生物医用材料前景篇1
关键词：纳米材料 生物医学 应用
1应用于生物医学中的纳米材料的主要类型及其特性
1.1纳米碳材料
纳米碳材料主要包括碳纳米管、气相生长碳纤维也称为纳米碳纤维、类金刚石碳等。
碳纳米管有独特的孔状结构［1］，利用这一结构特性，将药物储存在碳纳米管中并通过一定的机制激发药物的释放，使可控药物变为现实。此外，碳纳米管还可用于复合材料的增强剂、电子探针（如观察蛋白质结构的aFm探针等）或显示针尖和场发射。纳米碳纤维通常是以过渡金属Fe、Co、ni及其合金为催化剂，以低碳烃类化合物为碳源，氢气为载体，在873K～1473K的温度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在医学领域中有广泛的应用前景。类金刚石碳（简称DLC）是一种具有大量金刚石结构C—C键的碳氢聚合物，可以通过等离子体或离子束技术沉积在物体的表面形成纳米结构的薄膜，具有优秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。资料报道，与其他材料相比，类金刚石碳表面对纤维蛋白原的吸附程度降低，对白蛋白的吸附增强，血管内膜增生减少，因而类金刚石碳薄膜在心血管临床医学方面有重要的应用价值。
1.2纳米高分子材料
纳米高分子材料，也称高分子纳米微粒或高分子超微粒，粒径尺度在1nm～1000nm范围。这种粒子具有胶体性、稳定性和优异的吸附性能，可用于药物、基因传递和药物控释载体，以及免疫分析、介入性诊疗等方面。
1.3纳米复合材料
目前，研究和开发无机—无机、有机—无机、有机—有机及生物活性—非生物活性的纳米结构复合材料是获得性能优异的新一代功能复合材料的新途径，并逐步向智能化方向发展，在光、热、磁、力、声［2］等方面具有奇异的特性，因而在组织修复和移植等许多方面具有广阔的应用前景。国外已制备出纳米Zro2增韧的氧化铝复合材料，用这种材料制成的人工髋骨和膝盖植入物的寿命可达30年之久［3］。研究表明，纳米羟基磷灰石胶原材料也是一种构建组织工程骨较好的支架材料［4］。此外，纳米羟基磷灰石粒子制成纳米抗癌药，还可杀死癌细胞，有效抑制肿瘤生长，而对正常细胞组织丝毫无损，这一研究成果引起国际的关注。北京医科大学等权威机构通过生物学试验证明，这种粒子可杀死人的肺癌、肝癌、食道癌等多种肿瘤细胞。
此外，在临床医学中，具有较高应用价值的还有纳米陶瓷材料，微乳液等等。
2纳米材料在生物医学应用中的前景
2.1用纳米材料进行细胞分离
利用纳米复合体性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应的特性进行细胞分离在医疗临床诊断上有广阔的应用前景。20世纪80年代后，人们便将纳米Sio2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，使所需要的细胞很快分离出来。目前，生物芯片材料已成功运用于单细胞分离、基因突变分析、基因扩增与免疫分析（如在癌症等临床诊断中作为细胞内部信号的传感器［5］）。伦敦的儿科医院、挪威工科大学和美国喷气推进研究所利用纳米磁性粒子成功地进行了人体骨骼液中癌细胞的分离来治疗病患者［6］。美国科学家正在研究用这种技术在肿瘤早期的血液中检查癌细胞，实现癌症的早期诊断和治疗。
2.2用纳米材料进行细胞内部染色
比利时的Demey博士等人利用乙醚的黄磷饱和溶液、抗坏血酸或柠檬酸钠把金从氯化金酸（HauCl4）水溶液中还原出来形成金纳米粒子，（粒径的尺寸范围是3nm～40nm），将金纳米粒子与预先精制的抗体或单克隆抗体混合，利用不同抗体对细胞和骨骼内组织的敏感程度和亲和力的差异，选择抗体种类，制成多种金纳米粒子—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），从而给各种组织“贴上”了不同颜色的标签，为提高细胞内组织分辨率提供了各种急需的染色技术。
2.3纳米材料在医药方面的应用
2.3.1纳米粒子用作药物载体
一般来说，血液中红血球的大小为6000nm～9000nm，一般细菌的长度为2000nm～3000nm［7］，引起人体发病的病毒尺寸为80nm～100nm，而纳米包覆体尺寸约30nm［8］，细胞尺寸更大，因而可利用纳米微粒制成特殊药物载体或新型抗体进行局部的定向治疗等。专利和文献资料的统计分析表明，作为药物载体的材料主要有金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒、生物降解性高分子纳米颗粒和生物活性纳米颗粒。
