生物材料精選(九篇)
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第1篇：生物材料范文
20世紀初，第一次世界大戰(zhàn)以前所使用的材料為第一代生物醫(yī)學材料。代表材料有石膏、金屬、橡膠以及棉花等物品。這一代的材料大都已被現(xiàn)代醫(yī)學所淘汰。第二代生物醫(yī)學材料的發(fā)展是建立在醫(yī)學、材料科學(尤其是高分子材料學)、生物化學、物理學以及大型物理測試技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上的，研究人員也多由材料學家和醫(yī)生來擔任。代表材料有經(jīng)基磷灰石、磷酸三鈣、聚經(jīng)基乙酸、聚甲基丙烯酸輕乙基醋、膠原、多膚、纖維蛋白等。這類材料與第一代生物醫(yī)學材料一樣，其研究思路仍舊是從改善材料本身的力學性能和生化性能，使其在生理環(huán)境下能夠長期地替代生物組織。第三代生物醫(yī)學材料川是一類具有促進人體自身修復和再生作用的生物醫(yī)學復合材料。它是在生物體內(nèi)各種細胞組織、生長因子、生長抑素及生長機制的結(jié)構(gòu)和性能的基礎(chǔ)上建立的叫，由具有生理“活性”的組元及控制載體的“非活性”組元構(gòu)成，有較理想的修復再生效果。它通過材料之間的復合、材料與活細胞的融合、活體組織和人工材料的雜交等手段，賦予材料特異的靶向修復、治療和促進作用，從而使病變組織大部分甚至全部由健康的再生組織取代。骨形態(tài)發(fā)生蛋白(bonemorphogenetieprotein，BMP)材料是第三代生物醫(yī)學材料中的代表。表1列出了近年來生物陶瓷復合材料的發(fā)展情況〕。
2生物醫(yī)學材料的分類
2.1生物醫(yī)學金屬材料(biomedicalmetallicmeterials)
生物醫(yī)用金屬材咪斗通常采用合金或欽金，具有很高的機械強度和抗疲勞特性，是臨床應用最廣泛的承力植人材料川，主要有鉆合金(C。一Cr一Ni)、欽合金(Ti一6AI一4V)和不銹鋼的人工關(guān)節(jié)和人工骨〔7口。鎳欽形狀記憶合金具有形狀記憶特性和智能性，可用于矯形外科、心血管外科等。
2.2生物醫(yī)學高分子材料(biomediealpolymer)
生物醫(yī)學高分子材料有天然和合成兩種，其中合成高分子材料發(fā)展較快。合成的軟性材料常用作人體軟組織(如血管、食道和指關(guān)節(jié)等)的代用品;合成的硬性材料則用作人工硬腦膜、人工心臟瓣膜的球形閥等;液態(tài)的合成材料(如室溫硫化硅橡膠)可作為注人式組織修補材料閣。
2.3生物醫(yī)學無機非金屬材料或生物陶瓷(biomediealeeramies)
生物陶瓷的化學性質(zhì)穩(wěn)定，具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括兩類:①惰性生物陶瓷(如氧化鋁、醫(yī)用碳素材料等)，這類材料具有較高的強度，耐磨性能良好，分子中化學鍵的作用力較強;②生物活性陶瓷(如輕基磷灰石和生物活性玻璃等)，此類材料能在生理環(huán)境中逐步降解、吸收，或與生物機體形成穩(wěn)定的化學鍵，因而具有極為廣泛的發(fā)展前景。
2.4生物醫(yī)學復合材料(biomediealeomposlites)
生物醫(yī)學復合材料是由兩種或兩種以上不同材料復合而成的，主要用于修復或替換人體組織、器官或增進其功能，也可用作人工器官的制造。其中鉆欽合金和聚乙烯組織假體常用作人工關(guān)節(jié);被欽合成材料作為人工股骨頭在臨床上有良好的應用;高分子材料與生物高分子(如酶、抗原、抗體和激素等)結(jié)合可以作為生物傳感器。
2.5生物醫(yī)學衍生材料(biOI.刃iadded目叮.妞dais)
生物醫(yī)學衍生材料是由經(jīng)過特殊處理的天然生物組織衍生而成的。經(jīng)過處理的生物衍生材料是無生物活性的材料，但其具有類似天然組織的構(gòu)型和功能，在維持人體動態(tài)的修復和替換中具有重要作用，如皮膚掩膜、血液透析膜、人工心臟瓣膜等〔9]。
3生物醫(yī)學材料的市場現(xiàn)狀
生物醫(yī)學材料產(chǎn)業(yè)是一種發(fā)展迅猛的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)。1992一1995年，其銷量的全國增長率為7%一12%，超過全球經(jīng)濟的一般發(fā)展水平，在亞洲地區(qū)發(fā)展最快，增長率達到22%。根據(jù)經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(oganizationofeeonomiceorporationanddevelopment，OECD)預算[5〕，到2010年生物醫(yī)學材料產(chǎn)業(yè)的市場銷售額將達到4000億美元(藥物市場的銷售額)。隨著材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和人體器官的廣泛應用，生物醫(yī)學材料這門新興的交叉型學科已經(jīng)成為新技術(shù)革命的一個重要組成部分。經(jīng)濟發(fā)達的國家已經(jīng)形成了新型的生物醫(yī)學材料工業(yè)體系，其生產(chǎn)廠家由過去的商品材料工廠轉(zhuǎn)為專業(yè)的生產(chǎn)工廠。生物醫(yī)學材料的產(chǎn)品數(shù)目眾多，僅高分子材料在全球醫(yī)學上的應用已達到90多個品種，1800多種制品[‘o。1990~1995年，世界生物醫(yī)學材料市場以每年大于20%的速度增長，中國雖然增長較快，但由于起點低，其市場份額只占全球市場的1.6%。近年來，生物醫(yī)學材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅猛，其經(jīng)濟地位同信息、汽車產(chǎn)業(yè)相當。現(xiàn)將世界各地區(qū)生物醫(yī)學材料的市場狀況。當代生物醫(yī)學材料產(chǎn)業(yè)仍以常規(guī)材料占主導地位。2000年全球醫(yī)療器械市場的銷售額己達1650億美元，其中生物醫(yī)學材料及制品約占40%一50%[ll〕。20世紀90年代，全球醫(yī)療器械銷售額的平均年增長率為n%左右，1999~2004年有所增加，其中發(fā)展中國家增長最快。例如，除日本外的亞洲地區(qū)其銷售額從200。年占全球市場份額的17%(280億美元)增長至2005年的25%，其中矯形外科修復材料和制品的銷售額在全球市場的年增長率可達26%(1999~2005年)。預計工程化組織和器官上市后，可開拓800億美元的新市場;人造皮膚、組織粘合劑及術(shù)后防粘連制品的年增長率可達45%;心血管系統(tǒng)修復材料、血液凈化材料、藥物緩釋材料等領(lǐng)域也呈高速增長的趨勢〔‘2〕。目前，比較有代表性的生物醫(yī)學材料包括:①用于人工器官及代用品制造的膨體聚四氟乙烯、低溫各向同性碳、表面修飾與交聯(lián)的血紅蛋白、碳化硅脂和超高分子量聚乙烯等;②用于人工關(guān)節(jié)及骨骼替代的高分子量、高密度聚乙烯，氧化鋁陶瓷，甲基丙烯酸甲酷和苯乙烯的共聚物等;③用于人工膜替換的甲基烯酸醋類共聚水凝膠、硅橡膠聚甲基丙烯酷等;④用于應用粘合劑的亞甲基丙二酸酷、明膠、蛋白膠等。
4我國生物醫(yī)學材料的發(fā)展前景
我國生物醫(yī)學材料的應用和開發(fā)起步較晚，但在政府的大力支持下，已取得了一批較高水平的科研成果。如生物活性骨、關(guān)節(jié)系統(tǒng)替換材料、人工心臟瓣膜以及眼科手術(shù)類高分子復合材料等。國家科技部資料表明〔’3〕，1996一200。年間，我‘國生物醫(yī)學材料市場需求的年均增長率達到27%，比全球的增長速度高出10個百分點。其中生物醫(yī)學材料制品的市場增長更加迅猛，例如2000年我國人工關(guān)節(jié)市場需求量的年均增長率高達30%，遠高于美國同期的4%;“九五”期間國家的“復明計劃’，[1叼規(guī)定，每年生產(chǎn)5萬套人工晶體以滿足市場的需求;我國國內(nèi)每年消耗接人人體內(nèi)的導管1億多條，而且需求量還在不斷增長。但是我國國內(nèi)生物醫(yī)學材料的生產(chǎn)仍然處于初級階段，其產(chǎn)值還不到全球份額的千分之一，且增長緩慢，1996一2001年，我國生物醫(yī)學材料產(chǎn)值的年均增長率只有2%左右。國內(nèi)生物醫(yī)學材料與國外同類產(chǎn)品相比，存在4個突出的問題:①仿制品多，缺乏自主知識產(chǎn)權(quán);②銷售價格低，但檔次和質(zhì)量也低;③企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模普遍偏小，難以形成規(guī)模效應;④研發(fā)投入少，產(chǎn)品技術(shù)含量較低。與此同時，外商的大批涌人，不僅帶來了大量具有競爭力的產(chǎn)品，同時還展開專利權(quán)、商標權(quán)等知識產(chǎn)權(quán)方面的競爭。2000年底國內(nèi)公司在我國注冊生產(chǎn)的生物醫(yī)學材料及制品只有53種、，而國際醫(yī)療器械生產(chǎn)公司在我國注冊生產(chǎn)、銷售的品種多達300多種睡〕。因此，本文建議從以下幾個方面提升我國生物醫(yī)學材料產(chǎn)業(yè)的競爭力。
