次溶解、析出、溶解，过滤得滤液滤液中加入95％的酒精溶液使DNA析出检测鉴定。

实验结果：洋葱鳞茎细胞含有DNA，二苯胺沸水浴鉴定呈蓝色。

2　改进实验

高中教材中还有一些实验也可以改用洋葱做材料，可以节省资源，效果也不错，现总结如下。

2.1还原性糖检测的材料

实验取洋葱鳞茎(去紫色表皮细胞)，或使用白色洋葱为材料。

实验原理：还原糖与斐林试剂水浴加热产生砖红色沉淀。

实验步骤：将材料打磨呈匀浆取样液2mL于试管中加入刚配的斐林试剂1mL(斐林试剂甲液和乙液等量混合均匀后再加入)水浴加热2min左右观察颜色变化。

实验结果：洋葱鳞茎含还原性糖，与斐林试剂反应产生砖红色沉淀。

2.2观察DNA和RNA在细胞中的分布

实验取洋葱鳞片叶内表皮细胞为材料，取时尽量避免材料上带有叶肉组织细胞。

实验原理：甲基绿和吡罗红两种染色剂对DNA和RNA的亲和力不同，甲基绿对DNA亲和力强，使DNA显现出绿色，而吡罗红对RNA的亲和力强，使RNA呈现出红色。

实验步骤：取材水解冲洗染色观察。

实验结果：真核细胞的DNA主要分布在细胞核内，RNA主要分布在细胞质中。

2.3绿叶中色素的提取与分离

实验材料用到的是置于阳光下水培后，洋葱鳞茎中央抽出的绿薹，颜色墨绿，效果很好。

实验原理：提取――叶绿体中的色素能溶解在有机溶剂丙酮或无水乙醇中；分离――各色素在层析液中的溶解度不同，随层析液在滤纸上扩散速度不同。

实验步骤：提取色素制备滤纸条画滤液细线分离色素观察和记录。

实验结果：滤纸条从上到下：橙黄色(胡萝卜素)、黄色(叶黄素)、蓝绿色(叶绿素a)、黄绿色(叶绿素b)。

3　校本实验

增加学生兴趣，培养学生的动手能力，实验设计能力，也可以利用洋葱进行一些校本课程中的实验。

3.1洋葱汁液的显字效果

实验取洋葱鳞片叶的研磨液为材料。

实验原理：纸中的纤维素与洋葱汁液中的有机酸反应，生成酯，酯的燃点低，受热时，在纸上生成酯的地方就先被火烤焦变黄，显出字迹来。

实验步骤：将材料打磨呈匀浆用毛笔蘸取汁液在白纸上写字晾干用火焰烘烤观察。

实验结果：烘烤后，白纸上消失的字迹重新出现。

3.2利用显微镜观察洋葱表皮细胞

实验取洋葱鳞片叶外表皮为材料。

实验原理：显微镜观察植物单层细胞及内部结构。

实验步骤：用镊子撕取洋葱鳞片叶外表皮置于滴加清水的载玻片上、展平盖上盖玻片低倍镜观察高倍镜观察。

实验结果：显微镜下观察到洋葱鳞片叶外表皮细胞有细胞壁，有紫色大液泡等结构。

3.3

洋葱内杀菌物质对细菌的抑制作用

实验取洋葱鳞片叶的研磨液为材料。

实验原理：洋葱中含有植物杀菌素如大蒜素等，因而有很强的杀菌能力，在培养基中加入洋葱汁液后细菌生长受抑制。

实验步骤：配置细菌培养基培养皿中铺平板，实验组加入洋葱研磨液对照组与实验组同时接种等量的细菌恒温培养箱中培养相同时间观察。