磁性纳米颗粒作为药物载体，在外磁场的引导下集中于病患部位，进行定位病变治疗，利于提高药效，减少副作用。如采用金纳米颗粒制成金溶液，接上抗原或抗体，就能进行免疫学的间接凝聚实验，用于快速诊断［9］。生物降解性高分子纳米材料作为药物载体还可以植入到人体的某些特定组织部位，如子宫、阴道、口（颊、舌、齿）、上下呼吸道（鼻、肺）、肛门以及眼、耳等［10］。这种给药方式避免了药物直接被消化系统和肝脏分解而代谢掉，并防止药物对全身的作用。如美国麻省理工学院的科学家已研制成以用生物降解性聚乳酸（pLa）制的微芯片为基础，能长时间配选精确剂量药物的药物投送系统，并已被批准用于人体。近年来生物可降解性高分子纳米粒子（nps）在基因治疗中的Dna载体以及半衰期较短的大分子药物如蛋白质、多肽、基因等活性物质的口服释放载体方面具有广阔的应用前景。药物纳米载体技术将给恶性肿瘤、糖尿病和老年痴呆症的治疗带来变革。
2.3.2纳米抗菌药及创伤敷料
ag+可使细胞膜上蛋白失去活性从而杀死细菌，添加纳米银粒子制成的医用敷料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。
2.3.3智能—靶向药物
在超临界高压下细胞会“变软”，而纳米生化材料微小易渗透，使医药家能改变细胞基因，因而纳米生化材料最有前景的应用是基因药物的开发。德国柏林医疗中心将铁氧体纳米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入肿瘤部位，使癌细胞部位完全被磁场封闭，通电加热时温度达到47℃，慢慢杀死癌细胞。这种方法已在老鼠身上进行的实验中获得了初步成功［11］。美国密歇根大学正在研制一种仅20nm的微型智能炸弹，能够通过识别癌细胞化学特征攻击癌细胞，甚至可钻入单个细胞内将它炸毁。
生物医用材料前景篇2
一、生物医用高分子材料的特点
生物医用高分子材料是一种聚合物材料，主要用于制造人体内脏、体外器官、药物剂型及医疗器械。按照来源的不同，生物医用高分子材料可以分为天然生物高分子材料和合成生物高分子材料2种。前者是自然界形成的高分子材料，如纤维素、甲壳素、透明质酸、胶原蛋白、明胶及海藻酸钠等；后者主要通过化学合成的方法加以制备，常见的有合聚氨酯、硅橡胶、聚酯纤维、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。按照材料的性质，生物医用高分子材料可以分为非降解材料和降解材料。前者主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃，芳香聚酯、聚硅氧烷等；后者包括聚乙烯亚胺—聚氨基酸共聚物、聚乙烯亚胺—聚乙二醇—聚（β-胺酯）共聚物、聚乙烯亚胺—聚碳酸酯共聚物等。
生物医用高分子材料作为植入人体内的材料，必须满足人体内复杂的环境，因此对材料的性能有着严格的要求。首先，材料不能有毒性，不能造成畸形；其次，生物相容性比较好，不能与人体产生排异反应；第三，化学稳定性强，不容易分解；第四，具备一定的物理机械性能；第五，比较容易加工；最后，性价比适宜。其中最关键的性能是生物相容性。
根据国际标准化组织（internationalStandardsorganization，iSo）的解释，生物相容性是指非活性材料进入后，生命体组织对其产生反应的情况。当生物材料被植入人体后，生物材料和特定的生物组织环境相互产生影响和作用，这种作用会一直持续，直到达到平衡或者植入物被去除。生物相容性包括组织相容性、细胞相容性和血液相容性。
二、生物医用高分子材料的发展历史
人类对生物医用高分子材料的应用经过了漫长的阶段。根据记载，公元前3500年，古埃及人就用棉花纤维和马鬃缝合伤口，此后到19世纪中期，人类还主要停留在使用天然高分子材料的阶段；随后到20世纪20年代，人类开始学会对天然高分子材料进行改性，使之符合生物医学的要求；再后来人类开始尝试人工合成高分子材料；20世纪60年代以来，生物医用高分子材料得到了飞速发展和广泛的普及。1949年，美国就率先发表了研究论文，在文中第1次阐述了将有机玻璃作为人的头盖骨、关节和股骨，将聚酰胺纤维作为手术缝合线的临床应用情况，对医用高分子的应用前景进行了展望。这被认为是生物医用高分子材料的开端。
在20世纪50年代，人类发现有机硅聚合物功能多样，具有良好的生物相容性（无致敏性和无刺激性），之后有机硅聚合物被大量用于器官替代和整容领域。随着科技的发展，20世纪60年代，美国杜邦公司生产出了热塑性聚氨酯，这种材料的耐屈挠疲劳性优于硅橡胶，因此在植入生物体的医用装置及人工器官中得到了广泛应用。随后人工尿道、人工食道、人工心脏瓣膜、人工心肺等器官先后问世。生物医用高分子材料也从此走上快速发展的道路。
三、生物医用高分子材料的发展现状、前景和趋势
据相关研究调查显示，我国生物医用高分子材料研制和生产发展迅速。随着我国开始慢慢进入老龄化社会和经济发展水平的逐步提高，植入性医疗器械的需求日益增长，对生物医用高分子材料的需求也将日益旺盛。2015年1月28日，中国医药物资协会的《2014中国单体药店发展状况蓝皮书》显示，2014全年全国医疗器械销售规模约2556亿元，比2013年度的2120亿元增长了436亿元，增长率为20.06%。但是相比于医药市场总规模（预计为13326亿元）来说，医药和医疗消费比为1∶0.19还略低，因此业内普遍认为，医疗器械仍然还有较广阔的成长空间，生物医用高分子材料也将迎来良好的发展前景。