4.1確立重點開發(fā)產(chǎn)品
復合材料作為硬組織修復材料的主體，有效地解決了材料的強度、韌性及生物相容性的問題，是生物醫(yī)學材料新品種開發(fā)的重點，在臨床上得到了廣泛的應用哪〕。目前研究較多的是合金、碳纖維、無機材料(生物陶瓷、生物活性玻璃)、高分子材料的復合以及血液凈化劑的開發(fā)。這些生物醫(yī)學材料應該作為我國今后重點開發(fā)的產(chǎn)品。
4.2構(gòu)建生物醫(yī)學材料產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)體系
生物醫(yī)學材料產(chǎn)業(yè)的新技術(shù)體系必須以生物醫(yī)學材料企業(yè)為技術(shù)創(chuàng)新的主體，充分發(fā)揮科研院所、大專院校的帶頭作用，實行產(chǎn)、學、研結(jié)合，成立學科齊全、隊伍精干、人才結(jié)構(gòu)合理的生物醫(yī)學材料科研隊伍，開發(fā)有自主知識產(chǎn)權(quán)的生物醫(yī)學高新技術(shù)產(chǎn)品。
4.3加強對外合作與交流
加強對外合作與交流必須積極參加國際間的技術(shù)交流與合作，學習國外先進的技術(shù)和管理經(jīng)驗，及時掌握生物醫(yī)學材料技術(shù)在國際上的發(fā)展狀況和趨勢，積極引進、消化和吸收國外的先進技術(shù)，強化“產(chǎn)品國際化”的意識，在新產(chǎn)品開發(fā)上要緊緊跟隨甚至超越國際潮流，增強我國生物醫(yī)學材料產(chǎn)品的競爭力，縮小與發(fā)達國家之間的差距。
第2篇：生物材料范文
傳統(tǒng)生態(tài)浮床存在的不足包括：①植物根系懸浮在水體中無法從底泥中獲取足夠的微量元素而影響其生長效果；或懸浮的根系容易被水體中草食類動物吞噬；②低溫下植物枯萎后整個生態(tài)浮床系統(tǒng)無任何凈化效果，更有甚者會產(chǎn)生二次污染［2］；③僅有植物根系少量的生物膜和植物同化作用以致浮床凈化效果相對低下。為此國內(nèi)外進行諸多探索，并取得良好的效果。（1）強化浮床系統(tǒng)內(nèi)的微生物。為了提高傳統(tǒng)生態(tài)浮床的凈化效果，業(yè)內(nèi)人士進行了大量的探索。孫連鵬等［3］將固定化反硝化細胞應用到生態(tài)浮床的脫氮過程，使生態(tài)浮床系統(tǒng)脫氮效果大大提高；李淼等［4］將離子束輻照定向誘變技術(shù)應用于生態(tài)浮床除磷脫氮過程中，并取得了良好的效果；李先寧等［5］將濾食性動物和人工合成生物載體加入生態(tài)浮床系統(tǒng)中，利用濾食性動物的濾食能力提高水體的可生化性和人工材質(zhì)生物載體富集微生物達到聯(lián)合修復富營養(yǎng)化水體，取得了良好的效果。（2）強化水體的復氧過程。水體復氧過程是水體自凈發(fā)生的主要成因之一。操家順等［6］構(gòu)建生物膜和浮床植物復合技術(shù)浮床，并設(shè)置了一定間距以形成大氣復氧區(qū)，強化了待修復水體的復氧過程，從而提高了水體的修復效果。章永泰等［7］利用風力發(fā)電技術(shù)強化浮床系統(tǒng)水下曝氣和水下照明，強化了水下生態(tài)系統(tǒng)的氧化能力和浮游植物的光合作用，從而提高水體修復效果?；谏鷳B(tài)浮床實用性和成本低廉性原則以及各種強化手段中的共性部件（生物膜載體），業(yè)內(nèi)人士均認為：人工合成生物載體加入生態(tài)浮床系統(tǒng)（組合式生態(tài)浮床）中是最可行、最低廉、最廣泛的技術(shù)，故而被廣泛研究和采用。
2組合式生態(tài)浮床和凈化效果
將生物載體引入到傳統(tǒng)生態(tài)浮床中而組建組合式生態(tài)浮床，通過提高浮床系統(tǒng)中微生物量和生態(tài)浮床的輻射“場強”使其凈化效果得到了極大的提升［8，9］。其作用原理是：通過在不同材質(zhì)生物載體上富集極其復雜的、大量的生物膜系統(tǒng)，提高組合式生態(tài)浮床系統(tǒng)內(nèi)的生物量、生物種類以及系統(tǒng)的“生物場強”［10］，提高組合式生態(tài)浮床的凈化效果。而且生物載體的應用可以避免冬季低溫條件下因植物枯萎而出現(xiàn)無凈化效果的情況，因為低溫條件下生物載體上的微生物雖生物凈化效果差，但是仍然會有一定凈化效果。
2．1傳統(tǒng)的組合式生態(tài)浮床存在的弊端生物載體是組合式生態(tài)浮床系統(tǒng)的重要組成部分，最原始的形式就是將人工合成生物載體懸掛在生態(tài)浮床的底部，僅僅就是為了提高生態(tài)浮床的生物持有量和凈化效果以及生物場強，并取得了良好的效果。但是這種生態(tài)浮床系統(tǒng)，植物根系和生物載體相互獨立，并無耦合效應，植物和生物載體之間并沒有很好的配合。另外也有將生物載體作為生物膜附著體和植物根系基質(zhì)，植物根系和生物載體相互作用、相互依賴，生物載體為根系提供保護和承受部分污染負荷，而根系為生物載體上的微生物提供氧氣。而生物載體和植物根系自身的凈化效果仍然在發(fā)揮優(yōu)勢，而且耦合了兩者的優(yōu)勢。
2．2新型組合式生態(tài)浮床的凈化效果和現(xiàn)狀本課題組經(jīng)過大量的實驗研究認為，將生物載體不懸掛于浮床底部而是作為植物生長基質(zhì)，即實現(xiàn)生物載體和植物根系“親密接觸”而形成濕地型新型組合式生態(tài)浮床，其凈化效果和管理維護會更好些。而且業(yè)內(nèi)人士對生物載體作為浮床基質(zhì)時的效果也進行一定的探索研究。
2．2．1無機型生物載體在生態(tài)浮床中的應用徐麗花等［11］研究了沸石、沸石－石灰石、石灰石3種生物載體系統(tǒng)的水質(zhì)凈化能力，結(jié)果表明：沸石、沸石－石灰石和石灰石系統(tǒng)的TN平均去除率分別為68％、78．3％、60．9％。沸石－石灰石系統(tǒng)的去除率最高，這是由于沸石和石灰石發(fā)生了協(xié)同作用，沸石吸附NH＋4－N，石灰石促進了硝化作用，使得系統(tǒng)對TN的去除效果好于其生物載體單獨使用時的效果。熊聚兵等［12］利用泥炭、石英砂等為植物生物載體強化脫氮過程，研究發(fā)現(xiàn)泥炭可提供碳源有利于脫氮，該系統(tǒng)中的NH＋4－N、NO－3－N、NO－2－N和TN的去除率分別為98．05％、98．83％、95．60％、92．41％，而石英砂提供過濾補充脫氮，兩者結(jié)合的去除效果明顯高于任一者的單獨去除效果。無機生物載體在組合式生態(tài)浮床中具有較好的處理效果，但因其密度較大，在實際景觀水體修復中需要浮體較多，增加處理成本，降低其推廣效能。
2．2．2人工合成生物載體在生態(tài)浮床中的應用人工合成生物載體因其穩(wěn)定性強、堅固耐用、能夠有效抵擋水流沖擊，在組合式生態(tài)浮床生物載體中被廣泛應用。虞中杰等［13］通過構(gòu)建美人蕉竹制框架下加掛球形生物載體的方式，該系統(tǒng)對TP、NH＋4－N、NO－3－N和CODMn的去除率分別達到74．3％、76．6％、63．6％和67．5％。這得益于人工合成的球形生物載體表面易于附著微生物，有利于強化水體中污染物的降解。張雁秋等［14］以傳統(tǒng)生態(tài)浮床為對比照組，以空心塑料生物載體作為基質(zhì)和生物載體組建的組合式生態(tài)浮床系統(tǒng)為實驗組。初始進水的TN、NH＋4－N、NO－3－N是17、6、11mg／L時，該組合式生態(tài)浮床的最終TN、NH＋4－N、NO－3－N的質(zhì)量濃度分別為（1．05±0．20）、（0．38±0．18）、（0．17±0．03）mg／L，而傳統(tǒng)生態(tài)浮床的最終TN、NH＋4－N、NO－3－N的質(zhì)量濃度分別為（5．23±1．12）、（0．29±0．11）、（4．19±2．08）mg／L，顯示出良好的脫氮效果，并使硝態(tài)氮濃度保持較低濃度。
2．2．3天然纖維素物質(zhì)生物載體在生態(tài)浮床中的應用玉米秸、稻草、油菜秸、麥秸等農(nóng)作物秸稈和竹絲、樹皮等植物莖稈類的廢棄物均可以作為生物載體原料。而且用植物纖維素物質(zhì)作生物載體的較其他人合成的生物載體更容易降解，使用一定時間會自行分解，比人工稱合成的生物載體容易形成載體污泥更利于保護環(huán)境［15］。本課題組對植物纖維素物質(zhì)進行預處理后作為組合式生態(tài)浮床的生物載體，既能合理利用秸稈資源，拓寬秸稈的利用價值，又能有效修復水體和生態(tài)環(huán)境，取得良好的效果。施亮亮等［16］構(gòu)建以稻草為生物載體和植物生長基質(zhì)，以美人蕉和菖蒲為植物的復合組合式生態(tài)浮床為實驗組，以人工合成填料為基質(zhì)的組合式生態(tài)浮床為對照組。添加稻草為生物載體的組合式生態(tài)浮床在去除污染物方面明顯優(yōu)于以人工合成填料為基質(zhì)的組合式生態(tài)浮床。筆者在研究中發(fā)現(xiàn)以竹絲為生物載體的組合式生態(tài)浮床，CODMn、TN、NH＋4－N和NO－3－N的平均去除率分別為63．50％、63．86％、47．80％和64．75％明顯優(yōu)于無生物載體組合式生態(tài)浮床的49．56％、31．29％、28．24％和43．90％，鏡檢發(fā)現(xiàn)竹絲表面具有較豐富的生物相，大量活性良好的群居鐘蟲、草履蟲、累枝蟲和鞭毛蟲等，活性、數(shù)量均占優(yōu)勢的指示性原生動物，處理過程竹絲穩(wěn)定降解，釋放無機鹽類和小分子有機物為微生物生長提供必需的營養(yǎng)成分。樓菊青等［17］發(fā)現(xiàn)以毛竹為原料的生物載體在膜速度、掛膜量上有較明顯的優(yōu)勢。以上文獻研究均顯示了天然纖維素物質(zhì)在組合式生態(tài)浮床生物載體制造領(lǐng)域的潛在價值，為浮床生物載體基于天然纖維素物質(zhì)資源化利用的多元化發(fā)展打下堅實的基礎(chǔ)［18］。采用天然纖維素物質(zhì)不僅作為親水性很強的生物載體，還可以作為反硝化碳源，本課題組已經(jīng)通過紅外光譜分析方法掌握以下信息：①可生物降解材料表面具有較豐富的親水性基團（－OH（主要在纖維素、多糖物質(zhì)中）、－CH2（主要在脂肪類物質(zhì)中）、－NH2（主要為蛋白質(zhì)）），可形成更為復雜的生物膜體系，更容易吸附微生物，更利于生物增殖、生物種群的多樣性；②可生物降解材料使用過程中，被吸附其表面的微生物分解，形成一些可被微生物作為營養(yǎng)的物質(zhì)，而強化微生物的生長，如果生物載體是固體碳源，釋放出來的碳源有利于提高水體的脫氮效果。