根据evaluatemedtech公司基于全球300家顶尖医疗器械生产商的公开数据而得出的报告《2015-2020全球医疗器械市场》预测，2020年全球医疗器械市场将达到4775亿美元，2016-2020年间的复合年均增长率为4.1%。世界医疗器械格局的前6大领域包括：诊断、心血管、影像大型设备、骨科、眼科、内窥镜，其中生物医用高分子材料在其中都得到了广泛的应用。
以往的医学研究对组织和器官的修复，更多是选择一种替代品，实现原有组织和器官的部分功能。随着再生医学和干细胞技术的迅速发展，利用生物技术再生和重建器官、个性化治疗和精准医学已经成为趋势。因此传统的生物医药高分子材料已经不能满足现有的需求，需要模拟生物的结构，恢复和改进生物体组织与器官的功能，最终实现器官和组织的再生，这也是生物医用高分子材料未来的发展方向。
生物医用高分子材料在医疗器械领域中得到了非常广泛的应用，主要体现在人工器官、医用塑料和医用高分子材料3个领域。
1.人工器官
人工器官指的是能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料；或者说是具有天然器官组织或部件功能的材料，如人工心瓣膜、人工血管、人工肾、人工关节、人工骨、人工肌腱等，通常被认为是植入性医疗器械。人工器官主要分为机械性人工器官、半机械性半生物性人工器官、生物性人工器官3种。第1种是指用高分子材料仿造器官，通常不具有生物活性；第2种是指将电子技术和生物技术结合；第3种是指用干细胞等纯生物的方法，人为“制造”出器官。目前生物医用高分子材料主要应用在第1种人工器官中。
目前，植入性医疗器械中骨科占据约为38%的市场份额；随后是心血管领域的36%；伤口护理和整形外科分别为8%左右。人工重建骨骼在骨科产品市场中占据了超过31%的市场份额，主要产品是人工膝盖，人工髋关节以及骨骼生物活性材料等，主要应用的生物医用高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、聚砜、聚左旋乳酸、乙醇酸共聚物、液晶自增强聚乳酸、自增强聚乙醇酸等。心血管产品市场中支架占据了一半以上的市场份额，此外还有周边血管导管移植、血管通路装置和心跳节律器等。
目前各国都认识到了人工器官的重要价值，加大了研发力度，取得了一些进展。2015年，美国康奈尔大学的研究人员开发出了一种轻量级的柔性材料，并准备将其用于创建一个人工心脏。在我国，3D打印人工髋关节产品获得国家食品药品监督管理总局（CFDa）注册批准，这也是我国首个3D打印人体植入物。
人工器官未来发展趋势是诱导被损坏的组织或器官再生的材料和植入器械。人工骨制备的发展趋势是将生物活性物质和基质物质组合到一起，促进生物活性物质的黏附、增殖和分化。血管生物支架的发展趋势是聚合物共混技术，如海藻酸钠/壳聚糖、胶原/壳聚糖、胶原/琼脂糖、壳聚糖/明胶、壳聚糖/聚己内酯、聚乳酸/聚乙二醇等体系。
2.医用塑料
医用塑料，主要用于输血输液用器具、注射器、心导管、中心静脉插管、腹膜透析管、膀胱造瘘管、医用粘合剂以及各种医用导管、医用膜、创伤包扎材料和各种手术、护理用品等。注塑产品是医用塑料制品当中产量最大的品种。与普通塑料相比，医用塑料要求比较高，严格限制了单体、低聚物、金属离子的残留，对于原材料的纯度要求很高，对加工设备的要求也非常严格，在加工和改性过程中避免使用有毒助剂，通常具有表面亲水、抗凝血等特殊功能。常用医用塑料包括聚氯乙烯（pVC）、聚乙烯（pe）、聚丙烯（pp）、聚四氟乙烯（ptFe）、热塑性聚氨酯（tpU）、聚碳酸酯（pC）、聚酯（pet）等。
目前医用塑料市场约占全球医疗器械市场的10%，并保持着每年7%～12%的年均增长率。统计数据显示，美国每人每年在医用塑料领域消费额为300美元，而我国只有30元，由此可见医用塑料在我国的发展潜力非常大。
我国医用塑料制品产业经过多年的发展，取得了长足的进步。中国医药保健品进出口商会统计数据显示，2015年上半年，纱布、绷带、医用导管、药棉、化纤制一次性或医用无纺布物服装、注射器等一次性耗材和中低端诊断治疗器械等成为我国医疗器械的出口大户。但是也必须清醒地认识到，我国的医用塑料发展水平还比较落后。医用塑料的原料门类不全、生产质量标准不规范、新技术和新产品的创新能力薄弱，导致一些高端原料导致国内所需的高端产品原料还主要靠进口。
目前各国都认识到了医用塑料的重要价值，加大了研发力度，取得了一些进展。2015年，英国伦敦克莱蒙特诊所率先开展了塑胶晶状体移植手术，不仅可以治疗远视眼或近视眼，还可以恢复患有白内障和散光者的视力；住友德马格公司推出一种聚甲醛（pom）齿轮微注塑设备，在新型白内障手术器械中具有重要作用；美国美利肯公司开发了一项技术，可使非处方药和保健品塑料瓶的抗湿性和抗氧化性提高30%；mHt模具与热流道技术公司开发出了pet血液试管，质量不足4g，优于玻璃试管；Rollprint公司与topaS先进高分子材料公司合作，采用环烯烃共聚物作为聚丙烯腈树脂的替代品，以满足苛刻的医疗标准；美国化合物生产商特诺尔爱佩斯推出了一款硬质pVC，以取代透明医疗零部件中用到的pC材料，如连接器、止回阀、Y接头、套管、鲁尔接口配件、过滤器、滴注器和盖子，以及样本容器。
未来医用塑料的发展趋势是开发可耐多种消毒方式的医用塑料，改善现有医用塑料的血液相容性和组织相容性，开发新型的治疗、诊断、预防、保健用塑料制品等。
3.药用高分子材料，
药用高分子材料在现代药物制剂研发及生产中扮演了重要的角色，在改善药品质量和研发新型药物传输系统中发挥了重要作用。药用高分子材料的应用主要包括2个方面：用于药品剂型的改善以及缓释和靶向作用，此外还可以合成新的药物。
药物缓释技术是指将衣物表面包裹一层医用高分子材料，使得药物进入人体后短时间内不会被吸收，而是在流动到治疗区域后再溶解到血液中，这时药物就可以最大限度的发挥作用。药物缓释技术主要有贮库型（膜控制型）、骨架型（基质型）、新型缓控释制剂（口服渗透泵控释系统、脉冲释放型释药系统、pH敏感型定位释药系统、结肠定位给药系统等）。
贮库型制剂是指在药物外包裹一层高分子膜，分为微孔膜控释系统、致密膜控释系统、肠溶性膜控释系统等，常用的高分子材料有丙烯酸树脂、聚乙二醇、羟丙基纤维素、聚维酮、醋酸纤维素等。骨架型制剂是指向药物分散到高分子材料形成的骨架中，分为不溶性骨架缓控释系统、亲水凝胶骨架缓控释系统、溶蚀性骨架缓控释系统，常用的高分子材料有无毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚氧硅烷、甲基纤维素、羟丙甲纤维素、海藻酸钠、甲壳素、蜂蜡、硬脂酸丁酯等。
我国的高分子基础研究处于世界一流，但是药用高分子的应用发展相对滞后，品种不够多、规格不完整、质量不稳定，导致制剂研发能力与国际产生差距。国内市场规模前10大种类分别为明胶胶囊、蔗糖、淀粉、薄膜包衣粉、1，2-丙二醇、pVp、羟丙基甲基纤维素（HpmC）、微晶纤维素、HpC、乳糖。高端药用高分子材料几乎全部依赖进口。专业药用高分子企业则存在规模小、品种少、技术水平低、研发投入少的问题。
目前，药物剂型逐步走向定时、定位、定量的精准给药系统，考虑到医用高分子材料所具备的优异性能，将会在这一发展过程中发挥关键性的作用。未来发展趋势是开发生物活性物质（疫苗、蛋白、基因等）靶向控释载体。
四、结语
虽然生物医用高分子材料的应用已经取得了一些进展，但是，随着临床应用的不断推广，也暴露出不少问题，主要表现出功能有局限、免疫性不好、有效时间不长等问题。如植入血管支架后，血管易出现再度狭窄的情况；人工关节有效期相对较短，之所以出现这些问题，主要原因是人体与生俱来的排异性。
生物医用高分子材料隶属于医疗器械产业，其发展备受政策支持。国务院于2015年5月印发的《中国制造2025》明确指出，大力发展生物医药及高性能医疗器械，重点发展全降解血管支架等高值医用耗材，以及可穿戴、远程诊疗等移动医疗产品。可以预见，在未来20～30年，生物医用高分子材料就会迎来新一轮的快速发展。
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生物医用材料前景篇3
【关键词】纳米电子学趋势
随着纳米技术的广泛运用，已经延伸到社会中的各个领域。目前已经研究出的纳米电子技术产品多种多样，这些纳米技术的产品不但性能优良，最主要的是功能奇特。但是值得注意的是科学家对于纳米电子技术的研究还不够深入，那么以后的还需要从新型电子元器件以及碳纳米管等方向入手进一步研发。
1纳米电子技术的发展现状
1.1纳米电子材料的应用
现阶段纳米材料主要有纳米半导体材料、纳米硅薄膜以及纳米硅材料等类型。在这些纳米电子材料中，可以说纳米硅材料最有发展前景，同时还符合当前社会对于电子技术的实际需求。通过对纳米硅材料与其他纳米电子材料进行比较后，可以看出纳米硅材料具有以下特点：首先，纳米硅材料在不断研发的背景下其成本处于逐渐降低的趋势，其次，该材料还具有能耗低、准确性高以及不易受外界影响的特点。最后，由于纳米硅材料中分子与分子所存在的距离较小，因此可以一定程度的提升纳米电子材料的反映速度，最终达到提升工作效率的目标。
1.2纳米电子元件的应用
可以说纳米电子元件是以集成元件以及超大规模集成元件为基础的。其具体研发历程是在上个世纪50年代美国研究者对集成电路进行研发之后而开始的，然后经过多年的发展后逐渐从中型、大型转变为超大型的集成电路和特大类型的集成电路。在此背景下，其纳米电子元件的尺寸越来越小，现阶段的电子元件尺寸在0.1到100nm范围之内。
1.3应用于现代医学领域