3生物載體在生態(tài)浮床應用中急需解決的科學難題
3．1作為浮床基質(zhì)的生物載體與植物根系交互作用機理研究作為浮床基質(zhì)的生物載體與植物根系是一種相互耦合的關(guān)系，互為對方提供生長繁殖所需要的養(yǎng)分，在一定程度上促進提高了生態(tài)浮床系統(tǒng)的凈化效果、凈化進程和生物多樣性。目前本課題組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)以可生物降解的稻草作為生態(tài)浮床系統(tǒng)中植物生長的基質(zhì)時，其中水生植物（美人蕉和菖蒲）葉子呈碧綠色，而以人工合成生物載體（塑料球）為植物基質(zhì)或無任何基質(zhì)時，2種浮床中水生植物葉子呈淺黃色。分析認為稻草、塑料球均作為生物載體和植物基質(zhì)，生長速率緩慢的硝化菌更容易附著在親水性良好的稻草上，塑料球因其親水性差、生物親和性欠缺而使硝化菌增殖緩慢，稻草上大量的硝化菌就能將相對不容易被植物吸收的氨氮轉(zhuǎn)化為更容易被植物吸收的硝態(tài)氮，充分的氮素使稻草基質(zhì)生態(tài)浮床中的植物葉子更為翠綠，生長速率更快。即稻草基質(zhì)為植物根系提供充分的養(yǎng)料（硝酸鹽）；而根系能為稻草表面微生物膜提供來自光合作用的氧氣，并在稻草基質(zhì)中產(chǎn)生脫氮所需要的好氧、缺氧環(huán)境，提高整個生態(tài)浮床的脫氮效果。但是根際微生物和生物膜相互作用、相互影響研究并沒有取得很好的成果，值得深入研究。
3．2生物載體表面和植物根系表面微生物種群差異分析由于根系表面和生物載體表面存在非常大的差異，根際微生物種群類別和生物載體表面微生物類別差異、數(shù)量差異和特性差異均需要深入研究，目前很多的研究仍然處于定性分析中階段。微生物作為生態(tài)修復和污染物去除的主體，不同生理生化特性的微生物承擔著不同生物降解過程，所以掌握不同生物載體和植物根系表面微生物種群存在的差異（生長速率、呼吸類型、降解底物酶系種類、微生物種群數(shù)和數(shù)量級等），對不同污染物采取不同的不同載體和植物，或不同生物載體組合，或不同植物的多樣化組合，或人工干預提供不同的環(huán)境以實現(xiàn)污染物去除，實現(xiàn)通過對微生物相關(guān)特性的強化和調(diào)控而實現(xiàn)微生物對污染物的降解。
3．3生物載體材質(zhì)在不同污染源種類的水體修復中的選擇方法生物載體作為生態(tài)浮床中重要的生物附著場所，有時也作為浮床植物的基質(zhì)，其作用較大，但是隨著生物載體的材質(zhì)和形態(tài)等不斷多樣化，生物載體形態(tài)主要由從水流速度、使用方便和造景等因素考慮，對水體修復效果不會造成實質(zhì)上的影響，而生物載體材質(zhì)的不同對水體修復效果會產(chǎn)生極大的影響。傳統(tǒng)意義上的生物載體是塑料材質(zhì)，并將懸掛在生物載體框架以下，其作用原理是：在生物載體表面形成生物膜以提高生態(tài)浮床系統(tǒng)中微生物量達到強化生態(tài)浮床的修復效果，在其表面形成的微生物是復雜的、多樣的、雜亂的叢生，并無特定的靶向污染物，在復合污染較重的現(xiàn)在存在一定的優(yōu)勢。但是塑料材質(zhì)生物載體存在親和性和親水性差而導致微生物量少、附著困難［19］。而且對于以氮素為主要污染物且C／N低的地表水修復過程中來說并無太大的價值，因為脫氮過程中涉及硝化和反硝化過程，反硝化過程需要補充有機碳以提高脫氮效果，而塑料材料生物載體并不能提供碳源，投加液體碳源存在計量無法控制和運行管理復雜等問題，如果以人工合成高聚物作為生物載體和碳源雖然可以實現(xiàn)良好的脫氮過程和硝化菌群的富集，但費用過高［20，21］；所以天然纖維素物質(zhì)是理想的碳源、載體，不僅天然親水性和生物親和性可以實現(xiàn)生物量的最大化和掛膜的最快化，而且生物釋碳按需供給和，其來自極為廣泛（農(nóng)業(yè)廢棄物、林業(yè)廢棄物等。對于磷含量相對較高的地表水體修復時，塑料材質(zhì)或天然纖維素材質(zhì)的生物載體應用于生態(tài)浮床中則效果較差，根據(jù)生物除磷均以排泥的方式，地表水體污染物濃度較輕，污泥量少或無污泥，無排泥也就除磷效果很低?，F(xiàn)在一些工藝中為了提高除磷效果，采用一些孔隙多樣化吸收磷或含有某些能夠與磷發(fā)生化學反應的生物載體以提高除磷效果。
4展望
第3篇：生物材料范文
關(guān)鍵詞：生物材料 鎂合金 生物相容性
中圖分類號：TQ11 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2016）09（a）-0059-02
1 鎂合金的優(yōu)勢和不足
鎂合金作為生物材料有以下的特點：（1）質(zhì)量輕，密度為1.74 g/cm3，相對密度24，接近人骨密度。鎂在自然界中分布廣泛，同時在海水中也含有大量的鎂，價格相對便宜。（2）相較于鈦合金、不銹鋼等生物材料，鎂合金有其最大的優(yōu)勢――可降解性。（3）鎂合金有良好的力學性能，其楊氏模量為41.45 GPa，遠小于鈦合金和不銹鋼，這就能夠有效地緩解傳統(tǒng)金屬植入材料所引起的“應力遮蔽效應”，骨質(zhì)疏松甚至是二次骨折。（4）具有良好的生物相容性。鎂是人體必需的微量元素，成年人平均每天應該攝入約400 mg鎂離子，鎂的生物安全性高，無生物毒性。
鎂的化學性能很活潑，耐腐蝕性能較差，這是制約鎂合金在醫(yī)療方面進一步應用的最大阻力。通常，鎂合金的耐蝕性主要與生成的腐蝕產(chǎn)物層有關(guān)，當生成的腐蝕產(chǎn)物大于溶解的腐蝕產(chǎn)物時，鎂具有好的耐蝕性。由于鎂表面的氧化物膜疏松多孔，對其難以形成保護作用：鎂在酸性條件下易腐蝕，腐蝕膜無法對鎂形成保護作用；鎂在堿性條件下雖然有較好的耐腐蝕性，但其形成的是松散沉淀物。以上原因使得鎂還不能滿足當前醫(yī)學臨床上長周期植入物的要求。
2 鎂在體液中的降解過程
生物鎂合金在植入人體后需要保持12周以上才能保證組織充分愈合和生長。人體的體液是由有機酸、金屬離子、陰離子以及蛋白質(zhì)、酶和細胞等構(gòu)成的復雜的電解質(zhì)環(huán)境，pH值7.35～7.45，溫度37 ℃。由于鎂的標準電極電位極低（-2.37 V），因此，易在人體環(huán)境中發(fā)生電化學腐蝕，其反應過程有：
由于體液成分的復雜性，鎂合金在體內(nèi)的腐蝕受很多因素的影響和制約。一方面血液中大量存在的Cl-，其溶解度大且半徑小，易穿透表面膜與基體接觸發(fā)生反應，并為去極化劑和陽離子擴散打開通道，加速腐蝕電流流動，還會將Mg（OH）2溶解成MgCl2，使其喪失保護膜層的作用；另一方面PO43-、HPO2-、SO42-和CO32-與鎂鈣離子反應生成的難溶膜層和蛋白質(zhì)在鎂合金表面形成的吸附膜均會阻礙基體與體液接觸，阻礙鎂合金的進一步腐蝕。
3 鎂合金的應用與研究
鎂合金在醫(yī)療上已有了諸多應用，比如醫(yī)用螺釘、心血管支架、多孔骨修復材料等。在醫(yī)用螺釘方面，由于鎂的彈性模量與人骨的接近，可以有效地緩解應力遮蔽效應，在骨折愈合初期，提供穩(wěn)定的力學性能，并逐步增加骨的受力，刺激骨的生長，加速愈合；而在心血管支架方面，相對于不可降解的不銹鋼支架，鎂合金心血管支架有更好的應用前景；在作為多孔骨修復材料方面，由于其合適的力學性能、可降解性和本身的生物活性，能誘導細胞的分化和血管的生長。
但鎂合金作為植入材料，過快的降解速度仍然制約著鎂合金在臨床上的應用，而且必須在服役期間內(nèi)滿足必要的力學與形態(tài)學要求，因此鎂合金的降解速度不宜過快，且要盡量避免發(fā)生點蝕，點蝕的發(fā)生會加快腐蝕速率，合金降解的時間也不可控制。目前的研究工作便是近一步增加鎂合金的耐蝕性，促進均勻腐蝕行為，滿足鎂合金醫(yī)用材料降解時間的可調(diào)控性和可預測性的設(shè)計，在長時期植入生w內(nèi)期間，有效滿足新骨的生成速率和鎂合金降解速率相一致，最大地促進骨的生長和治愈效果。
4 提高鎂合金耐蝕性的方法