特别是在纳米技术的不断发展过程中，其纳米电子技术逐渐应用到医学的领域。可以说在医学治疗的过程中，可以利用纳米电子技术的特点在细微部分的检测与观察方面。在普通显微镜无法观测的物品可以通过纳米电子技术进一步剖析。与此同时，还可以将电化学的信息检测流程中融入纳米传感器的方式对生化反应进行诊断。同时，在纳米电子技术不断发展的背景下，产生了很多方面的高科技医学产品，例如伽马刀、螺旋Ct以及mRi等。可以说生物医学以及电子学的融合对于纳米电子技术的发展具有重要的意义，纳米电子技术在生物医学的电子设备集成化具有很大的发展空间，在未来的发展中，可以将纳米电子元件的尺寸控制在分子与原子的大小之间，进而就会将微小生物体的研究带到一个新的领域。
2纳米电子技术的发展趋势
通过对纳米电子技术的发展现状进行分析后可以看出纳米电子技术在未来发展具有很大的空间，对此主要可以从新型电子元器件、石墨烯以及碳纳米管等方向入手。
2.1新型电子元器件
对纳米电子技术的当前模式分析后，可以断定在未来十年内必然会经过飞速发展的历程。特别是当前市场对于新型电子元器件的需求逐渐增多的背景下，还需要根据实际需求来对新型电子元器件进行扩展与完善。对此，可以从单电子器件、共振隧穿电子器件、纳米场效应晶体管、纳米尺度moS器件、分子电子器件、自旋量子器件、单原子开关等新型信息器件的方向入手，在保证了纳米电子技术朝着良好的方向发展的同时，还可以延续摩尔定律以及CmoS的研究成果。
2.2碳纳米管
可以说碳纳米管是纳米电子技术的发展重要方式，碳纳米管的本质是一种一维的纳米材料，其最大的特点是具有重量轻以及完美六边形的结构。因此在实际的运用中，碳纳米管具有良好的传热性能、光学性能、导电性能、力学性能以及储氢性能等。与此同时，碳纳米管在纳米电子方面具有重要的作用，并作为现阶段晶体管中主要的材料，对此有效的碳纳米管可以对集成电路的效率进行提升。
2.3忆阻器
所谓忆阻器就是就是经过了继电阻器、电容器以及电感元件发展之后而发展的一种模式。并且忆阻器是模拟信号的方式来对非线性动态纳米元件而组成的具有交叉开关模式的纳米电子技术。忆阻器的属性不但与CmoS类似，更主要的是其具有功率低、体积小以及不受外界因素影响的特点，进而在未来的发展中可以有效的代替硅芯片等材料。
2.4石墨烯
同时，石墨烯作为新型的纳米材料来说，不但具有超薄的特征，最主要的是其质地还是非常坚硬的。并且在正常状态下石墨烯电子的传输速度要比其他类型的纳米电子材料快，正是由于多方面的因素使得对于石墨烯的研究具有重要的意义。石墨烯和其他导体具有很大的区别，进而在碰撞的过程中其能量不会有损失。在对石墨烯的未来进行研究与设想后，根据专家预计在10年后可成功研制性能优异的石墨烯类型的导体材料与晶体管。
2.5纳米生物电子
最后，纳米电子技术还可以与生物技术进行有效的融合，也可以认为纳米生物电子是以多个领域为核心共同建设的。在对纳米电子技术带入生物领域的过程中，利用纳米电子技术的自身特点可以制造出关于纳米机器以及附属的纳米生物医用的材料产品等，进而可以在医学领域中取得一定的成果，最终达到为人类健康做出巨大贡献的目标。
3结束语
总之，在电子科学不断发展的背景下，其纳米电子技术的发展越来越受到国际的重视。通过对纳米电子技术的应用现状进行分析后，可以发现其应用的领域越来越广泛，也就是说纳米电子技术完全融入到我们日常生活当中指日可待。通过采用纳米电子技术可以实现一种高效、科学而环保的生物材料、电子晶体管以及医学设备等，最终达到改善人们的生活现状的目标，让人们切切实实地体验纳米时代。
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生物医用材料前景篇4
组织工程
组织工程技术提供了一种崭新的修复组织和制造器官的手段，发展具有生物相容性和生物活性的生物支架材料是组织工程与骨修复技术需要解决的重要课题之一。以聚吡咯、聚苯胺为代表的导电高分子材料具有电刺激响应性，不但可以存储信息和能量，而且可调控细胞增值和分化，表现出多种智能功能，因此在神经和心肌组织工程中具有潜在的应用前景。目前聚吡咯在组织工程领域已经取得了较好的成果，而针对聚苯胺的研究工作则相对进展较慢，主要原因在于单纯的聚苯胺材料不可降解，长期存在体内会造成炎症反应。因此聚苯胺在体内的生物相容性是组织工程中研究的重点。Li用明胶改性聚苯胺以增强其生物相容性，并在复合材料表面培养小鼠心肌细胞H9c2，发现改性后的复合材料有利于细胞的黏附和增值。molamma等利用电纺丝技术合成聚苯胺/聚乳酸纳米纤维，用于培养神经干细胞，结果显示该复合材料具有神经轴突生长活性，从而定向诱导组织器官的再生修复。Fryczkowski等采用同样的方法合成了聚苯胺/聚羟基丁酸盐纳米纤维，该材料在组织工程中也具有潜在的应用价值。在国内，陈学思课题组利用苯胺五聚体与生物可降解材料制备嵌段共聚物，在无需外加电刺激的条件下能显著促进神经细胞的生长和分化，极大地提高了材料的生物相容性。而且引入的苯胺低聚体在材料中的可降解部分消失之后，通过肾脏排出体外，真正达到达了可吸收生物材料的要求。目前，聚苯胺在电刺激响应性细胞培养和电活性组织工程支架应用方面已经显示出很好的应用前景，这对于未来生物医学技术的发展具有重要的科学意义。
药物释放
生物医用材料前景篇5
关键词：高分子材料可降解生物
1、前言
现代材料包括金属材料、无机非金属材料和有机高分子材料三大类。20世纪后，合成高分子材料的研究迅速增加，给人们生活带来了巨大的便利。随着高分子材料在各个领域的大量应用，废弃的高分子材料对环境的污染已成为世界性的问题。治理白色污染和寻找新的友好型非石油基聚合物是当前全球关注的问题。生物降解材料正是治标又治本的有效途径，也是我国可持续发展的需要。
2、生物降解机理
高分子材料的降解分为光降解与光学化降解、机械化学降解、热降解与热学化降解、臭氧引发降解、离子降解、辐射分解降解以及生物降解等。生物降解是指高分子材料通过溶剂化作用、简单的水解或酶反应，以及其他有的机体转化为相对简单的中间产物或小分子的过程。
高分子材料的生物降解过程可分为以下4个阶段：水合作用、强度损失、物质整体化丧失和质量损失。依靠范德华力和氢键维系的二次、三次结构的破裂而引发的高分子水合作用以及可能因化学或酶催化水解而破裂的高分子主链使高分子材料的强度降低。对交联高分子材料强度的降低，可能由于高分子主链、外悬基团、交联剂的开裂等造成。高分子链的进一步断裂会导致分子量降低和质量损失。最后分子量足够低的小段分子链被酶进一步代谢为二氧化碳、水等物质。总之，生物的降解并非是单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学的协同作用，还是一个相互促进的物理化学过程。目前为止，除了生物降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。
3、生物可降解高分子材料的应用
生物可降解高分子材料的应用范围很广，可用于农业、园林、水产以及装潢、包装、卫生、化妆品等领域，由于成本等因素，目前研究多集中在生物医疗工程领域。
3.1农业、园林、土木等用材
农业、园林、土木等用材包括苗圃用膜材、树根包装袋、防草用地膜、多功能卷材、坡面防护绿化卷材等。各种膜材和功能片材的使用时间不同，有的要求1个季节，有的最少要求1-3年，例如：在树苗培植的几年时间里，用于植树方面的材料最终慢慢降解回归土壤.目前，一些先进的农业国家不断投资建造以家畜粪或农业废弃物为原料的堆肥生产装置，农用等可降解塑料也可通过这些装置回归自然.
3.2装潢、卫生、生活、杂品
装潢、卫生、生活、杂品、医疗用材包括地毯垫布、包装袋、壁纸、帽子、内衣、餐巾纸、桌布、茶叶袋等等。以上大多数都是一次性用品，用后掩埋或燃烧均无毒气产生，还可以与其他有机废弃物一起变为堆肥，回归自然。值得一提的是，一些具有生物体适应性的生物可降解高分子材料，可以广泛地应用于与生物体相接触的地方，今后还将研究出更广泛的用途.例如：一种称为“自由树脂”的材料，能在60℃热水里化成一团软泥，可以加工成各种形状的装饰品、玩具、文具等。冷却后，有足够的强度并长期不变形，再加热后又可以形成新的造型。
3.3包装工程中的应用
在包装行业中，高分子材料的应用越来越多，但是大量废弃的包装材料给环境造成了巨大污染。仅靠减少使用量是不能根本地解决问题的，采用降解性高分子才是可行的办法。目前，各种包装材料中聚乳酸具有最大、最有潜力的应用市场。聚乳酸的阻气阻水性、可印刷性及透明性良好，并且其基本原料乳酸是人体固有的物质之一，对人体无毒无害，在食品包装市场上有很大的前景。
很多大公司都看好这种新型的环保材料。可口可乐公司在盐湖城的冬奥会上用了50万只聚乳酸塑料制成的一次性杯子，这些杯子只需40天就可在露天的环境下消失得无影无踪。
3.4生物医学领域
生物可降解材料在医学领域上的应用原理是在机体生理条件下，通过水解或酶解，从大分子的物质降解为对机体无损害的小分子物质或者是小分子物质在生物体内自行降解，最后通过机体的新陈代谢完全吸收和排泄出去，对机体不产生任何毒副作用。生物降解材料已被广泛用于人造皮肤、缝合线、体内药物缓释剂和骨固定材料等外科手术中。聚丙烯、尼龙及聚酯纤维等合成纤维制成的医用缝合线不能被机体吸收，会产生排异的现象，而且在伤口愈合后还要进行再次手术才能去除。采用聚L-丙交酯（pLLa）、聚乙交酯及其共聚物等制成的外科缝合线，可在伤口愈合后自动降解并被生物体所吸收，无需拆线，现已商业化。用生物可降解的高分子材料制成的人造皮肤可应用于治疗烧伤换皮等场合。另外，在治疗过程中还可将抗生素类药物及骨生长调节蛋白、骨生长因子等植入材料中，可以防止感染并促进骨愈合，控制药物在体内的释放速率，使药物在体内能够保持有效的浓度，减小或消除副作用，尤其是在植入或附于病区时，则更能显示其优越性。微胶囊技术在控制药物定时释放、增加药物的稳定性、降低药物毒副作用和有效利用率等方面具有积极意义。
4、生物可降解高分子前景展望
目前，生物降解聚合物的开发与应用还存在一些问题，国内外普遍承认，降解塑料比同类现行塑料的产品价格要高许多。聚合物的降解性必然会损害产品的持久性，也会在一定程度上降低它的力学性能，从而限制生物降解聚合物的应用范围。尽管如此，随着环保法规的完善和人们环保意识的增强，生物降解聚合物市场继续增长，尤其是在包装材料、塑料薄膜、医用材料等领域的应用。然而就目前研究的成果而言，欲使其普遍使用仍需经过较长的时间。开发低成本、具有降解时控性和高效性的生物塑料是这一领域以后研究的主要方向。