元素合金化是目前常用的鎂合金強化方法之一，即添加合金元素，使鎂的力學性能和耐腐蝕性得以提高，當植入材料在人體內(nèi)進行工作時，合金元素固然會隨之進入人體內(nèi)，因此合金元素必須對人體無毒副作用，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。鈣是人體必不可少的元素之一，它是組成骨骼的主要元素。加入少量的鈣可以改善鎂合金的鑄造及機械性能。鎂鈣合金中Ca的添加量低于wt.1.0%時表現(xiàn)出良好的生物相容性、低腐蝕速率以及適當?shù)膹椥阅Ａ亢蛷姸?。鍶能夠維護骨骼健康，增強骨強度和骨密度。鋅元素有助于青少年骨骼發(fā)育和組織再生，并能促進傷口愈合，提高人體機能的免疫力。鋯本身的耐蝕性就很優(yōu)異，在鎂合金中與鐵等形成穩(wěn)定的化合物。鋯能夠細化鎂合金晶粒，提高合金的機械性能和耐蝕性能。
另外，對鎂進行表面改性處理是指通過化學或物理方法進行處理，使其表面生成耐腐蝕膜，從而對基體起到保護作用。目前表面處理的方法有化學轉(zhuǎn)化膜、堿熱處理、陽極氧化、微弧氧化、離子注入和構(gòu)筑生物活性涂層等。其中構(gòu)筑生物活性涂層法是指在鎂合金表面涂上一層生物活性膜，此法不僅能提高其生物相容性，而且可以延緩基體在體液中的腐蝕和降解速率。Rudd等人[1]通過放置鎂及WE43合金在Ce（NO3）3、La（NO3）3或Pr（NO3）3溶液中進行化學處理，在表面生成稀土轉(zhuǎn)化膜。將處理過的純鎂與WE43在pH為8.5的硼酸溶液中進行動態(tài)極化測試和阻抗測試。結(jié)果表明兩種合金在溶液的耐蝕性在短期內(nèi)顯著增加。
5 鎂合金體內(nèi)測試研究成果介紹
在作為心血管支架方面，國內(nèi)外的研究人員通過科學實驗驗證了鎂合金因其具有可降解性可以在一段時間內(nèi)自行降解并具有很大的應用前景。B.Heublein等[2]將AE21鎂合金（2%Al+1%RE）支架植入家養(yǎng)豬的冠狀動脈，結(jié)果顯示植入6個月后有50%質(zhì)量損失，且降解速度與時間呈線性關(guān)系，在試驗期間沒有出現(xiàn)重大的問題和初期支架破損的現(xiàn)象。Erbel的臨床研究顯示[3]，將71個長度10～15 mm、直徑3.0～3.5 mm的鎂合金支架植入63個冠狀動脈狹窄的患者，4個月后經(jīng)血管內(nèi)超聲檢查，血管狹窄率由61.5%降低到12.6%，可觀察到部分狹窄血管直徑增加且血供良好，術(shù)后1年殘余的少量鎂合金支架嵌入內(nèi)膜，沒有不良反應。
在作為骨固定材料方面，鎂合金的腐蝕產(chǎn)物有助于誘導骨生長。F. Witte等[4]將4種不同鎂合金和1種降解聚合物植入豚鼠股骨進行比較研究，發(fā)現(xiàn)鎂合金組在1周內(nèi)有皮下氣泡產(chǎn)生，2～3周后氣泡消失；在6周和18周進行觀察，所有鎂合金植入體被主要由與骨直接接觸的Ca、P組成的磷酸鹽相覆蓋，鎂合金周圍的礦化骨的面積顯著高于聚合物，認為鎂離子的聚集可以激活骨細胞，促進骨的再生。
6 實驗生物鎂合金組織性能測試
稀土Nd在鎂合金中有較大的極限固溶度，可以對鎂合金起到很好的固溶強化作用。Nd的添加可以形成金屬間化合物使鎂合金電偶腐蝕過程中陰極性減弱，降低了鎂合金的微電偶腐蝕，并且可以改善表面氧化膜的結(jié)構(gòu)，使其變得致密，從而增強了耐腐蝕性。而且少量Nd在生物體內(nèi)無細胞毒性，晶界處會形成Mg12Nd耐蝕相，在晶界處形成腐蝕障礙，增加耐蝕性，并且析出的第二相Mg12Nd的電位比鎂稍高，可以緩解鎂被腐蝕的程度。該文介紹課題組制備的兩種稀土生物鎂合金的實驗測試結(jié)果如下。
Mg2.4Nd0.8Sr0.3Zr鎂合金在模擬體液中腐蝕7天后的表面形貌圖如圖1（a）所示。在合金腐蝕后表面生成了密集的腐蝕產(chǎn)物層，阻礙溶液進一步滲入基體，增加耐蝕性。且片狀腐蝕層被裂紋分割成相對均勻的區(qū)域，表明該合金在模擬體液中的腐蝕行為是均勻腐蝕的。Mg3.5Nd0.2Zn0.4Zr合金顯微組織如圖1（b）所示，基體主要由α-Mg和在晶界析出白色的Mg12Nd相組成，Mg12Nd相的生成提高了V合金的耐蝕性。
7 結(jié)語
綜上所述，生物鎂合金自身在各方面性能上也具有極大的優(yōu)越性，尤其是力學性能、可降解性以及生物相容性。因此，其可以作為可降解醫(yī)用金屬材料，其可降解性有助于組織生長和愈合，可極大地減輕患者的痛苦和經(jīng)濟壓力，同時避免二次手術(shù)帶來的風險，并具有廣闊的應用前景。
參考文獻
[1] AL Rudd，CB Breslin，F(xiàn) 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、研究專題和期限
專題一、乙腦和重組霍亂疫苗的產(chǎn)業(yè)化研究
（一）研究目標與內(nèi)容：
研究目標：
開發(fā)針對乙腦和霍亂的新型疫苗，完成產(chǎn)品臨床試驗研究，獲得產(chǎn)品生產(chǎn)車間的GMP證書、新藥證書和生產(chǎn)批文。建立適合工業(yè)化生產(chǎn)的質(zhì)量控制技術(shù)和標準體系，突破規(guī)?；囵B(yǎng)、純化和新劑型制備等關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，帶動傳統(tǒng)疫苗的產(chǎn)品升級和質(zhì)量提升。形成1000萬人份/年以上的生產(chǎn)能力，促進本市疫苗新技術(shù)產(chǎn)業(yè)化進程。
研究內(nèi)容：
（1）乙腦疫苗的臨床試驗和產(chǎn)業(yè)化研究。完成臨床試驗研究、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和結(jié)果分析總結(jié)，申報新藥證書和生產(chǎn)批文；開展減毒活疫苗、Vero細胞滅活疫苗工業(yè)化生產(chǎn)工藝研究，建立Vero細胞大規(guī)模培養(yǎng)和純化、產(chǎn)品批間差異小，品質(zhì)均一的關(guān)鍵生產(chǎn)技術(shù)平臺；制定乙腦疫苗生產(chǎn)質(zhì)量標準，完成樣品產(chǎn)業(yè)化試制，通過生產(chǎn)車間GMP認證。
（2）口服重組O139霍亂疫苗臨床試驗研究。完成臨床試驗研究、數(shù)據(jù)統(tǒng)計和結(jié)果分析總結(jié)，申報新藥證書和生產(chǎn)批文；開展工業(yè)化生產(chǎn)工藝研究，建立重組疫苗大規(guī)模發(fā)酵和純化、組分配伍和口服腸溶膠囊工業(yè)規(guī)模制備關(guān)鍵技術(shù)平臺；制定重組O139霍亂疫苗生產(chǎn)質(zhì)量標準，完成樣品產(chǎn)業(yè)化試制，通過生產(chǎn)車間GMP認證。
（二）研究期限：
*年9月30日前完成。
專題二、慢性腎衰的防治研究
（一）研究目標與內(nèi)容：
研究目標：
明確*社區(qū)慢性腎損傷的患病情況及高危因素，建立早期篩查診斷方法；獲得干預治療IgA腎病和多囊腎病藥物治療新方法；制定適合國人的透析充分性規(guī)范化標準，帶動相關(guān)醫(yī)院推廣應用，驗證新藥延緩治療尿毒癥的臨床療效。
研究內(nèi)容：
1、診斷：針對慢性腎損傷，開展大樣本流行病學調(diào)查，集成建立適合于大面積普查的早期篩查方法；運用代謝組學、蛋白組學等研究方法，篩選發(fā)現(xiàn)敏感特異的腎病相關(guān)生物標志物。
2、干預：針對IgA腎病與多囊腎病，研究篩選合理用藥方案，并開展前瞻性研究，評價單藥及聯(lián)合治療的療效及安全性。
3、治療：針對尿毒癥，制定適合國人的透析充分性標準，規(guī)范臨床治療方法，帶動相關(guān)醫(yī)院推廣應用；開展瀝青基球活性炭等藥物的多中心臨床研究，驗證其臨床療效。
（二）研究期限：
*年9月30日前完成研究任務
專題三、村域生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展關(guān)鍵技術(shù)集成與示范
（一）研究目標與內(nèi)容：
研究目標：
基本建成1～2個生態(tài)農(nóng)業(yè)示范村，基本建好100個自然村落生產(chǎn)、生活污染治理示范工程，形成一套農(nóng)村點源污染治理設(shè)施管理模式、政策和機制，實現(xiàn)“清潔水源、清潔田園、清潔家園、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收”的目標，成為向國內(nèi)外展示生態(tài)農(nóng)業(yè)的窗口。
研究內(nèi)容：
把循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展、農(nóng)業(yè)標準化生產(chǎn)、農(nóng)村水環(huán)境治理等關(guān)鍵技術(shù)在行政村域范圍內(nèi)進行集成創(chuàng)新與技術(shù)示范。
1、循環(huán)農(nóng)業(yè)若干關(guān)鍵技術(shù)研究與示范。以不降低農(nóng)業(yè)產(chǎn)值和農(nóng)民收入為前提，開展農(nóng)藥、化肥用量減量化關(guān)鍵技術(shù)和農(nóng)業(yè)廢棄物資源化利用的關(guān)鍵技術(shù)研究，并進行應用示范。
2、生態(tài)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)若干標準化技術(shù)體系研究與示范。開展示范村主栽農(nóng)作物生態(tài)種植的標準化技術(shù)體系、豬生態(tài)健康養(yǎng)殖標準化生產(chǎn)技術(shù)體系等研究，集成開發(fā)示范村主要農(nóng)產(chǎn)品生態(tài)生產(chǎn)技術(shù)體系，并進行應用示范。
3、農(nóng)村污水因地制宜治理技術(shù)集成研究與示范。重點開展農(nóng)村生活污水因地制宜處理技術(shù)和村域水環(huán)境生態(tài)修復關(guān)鍵技術(shù)集成研究與示范，實現(xiàn)分散點源的生態(tài)治理和資源化利用。
（二）研究期限：
*年9月30日前完成研究任務
專題四、高場超導磁共振成像系統(tǒng)的研制
（一）研究目標與內(nèi)容：
研究目標：
研制開發(fā)功能達到國際主流機型、適用于臨床的1.5T以上高場超導磁共振系統(tǒng)，完成SFDA的產(chǎn)品注冊證申報，并取得受理通知書。
研究內(nèi)容：
基于可自動調(diào)節(jié)診斷床等的系統(tǒng)集成，重點開展四個核心部件的攻關(guān)：
1、高場超導磁體：集成現(xiàn)有超導線材，突破冷卻系統(tǒng)、主動屏蔽等核心技術(shù)，攻克繞組繞制、環(huán)氧澆注等關(guān)鍵工藝，研發(fā)場強在1.5T以上的高場超導磁體。
2、多通道數(shù)字成像譜儀：集成多通道接收、核磁共振信號源數(shù)字化等關(guān)鍵技術(shù)，通過脈沖序列發(fā)生器、梯度和射頻單元等核心部件的設(shè)計開發(fā)，研制多通道全數(shù)字化成像譜儀。
3、配套梯度、射頻線圈：突破梯度線圈渦流的減小、相控陣技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計開發(fā)高性能的梯度線圈、體發(fā)射線圈，以及不同形狀、不同容積的多部位接收線圈。
4、成像軟件：集成常規(guī)脈沖序列和成像方法，突破血流成像、圖像配準等關(guān)鍵技術(shù)，制定人體各部位診斷應用的掃描方案，開發(fā)具備掃描控制、數(shù)據(jù)存儲管理、后處理和分析三方面功能的成像應用軟件。
（二）研究期限：
*年9月30日前完成研究任務
二、申請條件
1、專題一：項目應由本市具有疫苗生產(chǎn)資質(zhì)的企業(yè)牽頭。申請項目應已獲得國家食品藥品監(jiān)督管理局的臨床批文。
2、專題二：項目必須由本市醫(yī)院牽頭申報。
3、專題三：項目必須與區(qū)縣農(nóng)業(yè)重點工作有機結(jié)合。建議選擇南匯區(qū)、松江區(qū)已開展社會主義新農(nóng)村建設(shè)示范建設(shè)并進行了中長期規(guī)劃的行政村系統(tǒng)開展生態(tài)農(nóng)業(yè)關(guān)鍵技術(shù)研究。課題申報單位須在*農(nóng)村開展過相關(guān)研究工作，遞交材料時須同時遞交與相關(guān)區(qū)、鎮(zhèn)、村三級政府簽訂的合作協(xié)議。
4、專題四：項目必須由本市企業(yè)牽頭申報，且只接受整體申請，不接受針對項目部分內(nèi)容的申請。
5、申報單位應具備較強技術(shù)實力和基礎(chǔ)，具備實施項目研究必備條件。企業(yè)牽頭項目應承諾不低于1：1的匹配資金。
6、申請項目必須有較好的前期研究基礎(chǔ)，鼓勵產(chǎn)學研聯(lián)合申請，多家單位聯(lián)合申請時，應在申請材料中明確各自承擔的工作和職責，并附上合作協(xié)議或合同。
7、國內(nèi)外合作項目必須有合作協(xié)議或授權(quán)協(xié)議，涉及許可研究、專利等，申報時需附許可研究批件復印件、有關(guān)知識產(chǎn)權(quán)批件復印件等。
8、所有附件要求上傳到網(wǎng)上。
三、申請方式
1、本指南公開。凡符合課題制要求、有意承擔研究任務的在*注冊的法人、自然人均可以從“*科技”網(wǎng)站（）上進入“在線受理科研計劃項目可行性方案”，并下載相關(guān)表格《*市科學技術(shù)委員會科研計劃項目課題可行性方案（*版）》，按照要求認真填寫。
2、課題責任人年齡不限，鼓勵通過課題培養(yǎng)優(yōu)秀的中青年學術(shù)骨干。課題責任人和主要科研人員，同期參與承擔國家和地方科研項目數(shù)不得超過三項。
3、已申報今年市科委其它類別項目者應主動予以申明，未申明者按重復申報不予受理。
4、每一課題的申請人可以提出不超過2名的建議回避自己課題評審的同行專家名單（名單需隨課題可行性方案一并提交）。
5、本課題申請起始日期為*年5月20日，截止日期為*年6月13日。課題申報時需提交書面可行性方案一式4份，并通過“*科技”網(wǎng)站在線遞交電子文本1份。書面可行性方案集中受理時間為*年6月9日至13日，每個工作日上午9：00～下午4：30。所有書面文件請采用A4紙雙面印刷，普通紙質(zhì)材料作為封面，不采用膠圈、文件夾等帶有突出棱邊的裝訂方式。
6、網(wǎng)上填報備注：
（1）登陸“*科技”網(wǎng)，進入網(wǎng)上辦事專欄；
（2）點擊《科研計劃項目課題可行性方案》受理并進入申報頁面：
-【初次填寫】轉(zhuǎn)入申報指南頁面，點擊“專題名稱”中相應的指南專題后開始申報項目（需要設(shè)置“項目名稱”、“依托單位”、“登錄密碼”）；
-【繼續(xù)填寫】輸入已申報的項目名稱、依托單位、密碼后繼續(xù)該項目的填報。
第5篇：生物材料范文
0 引 言
生物醫(yī)用復合材料(biomedical composite materials)是由兩種或兩種以上的不同材料復合而成的生物醫(yī)用材料，它主要用于人體組織的修復、替換和人工器官的制造［1］。長期臨床發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)醫(yī)用金屬材料和高分子材料不具生物活性，與組織不易牢固結(jié)合，在生理環(huán)境中或植入體內(nèi)后受生理環(huán)境的，導致金屬離子或單體釋放，造成對機體的不良影響。而生物陶瓷材料雖然具有良好的化學穩(wěn)定性和相容性、高的強度和耐磨、耐蝕性，但材料的抗彎強度低、脆性大，在生理環(huán)境中的疲勞與破壞強度不高，在沒有補強措施的條件下，它只能應用于不承受負荷或僅承受純壓應力負荷的情況。因此，單一材料不能很好地滿足臨床應用的要求。利用不同性質(zhì)的材料復合而成的生物醫(yī)用復合材料，不僅兼具組分材料的性質(zhì)，而且可以得到單組分材料不具備的新性能，為獲得結(jié)構(gòu)和性質(zhì)類似于人體組織的生物醫(yī)學材料開辟了一條廣闊的途徑，生物醫(yī)用復合材料必將成為生物醫(yī)用材料和中最為活躍的領(lǐng)域。
1 生物醫(yī)用復合材料組分材料的選擇要求
生物醫(yī)用復合材料根據(jù)應用需求進行設(shè)計，由基體材料與增強材料或功能材料組成，復合材料的性質(zhì)將取決于組分材料的性質(zhì)、含量和它們之間的界面。常用的基體材料有醫(yī)用高分子、醫(yī)用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸鈣基或其他生物陶瓷、醫(yī)用不銹鋼、鈷基合金等醫(yī)用金屬材料；增強體材料有碳纖維、不銹鋼和鈦基合金纖維、生物玻璃陶瓷纖維、陶瓷纖維等纖維增強體，另外還有氧化鋯、磷酸鈣基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等顆粒增強體。
植入體內(nèi)的材料在人體復雜的生理環(huán)境中，長期受物理、化學、生物電等因素的影響，同時各組織以及器官間普遍存在著許多動態(tài)的相互作用，因此，生物醫(yī)用組分材料必須滿足下面幾項要求：(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保證材料復合后不出現(xiàn)有損生物學性能的現(xiàn)象；(2)具有良好的生物穩(wěn)定性，材料的結(jié)構(gòu)不因體液作用而有變化，同時材料組成不引起生物體的生物反應；(3)具有足夠的強度和韌性，能夠承受人體的機械作用力，所用材料與組織的彈性模量、硬度、耐磨性能相適應，增強體材料還必須具有高的剛度、彈性模量和抗沖擊性能；(4)具有良好的滅菌性能，保證生物材料在臨床上的順利應用。此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困難而使其應用受到限制。
2 生物醫(yī)用復合材料的研究現(xiàn)狀與應用
2.1 陶瓷基生物醫(yī)用復合材料
陶瓷基復合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基體，通過不同方式引入顆粒、晶片、晶須或纖維等形狀的增強體材料而獲得的一類復合材料。生物陶瓷基復合材料雖沒有多少品種達到臨床應用階段，但它已成為生物陶瓷研究中最為活躍的領(lǐng)域，其研究主要集中于生物材料的活性和骨結(jié)合性能研究以及材料增強研究等。