生物医用材料前景篇6
随着医疗卫生行业市场化机制的引入，我国医疗事业的发展不断完善，行业间的竞争也日益激烈。医疗卫生材料作为医院的一项重要消耗物资在医院内部控制和管理中所占的地位越来越高，尤其是卫生材料财务管理，一直是国内外众多学者和实务工作者研究的热点和难点。
张菁（2010）提出了完善医院预算管理的策略；徐岩（2010）指出了医院开展全面预算管理时应注意的问题；杜恂（2008）提出了完善医用卫材的内部控制措施；彭华初（2009）则提出对医院卫生材料实行管理和使用权分离等建议。由于高值耗材的特殊性，对高值耗材的管理也成为学者研究的重点。罗军（2007）提出医用高值耗材宜采用反向物流的采供管理方法；李倩（2009）、许颖（2011）建议对高值耗材实行“零库存管理”和“二级库管理”。
结合医疗卫生材料行业的市场背景和实践研究，笔者从预算管理和存货管理两个角度分析了当前医院在卫材管理中存在的问题及成因，据此提出了针对性建议和改进措施，以帮助医院改进流动资产管理，为医疗卫生材料的有效管理提供参考，促进我国医疗机构内部管理逐步完善。
二、医院卫生材料管理现存在的及成因分析问题
（一）医院卫生材料管理存在的问题对卫生材料的使用和管理情况在很大程度上反映了医院的综合管理和成本控制能力，影响着医院的经营效益和长远发展。随着医药行业整体市场化的推进，医院在卫材管理方面的很多问题日益凸显，尤其是在医院在卫材的预算管理和存货管理这两大流程中。综合来说主要有以下方面：第一，就预算管理而言，大多数医院没有专门的卫生材料预算，具有医院的整体预算也大多流于形式，卫生材料采购成本不断增加。第二，卫生材料的存货管理混乱，信息更新不及时、分类不明确、监督不严格滋生了过度浪费和贪腐现象等众多问题都增加了卫生材料的管理成本和管理难度。
（二）医院卫生材料管理存在的问题成因分析结合卫生材料行业的发展状况和目前大多数医院的情况，笔者认为导致上面问题的原因主要有以下几个方面：
（1）组织架构与人员配置不合理。大多医院的组织结构和人力资源配置不合理，缺少专门的卫生材料管理部门和专业的卫生材料管理人员，导致沟通困难和面对问题推卸责任的现象频发。库管人员缺乏卫材相关专业背景影响了卫生材料的质量审核和科学合规管理，同时，库存管理人员配置不合理滋生了贪腐、浪费现象。
（2）预算管理体系不完善。缺乏科学、系统的预算管理体系和严格的预算执行和监督造成卫材零星采购情况频发，导致了采购成本增加；另外，预算的执行过程中，没有进行严格监控和预算反馈，使预算只是纸上谈兵。
（3）缺乏专业的库存管理人员和科学的存货管理方法。一方面，很多医院卫材入库验收人员、存货管理人员缺乏专业背景知识，无法鉴别卫材质量，管理方法粗糙，易导致因管理不善而损毁的现象。且人员配置方面经常是一人值班，缺乏互相监督的机制。另外一方面，卫生材料盘点次数少，信息更新不及时。对于卫生材料的库存管理缺乏严格监督，很少进行存货盘点，存在工作人员营私舞弊的情况。最后，卫生材料使用过程中，终端控制和监督不严，导致科室浪费。
三、医院卫生材料管理对策和建议
（一）医院管理制度方面针对医院卫生材料财务管理存在的问题及问题的成因，笔者认为应从以下方面来改善医院卫材的管理状况：
（1）调整医院组织结构。许多医院尚未针对卫材管理设立专门的管理部门，科室只是根据需求申报和领用卫生材料，导致卫材缺货或存货过度等问题，且难以查明责任。因此作者认为医院应成立专门的卫生材料监督管理委员会，加强对卫材的监督管理，减少医院的成本。优化后的医院组织结构图如图1所示。卫生材料监督管理委员会由医院分管卫生材料的领导负责，在临床科室选择医生及职能科室中选择责任人担任委员。该部门主要职责为：根据医院的经营发展需要，于每年末组织相关部门制定下一年度的卫材预算方案，并追踪核查卫材预算方案的执行，进行阶段性反馈，加强卫材的预算管理；制定卫材的管理和使用制度，并监督制度执行情况；定期调查卫材的使用情况，淘汰医生满意度差的卫材。
（2）优化人员配置。针对许多医院在卫材的入库、库存方面存在缺乏专业人才的现象，可以通过以下措施进行改善：第一，在岗位人员分配时应重视专业素质，卫材的验收和保管等工作人员必须具有卫材相关专业知识背景。第二，须配备至少三名库管人员并保证至少两人在岗，以互相监督。验收入库时，须有两名验收人员签字确认；保管时，应保证每个时间段都有至少两名工作人员互相监督。第三，新招聘的人员要进行入职培训，培训内容包括医疗卫生行业相关规定、卫生材料实践业务等。
（二）医院卫生材料预算管理方面许多医院中并未对每一年度所需的卫材进行科学合理的预算。因此，笔者认为医院在卫材预算管理方面采取动态预算管理，增量预算和归口预算相结合，同时严格监督和控制预算的实施，并进行定期或者不定期的预算反馈。