Al2O3、ZrO3等生物惰性材料自70年代初就開始了臨床應用研究，但它與生物硬組織的結(jié)合為一種機械的鎖合。以高強度氧化物陶瓷為基材，摻入少量生物活性材料，可使材料在保持氧化物陶瓷優(yōu)良力學性能的基礎(chǔ)上賦予其一定的生物活性和骨結(jié)合能力。將具有不同膨脹系數(shù)的生物玻璃用高溫熔燒或等離子噴涂的，在致密Al2O3陶瓷髖關(guān)節(jié)植入物表面進行涂層，試樣經(jīng)高溫處理，大量的Al2O3進入玻璃層中，有效地增強了生物玻璃與Al2O3陶瓷的界面結(jié)合，復合材料在緩沖溶液中反應數(shù)十分鐘即可有羥基磷灰石的形成［2］。為滿足外科手術(shù)對生物學性能和力學性能的要求，人們又開始了生物活性陶瓷以及生物活性陶瓷與生物玻璃的復合研究，以使材料在氣孔率、比表面積、生物活性和機械強度等方面的綜合性能得以改善。近年來，對羥基磷灰石(HA)和磷酸三鈣(TCP)復合材料的研究也日益增多［3，4］。30% HA與70%TCP在1150℃燒結(jié)，其平均抗彎強度達155MPa，優(yōu)于純HA和TCP陶瓷，研究發(fā)現(xiàn)HA-TCP致密復合材料的斷裂主要為穿晶斷裂，其沿晶斷裂的程度也大于純單相陶瓷材料。HA-TCP多孔復合材料植入動物體內(nèi)，其性能起初類似于β-TCP，而后具有HA的特性，通過調(diào)整HA與TCP的比例，達到滿足不同臨床需求的目的。45SF1/4玻璃粉末與HA制備而成的復合材料，植入兔骨中8周后取出，骨質(zhì)與復合材料之間的剪切破壞強度達27MPa，比純HA陶瓷有明顯的提高。
生物醫(yī)用陶瓷材料由于其結(jié)構(gòu)本身的特點，其力學可靠性(尤其在濕生理環(huán)境中)較差，生物陶瓷的活性研究及其與骨組織的結(jié)合性能研究，并未能解決材料固有的脆性特征。因此生物陶瓷的增強研究成為另一個研究重點，其增強方式主要有顆粒增強、晶須或纖維增強以及相變增韌和層狀復合增強等［3，5～7］。當HA粉末中添加10%～50%的ZrO2粉末時，材料經(jīng)1350～1400℃熱壓燒結(jié)，其強度和韌性隨燒結(jié)溫度的提高而增加，添加50%TZ-2Y的復合材料，抗折強度達400MPa、斷裂韌性為2.8～3.0MPam1/2。ZrO2增韌β-TCP復合材料，其彎曲強度和斷裂韌性也隨ZrO2含量的增加而得到增強。納米SiC增強HA復合材料比純HA陶瓷的抗彎強度提高1.6倍、斷裂韌性提高2倍、抗壓強度提高1.4倍，與生物硬組織的性能相當。晶須和纖維為陶瓷基復合材料的一種有效增韌補強材料，目前用于補強醫(yī)用復合材料的主要有：SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2、HA纖維或晶須以及C纖維等，SiC晶須增強生物活性玻璃陶瓷材料，復合材料的抗彎強度可達460MPa、斷裂韌性達4.3MPam1/2，其韋布爾系數(shù)高達24.7，成為可靠性最高的生物陶瓷基復合材料。磷酸鈣系生物陶瓷晶須或纖維同其它增強材料相比，不僅不影響材料的增強效果，而且由于其具有良好的生物相容性，與基體材料組分相同或相近，不會影響到生物材料的性能。HA晶須增韌HA復合材料的增韌補強效果同復合材料的氣孔率有關(guān)，當復合材料相對密度達92%～95%時復合材料的斷裂韌性可提高40%。
2.2 高分子基生物醫(yī)用復合材料
研究表明幾乎所有的生物體組織都是由兩種或兩種以上的材料所構(gòu)成的，如人體骨骼和牙齒就是由天然有機高分子構(gòu)成的連續(xù)相和彌散于其基質(zhì)中的羥基磷灰石晶粒復合而成的。生物有機高分子基復合材料，尤其生物無機與高分子復合材料的出現(xiàn)和發(fā)展，為人工器官和人工修復材料、骨填充材料開發(fā)與應用奠定了堅實的基礎(chǔ)。
生物陶瓷增強聚合物復合材料于1981年由Bonfield提出，目前的研究對象主要有：HA、AW玻璃陶瓷、生物玻璃等增強高密度聚乙烯(HDPE)和聚乳酸等高分子化合物［8，9］。HDPE-HA復合材料隨HA摻量的增加，其密度也增加，彈性模量可從1GPa提高到9MPa，但材料從柔性向脆性轉(zhuǎn)變，其斷裂形變可從大于90%下降至3%，因此可通過控制HA的含量調(diào)整和改變復合材料的性能。HA增強HDPE復合材料的最佳抗拉強度可達22～26MPa、斷裂韌性達2.9±0.3MPam1／2。由于該復合材料的彈性模量處于骨楊氏模量范圍之內(nèi)，具有極好的力學相容性，并且具有引導新骨形成的功能。AW玻璃陶瓷和生物玻璃增強HDPE復合材料具有與HA增強HDPE復合材料相似的力學性能和生物學性能，復合材料在37℃的SBF溶液中體外實驗研究表明，在其表面可形成磷灰石層，通過控制和調(diào)整AW玻璃陶瓷和生物玻璃的含量，使其滿足不同臨床應用的需求。
聚乳酸具有良好的生物相容性和可降解性，但材料還缺乏骨結(jié)合能力，對X光具有穿透性，不便于臨床上顯影觀察。將聚乳酸與HA顆粒復合有助于提高材料的初始硬度和剛性，延緩材料的早期降解速度，便于骨折早期愈合。隨著聚乳酸的降解吸收，HA在體內(nèi)逐漸轉(zhuǎn)化為自然骨組織，從而提高材料的骨結(jié)合能力和材料的生物相容性；此外可提高材料對X-射線的阻拒作用，便于臨床顯影觀察。最近，國外采用一種新的共混及精加工工藝將HA均勻分散于PLLA基體中制備了超高強度生物可吸收PLLA-HA復合材料［10］，隨HA在PLLA基體中含量增加，材料的彎曲強度和彎曲模量也增加，其最高彎曲強度可達280MPa，它既有高分子的彈性又具有類皮質(zhì)骨的剛度。將該材料浸入到SBF溶液中3天后即有大量HA晶體在表面沉積，具有骨結(jié)合能力，12周后材料具有210MPa的彎曲強度，高于皮質(zhì)骨內(nèi)固定材料彎曲強度200MPa的最底要求。因此該復合材料可望作為骨折內(nèi)固定材料，廣泛應用于臨床。PDLLA-HA復合內(nèi)固定棒兔子髁部骨折的實驗研究表明［11］，術(shù)后動物自由活動，不用任何外固定，所有動物傷口Ⅰ期愈合，無關(guān)節(jié)積液和竇道形成。X線攝片見3周時骨折端無移位，有明顯骨痂生成，骨折線模糊。6周骨折愈后，骨折線消失，骨痂最多，以后各時間點骨折無移位和再骨折，骨痂逐漸減少。12周前材料可清晰顯影，24周后模糊至消失。
碳纖維增強生物醫(yī)用高分子復合材料是發(fā)展最早的一類醫(yī)用復合材料，它主要用作骨水泥、人工關(guān)節(jié)和接骨板等［12，13］。碳纖維增強HDPE復合材料，其強度、剛性、抗疲勞和抗磨損性能均顯著高于HDPE材料，因此它常用作承受復雜應力和摩擦作用的髖關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)。碳纖維增強聚砜復合材料的抗扭強度最高可達100MPa，與金屬板相比，其斷裂模量可減少2～4倍。碳纖維增強聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)復合材料在90年代初就成功地用于顱骨缺損修復，其彎曲強度、斷裂模量及其抗沖擊性能均優(yōu)于人體顱骨材料，對患者實施顱骨缺損修復后起到重要的防護作用。用四氟乙烯纖維與碳纖維復合制備成多孔復合材料，其表面積為宏觀的1200倍，有利于生物組織的長入，它已用于牙槽骨、下頜骨、關(guān)節(jié)軟骨的修復。
第6篇：生物材料范文
碳納米材料是近年來的研究熱點，隨著人們對碳納米材料研究的深入，其在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用也在拓展，本書綜述了在碳納米材料在生物醫(yī)學中的應用前景、研究進展以及面臨的主要挑戰(zhàn)。
第1部分 介紹了碳納米材料在生物醫(yī)學中的應用，含第1-11章：1.碳納米材料在生物醫(yī)藥中的應用前景，基于納米柱、納米金剛石以及納米炸彈的物理化學性質(zhì)，2.作為藥物載體的碳納米材料；3.功能性碳納米材料在光熱療法、細胞毒性以及藥物傳遞中的應用；4.具有特殊結(jié)構(gòu)的碳納米管在生物醫(yī)藥中的應用；5.水溶性的陽離子型富勒烯衍生物的光動力治療；6.基于碳納米管場發(fā)射X射線的微焦點計算機斷層掃描技術(shù)在醫(yī)學成像中的應用；7.義齒基托材料：納米管/聚合丙烯酸甲酯復合樹脂；8.石墨烯在生物醫(yī)學中的應用；9.仿生石墨烯納米傳感器；10.功能性碳納米點在生物醫(yī)學中的應用；11.納米金剛石材料在生物醫(yī)學中的應用。第2部分 介紹了納米科技在生物醫(yī)藥方面的應用：從碳納米材料到仿生體系，含第12-18章：12.三維碳納米結(jié)構(gòu)的仿生工程；13.Janus納米結(jié)構(gòu)在生物醫(yī)藥中的應用；14.蛋白質(zhì)納米圖案構(gòu)筑；15.水溶膠粘合劑的仿生設(shè)計：從化學到應用，16.利用仿生膜測量脂質(zhì)雙分子層的滲透率；17.用于藥物檢測的熒光納米傳感器；18.仿生表面細胞工程。
本書的第一作者Mei Zhang是美國Case Western Reserve University的研究人員，主要從事碳納米材料方面的研究，在Science等國際頂級期刊發(fā)表過多篇論文。本書可作為生物醫(yī)藥工程以及材料科學與工程等相關(guān)專業(yè)研究人員的參考書。
王兆剛，博士研究生
（中國科學院半導體研究所）
第7篇：生物材料范文
1·1細胞分離用納米材料
病毒尺寸一般約80~100nm,細菌為數(shù)百納米,而細胞則更大,因此利用納米復合粒子性能穩(wěn)定、不與膠體溶液反應且易實現(xiàn)與細胞分離等特點,可將納米粒子應用于診療中進行細胞分離。該方法同傳統(tǒng)方法相比,具有操作簡便、費用低、快速、安全等特點。美國科學家用納米粒子已成功地將孕婦血樣中微量的胎兒細胞分離出來,從而簡便、準確地判斷出胎兒細胞中是否帶有遺傳缺陷。
1·2納米材料用于細胞內(nèi)部染色
利用不同抗體對細胞內(nèi)各種器官和骨骼組織的敏感程度和親和力的顯著差異,選擇抗體種類,將納米金粒子與預先精制的抗體或單克隆抗體混合,制備成多種納米金/抗體復合物。借助復合粒子分別與細胞內(nèi)各種器官和骨骼系統(tǒng)結(jié)合而形成的復合物,在白光或單色光照射下呈現(xiàn)某種特征顏色(如10nm的金粒子在光學顯微鏡下呈紅色),從而給各種組合“貼上”了不同顏色的標簽,因而為提高細胞內(nèi)組織的分辨率提供了一種急需的染色技術(shù)。
1·3納米藥物控釋材料
納米粒子不但具有能穿過組織間隙并被細胞吸收、可通過人體最小的毛細血管、甚至可通過血腦屏障等特性,而且還具有靶向、緩釋、高效、低毒且可實現(xiàn)口服、靜脈注射及敷貼等多種給藥途徑等許多優(yōu)點,因而使其在藥物輸送方面具有廣闊的應用前景。德國科學家將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包覆,在水中溶解后注入腫瘤部位,使癌細胞和磁性納米粒子濃縮在一起,通電加熱至47℃,可有效殺死腫瘤細胞而周圍正常組織不受影響;挪威工科大學的研究人員,利用納米磁性粒子成功地進行了人體骨骼液中腫瘤細胞的分離,由此來進行冶療;SharmaP等[1]用聚乙烯吡咯烷酮包覆紫松醇制得的納米粒子抗癌新藥,體內(nèi)實驗以荷瘤小鼠腫瘤體積的縮小程度和延長存活時間來評價藥效,其療效較同濃度游離紫松醇明顯增加;Damage等[2]用聚氰基丙烯酸己酯包覆胰島素制得的納米膠囊,給禁食的糖尿病鼠灌胃,2天后使血糖水平降低50%~60%,按每千克體重50單位胰島素以納米膠囊給藥,降血糖作用可維持20天,而同樣條件下,口服游離胰島素卻不能降低血糖水平。
1·4納米抗菌材料及創(chuàng)傷敷料
按抗菌機理,納米抗菌材料分為三類:一類是Ag+系抗菌材料,其利用Ag+可使細胞膜上的蛋白失活,從而殺死細菌。在該類材料中加入鈦系納米材料和引入Zn2+、Cu+等可有效地提高其的綜合性能;第二類是ZnO、TiO2等光觸媒型納米抗菌材料,利用該類材料的光催化作用,與H2O或OH-反應生成一種具有強氧化性的羥基以殺死病菌;第三類是C-18A°納米蒙脫土等無機材料,因其內(nèi)部有特殊的結(jié)構(gòu)而帶有不飽和的負電荷,從而具有強烈的陽離子交換能力,對病菌、細菌有強的吸附固定作用,從而起到抗菌作用。
由于納米銀粒子的表面效應,其抗菌能力是相應微米銀粒子的200倍以上,因而添加納米銀粒子制成的醫(yī)用敷粒對諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠濃桿菌等臨床常見的40余種外科感染細菌有較好抑制作用。深圳安信納米生物科技有限公司已開發(fā)出粒徑約25nm的銀抗菌顆粒,其具有廣譜、親水、無抗藥性,對大腸桿菌等致病微生物有強烈的殺滅作用。由其進一步研發(fā)出的納米創(chuàng)口貼,其外觀、價格都與普通創(chuàng)口貼相近,具有護創(chuàng)作用,還具有超強活性,能激活細胞、修復病變組織、加速傷口恢復的作用;相應方法還制備了納米材料抗菌潰瘍貼。此外,青島化工學院等已開發(fā)出具有抗菌功能的多種紡織品;南京?？萍瘓F用納米銀粒子同棉織品復合,制成了廣譜抗菌的新型醫(yī)用棉。
1·5納米顆粒中藥及保健品
微米級中藥有50%以上不溶于水,而納米級中藥粒子則可溶于水,從而有效提高藥物利用率。利用納米技術(shù)將中藥材制成極易被人體吸收的納米粒子口服膠囊、口服液或膏藥,不但克服了中藥在煎熬中有效成份損失及口感上的不足,而且可使有效成份吸收率大幅度提高。將制成的納米中藥膏直接貼于患處,納米粒子很易經(jīng)皮膚直接被吸收。研發(fā)納米中藥產(chǎn)品是促進中藥走向世界、提高產(chǎn)品附加值、實現(xiàn)傳統(tǒng)中藥產(chǎn)業(yè)升級的發(fā)展方向之一。用納米技術(shù)將不易被人體吸收或毒性較大的藥物或保健品制成納米膠囊或納米粒子懸浮液,則可制得具有極高效/費比的納米保健品。如微量元素硒具有防癌、護肝、免疫調(diào)節(jié)等作用。中國科技大學率先用納米硒開發(fā)出“硒旺膠囊”,生物試驗證明,其急性毒性是無機硒的1/7,是有機硒的1/3,其清除羥基自由基活性是無機硒的5倍,清除過氧陰離子和過氧化氫的活性也大幅度提高,使其在免疫調(diào)節(jié)和抑制腫瘤方面的靈敏性顯著提高,納米硒的安全性和生物活性使硒的保健功能可以更充分地發(fā)揮出來。
1·6納米醫(yī)用陶瓷
納米陶瓷在人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工齒以及牙種植體、耳聽骨修復體等人工器官制造及臨床應用領(lǐng)域有廣闊的應用前景。四川大學李玉寶教授等[3~4]用硝酸鈣、磷酸銨為原料,二甲基甲酰胺為分散劑,在常壓下制備出晶體結(jié)構(gòu)類似于人骨組織的納米級羥基磷灰石針狀晶體,可用作人骨組織修復材料;Luo等[5]用TEOS在氫氟酸催化下,經(jīng)溶膠/凝膠法制得納米孔結(jié)構(gòu)的SiO2,再用TEGDMA經(jīng)光引發(fā)原位聚合制得SiO2/PTEGDMA納米復合材料,其比傳統(tǒng)的牙科用復合材料具有更優(yōu)異的耐磨性及韌性。通常方法制備的羥基磷灰石人工骨植入物,其強度和韌性都較低,不能滿足應用要求。國外已制備出含有ZrO2的納米羥基磷灰石復合材料,其硬度、韌性等綜合性能可達到甚至超過致密骨骼相應性能。通過調(diào)節(jié)ZrO2含量,可使該納米復合人工骨材料具有優(yōu)良的生物相容性[6]。美國Arizona材料實驗室和Princeton大學的研究人員用聚二甲基丙烯酸酯、聚偏氟乙烯和鈦鹽作原料,應用溶膠/凝膠工藝合成的納米TiO2/聚合物復合材料,用其作人工骨,其強度和韌性等力學性能與人體骨相當。
1·7生物活性材料
自Hench[7]首先報道某些組成的玻璃具有生物活性以來,國內(nèi)外對生物玻璃的研制十分活躍,但生物玻璃較脆、不能滿足人工骨材料的使用要求。隨著納米技術(shù)發(fā)展,生物活性雜化材料在保持柔韌性的同時,彈性模量已接近硅酸硼玻璃,而且便于加入活性物質(zhì),因此是一種開發(fā)生物材料的理想途徑。Jones等[8]用TEOS、甲基丙烯酰胺在偶氮類引發(fā)劑作用下,加入氯化鈉制備出含鈣鹽的納米SiO2/聚合物復合材料,將其在人體液中(SBF)放置1周后,可以觀察到其表面有羥基磷灰石層形成,因而具有較好的生物活性,OKelly等[9]總結(jié)了借助仿生過程制備具有生物活性的納米復合材料的思路和研究成果。應用溶膠/凝膠技術(shù)制備納米復合材料,同時在體系中引入胺基、醛基、羥基等有機官能團,使材料表面具有反應活性,可望在生化物質(zhì)固定膜材料、生物膜反應器等方面獲得較大應用。
Schtelzer等[10]較早研究了在凝膠玻璃中固定胰蛋白酶的特性;Cho等[11]開發(fā)了有機—無機納米復合材料固定α-淀粉酶,其穩(wěn)定性超過1個月,可望用于研制生物膜反應器。含鈦硅的納米復合材料具有優(yōu)良的透光率、氧氣透過率和吸濕性,是理想的隱形眼鏡材料。Schmidt等[12,13]在環(huán)硅氧烷、TEOS、異丙醇鈦、甲基丙烯基硅烷、丙烯酸甲酯體系中,加入稀酸,使其在酸性條件下水解/聚合,得到隱形眼鏡材料。該材料具有良好的透氧性、潤濕性及較高的強度,良好的彈性和柔韌性,其透明度和折光率等均滿足隱性眼鏡的性能要求。我國浙江大學及華南理工大學等單位也開展了類似研究并已取得良好進展[14]。聚氨酯材料是重要的生物醫(yī)學材料,因其良好的生物相容性和優(yōu)異的力學性能常用來制作血管移植物、介入導管、心臟輔助循環(huán)體系及人工心臟等。許海燕等[15]用聚醚型聚氨酯與納米碳經(jīng)溶膠/凝膠法制得的納米碳/聚氨酯復合材料,具有較好的微相分離結(jié)構(gòu),改善了材料表面的血溶相容性;Huang等[16]用帶羥基的線性聚氨酯(Mn=6000)與TEOS作用,調(diào)節(jié)二者配比,可得到從柔韌的彈性體到堅硬的塑料等不同性能的納米復合材料,以滿足不同使用要求;Xu等[17]用聚氨酯和有機蒙脫土經(jīng)溶液插層、溶膠/凝膠制得的納米復合材料,在改善聚氨酯材料力學性能的同時,顯著地降低了水蒸氣及空氣的透過率,更好地滿足全人工心臟等植入人工器官的應用要求。
用溶膠/凝膠法制備的納米微孔SiO2玻璃,可用作微孔反應器、功能性分子吸附劑、生物酶催化劑及藥物控釋體系的載體等[18];利用聚二甲基硅氧烷(PDMS)/納米SiO2復合材料無毒及優(yōu)良的生物相容性,通過調(diào)節(jié)PDMS含量控制其硬度和彈性,可用作生物活性材料;用納米粒子直接分散法制得的表面帶有胺基或羥基的SiO2/聚吡咯納米復合材料,可用作凝集免疫測定中高顯色的“標記器”微粒;利用聚吡咯的良好導電性,其納米復合材料在組織工程及神經(jīng)修復等領(lǐng)域具良好應用前景[19,20]。
2展望
第8篇：生物材料范文
1聚乳酸
聚乳酸(PLLA)是FDA(美國食品和藥物管理局)認可的一種可完全生物降解，對環(huán)境無污染的聚酯類高分子材料，屬于人工合成的科生物降解的熱塑性脂肪族聚酯。聚乳酸合成的主要原料是乳酸，乳酸是一類可再生的資源，而且具有無毒無刺激的特性。PLLA具有適應的生物降解特性、良好的生物相容性和可加工性，以及優(yōu)良的力學強度。已廣泛應用于可吸收縫合線、藥物緩釋材料、人工血管、止血劑、外科粘合劑和骨折內(nèi)固定等領(lǐng)域，近幾年來引起人們廣泛的關(guān)注。
1.1PLLA用于支架材料
此應用是基于組織工程的生物裝置。是為了保證人體細胞和組織的生長，從而達到理想的身體組織功能。PLLA作為一種工程支架材料，具有工程支架材料所必需的兩個條件：一是細胞生長和輸送營養(yǎng)所必需的孔結(jié)構(gòu)；二是助于細胞生長所需要的幾何形狀和機械強度。PLLA組織工程支架最早經(jīng)過在材料上培養(yǎng)組織細胞且不斷演變?yōu)榻M織和器官，在這一過程中會緩慢的降解不斷地被組織肌體所吸收。
1.2PLLA用于骨科和牙科材料
在高分子醫(yī)用材料發(fā)張起來之前，骨科的固定和牙科的填充物多數(shù)是金屬材料。比如骨科的固定多數(shù)是不銹鋼等材料，但是這些金屬材料會引發(fā)一個問題，那就是“應力屏蔽效應”造成金屬材料周圍的骨組織因為收不到引力刺激形成骨質(zhì)疏松和骨退化。這種效應的原因是金屬在剛度上遠遠超過人骨，在力學性能上難以跟隨骨折的恢復情況適時調(diào)整。而聚乳酸等高分子材料在強度剛度韌性上和人體接近，而且隨著骨折的愈合會被慢慢的降解吸收，不僅發(fā)揮了良好的性能，也避免了二次手術(shù)，減輕病人的痛苦。
1.3PLLA納米纖維編織縫合線
以PLLA為原料，采用靜電紡絲和圓盤定向收集得到具有有序排列的納米纖維束，并將其編織成線，得到PLLA納米纖維縫合線。這是一種新的應用。對新型可吸收PLLA縫線的微觀形貌、血液相容性、細胞毒性進行了性能表征，并測試了其力學性能。結(jié)果表明，納米纖維在一定的圓盤轉(zhuǎn)速下表現(xiàn)出較好的定向性，力學性能良好。MTT實驗結(jié)果表明縫線材料無細胞毒性，且顯示出較高的增殖率，說明新型可吸收PLLA納米纖維縫線具有良好的生物相容性和安全性?？p線在溶血試驗中溶血率<5%，符合醫(yī)用材料的溶血要求。
2聚丙烯腈
丙烯腈又稱PAN，是重要的合成纖維原料，PAN含量為89%共聚物稱為腈綸，用于醫(yī)學應用中的人工血管、超濾裝置、和透析型人工腎中中空纖維的制造。用以超濾清除中大分子的物質(zhì)，但是有無其是憎水性的，所以在應用中應與親水性單體共聚來改性，這個是醫(yī)用材料研究表面改改性的部分。PAN纖維經(jīng)高溫碳化可以制成碳纖維，用于增強復合材料以制作假肢、假牙、人工肌腱、韌帶、牙槽骨、下頜骨以及軟骨等。此外，丙烯腈還可以和其他的聚合物形成共聚物應用于醫(yī)學的其他方面，例如腦動脈瘤加固保護劑等。PAN基的碳纖維還具有良好的吸附特性，可以用于制作吸附性人工腎，人工肝等。
3聚四氟乙烯
聚四氟乙烯主要應用于隆鼻術(shù)，他是一種惰性膨體聚合物，其內(nèi)部由許多結(jié)節(jié)組成，結(jié)與結(jié)之間細小的纖維多方向立體交織在一起，形成超微多空的結(jié)構(gòu)。他的主要性能如下：非極性、線性結(jié)晶聚合物，一般結(jié)晶度在55%到75%之間，有時高達94%；分子量一般為40萬到100萬之間，化學穩(wěn)定性良好，耐強酸強堿強氧化劑等，甚至于耐受王水的腐蝕，對很多物質(zhì)均無黏附作用。所以這種材料可以耐受反復的高溫消毒滅菌，流變性好，易于加工成型。其具體優(yōu)點如下：1、性能穩(wěn)定，無毒，耐高低溫，耐腐蝕；2、有海綿狀、膜狀、塊狀、片狀等不同形狀，而且容易塑形，可隨意雕成各種形狀；3、材料光滑，黏性系數(shù)摩擦系數(shù)極小，有彈性和一定的柔韌性，不易撕斷；4、內(nèi)部的超微多孔結(jié)構(gòu)可以允許周圍的組織血管和肉芽組織長入，從根本上避免了術(shù)后遠期發(fā)生假體活動等不良效果；5、材料具有堅實柔軟且允許組織長入的特點，隧道填充效果完美且與周圍組織緊密鑲嵌，作為隆鼻材料可以使鼻子外觀更趨于自然，形狀手感自然逼真。聚四氟乙烯在心血管系統(tǒng)也有很多引用，比如血管的修復，人工瓣膜的低緩，阻塞球和縫合環(huán)包布，人工肺氣體交換膜，燃供腎和人工肝的解毒罐，心血管導管引導鋼絲的表面涂層等。是在人體內(nèi)如果磨損產(chǎn)生顆粒，對其生物相容性就會產(chǎn)生不利的影響。
4總結(jié)
以上我介紹了三種高分子聚合物的特性及應用，當然有的材料優(yōu)點很多但在實際引用中還應考慮制造工藝以及成本問題，例如膨體聚四氟乙烯，如果在工藝上能改進，降低成本，相信可以得到廣泛引用。
參考文獻
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第9篇：生物材料范文
1 常規(guī)實驗
高中教材中出現(xiàn)的一些使用洋蔥作為材料的常規(guī)實驗。
1.1植物細胞的質(zhì)壁分離及質(zhì)壁分離復原
實驗取紫色洋蔥鱗片葉外表皮細胞(具紫色大液泡)為材料。
實驗步驟：制作洋蔥鱗片葉外表皮細胞臨時裝片觀察蓋玻片一側(cè)滴蔗糖溶液，另一側(cè)用吸水紙吸引觀察質(zhì)壁分離蓋玻片一側(cè)滴清水，另一側(cè)用吸水紙吸引觀察質(zhì)壁分離復原。
實驗結(jié)果：細胞外溶液濃度>細胞內(nèi)溶液濃度，細胞失水質(zhì)壁分離；細胞外溶液濃度
1.2觀察根尖分生組織細胞的有絲分裂
實驗取水培洋蔥根尖分生區(qū)為材料，上午10時到下午2時取材，此時細胞分裂活躍。
實驗步驟：洋蔥根尖的培養(yǎng)裝片的制作(解離漂洗染色制片)觀察。
實驗結(jié)果：在低倍鏡下找到根尖分生區(qū)細胞：細胞呈正方形，排列緊密，有的細胞正在分裂；換高倍鏡下觀察：分裂中期分裂前、后、末期分裂間期，各時期細胞內(nèi)染色體形態(tài)和分布的特點，其中，處于分裂間期的細胞數(shù)目最多。
1.3低溫誘導染色體加倍
實驗取水培洋蔥根尖分生區(qū)為材料，當洋蔥根長出約1cm左右的不定根時，放入冰箱，于4℃的低溫室內(nèi)，誘導培養(yǎng)36h。
實驗步驟：洋蔥根尖培養(yǎng)及低溫誘導處理一制作裝片(解離漂洗染色制片)觀察比較。
實驗結(jié)果：視野中既有正常的二倍體細胞，也有染色體數(shù)目發(fā)生改變的細胞。
1.4DNA的粗提取與鑒定
實驗取洋蔥鱗莖(去紫色表皮細胞)，或使用白色洋蔥為材料。
實驗步驟：材料研磨不同濃度氯化鈉多次溶解、析出、溶解，過濾得濾液濾液中加入95％的酒精溶液使DNA析出檢測鑒定。
實驗結(jié)果：洋蔥鱗莖細胞含有DNA，二苯胺沸水浴鑒定呈藍色。
2 改進實驗
高中教材中還有一些實驗也可以改用洋蔥做材料，可以節(jié)省資源，效果也不錯，現(xiàn)總結(jié)如下。
2.1還原性糖檢測的材料
實驗取洋蔥鱗莖(去紫色表皮細胞)，或使用白色洋蔥為材料。
實驗原理：還原糖與斐林試劑水浴加熱產(chǎn)生磚紅色沉淀。
實驗步驟：將材料打磨呈勻漿取樣液2mL于試管中加入剛配的斐林試劑1mL(斐林試劑甲液和乙液等量混合均勻后再加入)水浴加熱2min左右觀察顏色變化。
實驗結(jié)果：洋蔥鱗莖含還原性糖，與斐林試劑反應產(chǎn)生磚紅色沉淀。
2.2觀察DNA和RNA在細胞中的分布
實驗取洋蔥鱗片葉內(nèi)表皮細胞為材料，取時盡量避免材料上帶有葉肉組織細胞。
實驗原理：甲基綠和吡羅紅兩種染色劑對DNA和RNA的親和力不同，甲基綠對DNA親和力強，使DNA顯現(xiàn)出綠色，而吡羅紅對RNA的親和力強，使RNA呈現(xiàn)出紅色。
實驗步驟：取材水解沖洗染色觀察。
實驗結(jié)果：真核細胞的DNA主要分布在細胞核內(nèi)，RNA主要分布在細胞質(zhì)中。
2.3綠葉中色素的提取與分離
實驗材料用到的是置于陽光下水培后，洋蔥鱗莖中央抽出的綠薹，顏色墨綠，效果很好。
實驗原理：提取――葉綠體中的色素能溶解在有機溶劑丙酮或無水乙醇中；分離――各色素在層析液中的溶解度不同，隨層析液在濾紙上擴散速度不同。
實驗步驟：提取色素制備濾紙條畫濾液細線分離色素觀察和記錄。
實驗結(jié)果：濾紙條從上到下：橙黃色(胡蘿卜素)、黃色(葉黃素)、藍綠色(葉綠素a)、黃綠色(葉綠素b)。
3 校本實驗
增加學生興趣，培養(yǎng)學生的動手能力，實驗設(shè)計能力，也可以利用洋蔥進行一些校本課程中的實驗。
3.1洋蔥汁液的顯字效果
實驗取洋蔥鱗片葉的研磨液為材料。
實驗原理：紙中的纖維素與洋蔥汁液中的有機酸反應，生成酯，酯的燃點低，受熱時，在紙上生成酯的地方就先被火烤焦變黃，顯出字跡來。
實驗步驟：將材料打磨呈勻漿用毛筆蘸取汁液在白紙上寫字晾干用火焰烘烤觀察。
實驗結(jié)果：烘烤后，白紙上消失的字跡重新出現(xiàn)。
3.2利用顯微鏡觀察洋蔥表皮細胞
實驗取洋蔥鱗片葉外表皮為材料。
實驗原理：顯微鏡觀察植物單層細胞及內(nèi)部結(jié)構(gòu)。
實驗步驟：用鑷子撕取洋蔥鱗片葉外表皮置于滴加清水的載玻片上、展平蓋上蓋玻片低倍鏡觀察高倍鏡觀察。
實驗結(jié)果：顯微鏡下觀察到洋蔥鱗片葉外表皮細胞有細胞壁，有紫色大液泡等結(jié)構(gòu)。
3.3
洋蔥內(nèi)殺菌物質(zhì)對細菌的抑制作用
實驗取洋蔥鱗片葉的研磨液為材料。
實驗原理：洋蔥中含有植物殺菌素如大蒜素等，因而有很強的殺菌能力，在培養(yǎng)基中加入洋蔥汁液后細菌生長受抑制。
實驗步驟：配置細菌培養(yǎng)基培養(yǎng)皿中鋪平板，實驗組加入洋蔥研磨液對照組與實驗組同時接種等量的細菌恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)相同時間觀察。