具体实施步骤如下：第一，确定医院整体目标。根据过去几年医院的经营发展状况确定医院总体增长率、卫生材料消耗增长率，预测下年度医院接诊总人数及卫生材料消耗数量和类别。第二，确立科室目标，制定科室归口预算。各个科室根据最近几年接诊病人的类别和数量、领用和消耗的卫材种类和数量等因素预测科室在下年度的接诊人数和病人类别，预测下年度可能需要的卫生材料。由于辅助科室无法具体细分作业量，因此在做预算管理时，对临床科室采用作业量预算，而对辅助科室主要采用增量预算。第三，汇总、审核科室预算。汇总各个科室的卫材预算至监督管理委员会审核，并结合医院的整体目标进行沟通、调整，对不合理之处再返回科室修改，然后再次汇总，如此反复至制定出合理的卫材预算方案。第四，预算执行。一套完善的预算管理体系，确立预算只是第一步，重要的是将预算方案付诸实践，这需要医院各个层级、各个部门的通力合作，同时监督管理委员会也应充分发挥监督管理作用。第五，预算控制。对卫材的预算进行动态的管理，不定期地对卫材的实际耗用量和预算量进行对比，若差异较大，应及时寻找原因，发现预算的不合理或是实际使用中的浪费等现象，对卫材的预算实施动态、科学的管理。第六，预算反馈。对每年度的预算管理进行总结和分析，汲取之前年度的经验，为未来年度预算提供参考，在不断地总结和分析中寻求最适合的预算管理方法。
（三）医院卫生材料存货管理方面笔者对医院卫材的采购管理、入库管理、库存管理、出库使用管理以及高值耗材的管理提出了相应对策。
（1）采购管理对策。卫生材料采购是医院卫材管理至关重要的一步，卫材的质量好坏及卫材采购过程是否合理、监管是否严格直接影响医院对卫材的后续管理。因此医院应改善卫材采购流程，使卫材的采购能够科学、合理、公开地进行。一个完善的采购流程应该包括市场调查、确定供应商范围、供应商质量现场审核、确定供应商、购买卫生材料、使用信息反馈等几个方面。
（2）入库管理对策。对于卫生材料的入库管理，医院可从以下方面改进：第一，严把入库关。由于在采购时无法检查所有的产品，库管人员应依据采购申请单，对到货的医用耗材进行验收。要求货物包装完整，品名、数量、厂家、生产日期、消毒日期、有效期标识清楚，进口产品包装上要有中文标识，产品检验合格证书、相应批号的检测证书，检验合格后方可入库。如验收中不合格，可当场退货或存放待处理区等待退换货处理。所有耗材的产品检测证书收集归档以备相关部门审查时用。第二，及时更新卫生材料信息。验收合格以后，库管人员应及时对卫材进行分类登记，及时更新医院相关信息系统中的卫材的种类和数量，方便管理人员和使用人员的查询，提高卫材的使用和管理效率。
（3）库存管理对策。根据存货管理方法和实践经验，笔者者给出以下改善卫材库存管理的对策：由于卫生材料具有量大、品种多、规格不一等特点，库存管理存在诸多问题，医院对卫材库存管理可采用aBC分类管理法。对于a类卫材应保证供给的同时，降低库存、提高库存周转率。具体措施为：勤进货、勤发货，放置于便于进出的地方；增加存货盘点次数，提高对库存的精确掌握；与科室和供货方常联系，了解需求和供给动向。对于C类卫材的管理办法则和a类相反，无需投入过多管理精力，多储备、少订货，避免零星采购。对B类卫材的管理办法则介于a类和C类之间，采用常规的管理方法。
但是单纯的aBC分类管理法容易轻视C类卫材管理而引起成本增加或者存货积压的现象，因此笔者认为应对C类存货进行优先级分类。在C类存货中进一步实施aBC分类管理法，降低卫生材料管理成本。
（4）出库管理对策。在出库管理使用方面，最重要的是改善出库流程。科学合理的管理流程是避免管理漏洞最直接的方法。第一，将管理权和使用权相分离。一般医院设备科负责采购，一级库房负责管理，配送中心负责配送到使用科室，同时卫材监委会应该对卫材使用情况加强监督。第二，除了低值易耗品以外，各科室对卫生材料实行零库存管理方法。第三，卫材监督管理委员会应定期将科室预算和实际领用情况对比，对于超过预算的部分应及时查明原因。
（5）高值耗材管理对策。对高值耗材的管理采用大多零库存的管理办法，但很多医院在使用零库存管理方法时存在货源不稳定的问题，增加了医院的成本和医疗风险。因此，高值耗材管理的重点除了使用和计费管理外必须保证货源稳定性及供货及时性。医院在对高值耗材管理时应注意：每年确定固定2～3个高值耗材的供货商，保证货源稳定性；高值耗材采购人员应该经常与供货商联系，保证在需要高值耗材时能及时获得，并可以安全运达；采购人员应经常与科室人员保持联系，及时了解高值耗材的需求情况。
参考文献：
[1]张菁：《探索医疗体制改革下医院预算管理的新思路》，《理论研究》2010年第2期。
[2]徐岩：《关于医院全面预算管理的思考》，《经济研究导刊》2010
年第23期。
[3]杜恂、杜婉：《加强医用卫生材料管理的几点措施》，《中国卫生资源》2007年第4期。
生物医用材料前景篇7
【关键词】纳米生物材料纳米技术肿瘤诊断肿瘤治疗
1纳米生物材料和技术在肿瘤诊断中的应用
1.1纳米生物材料和技术可用来进行前哨淋巴结成像，从而判断有无转移乳腺癌、黑色素瘤或胃肠癌的患者，通常会在手术前进行前哨淋巴结活检，以确定癌症是否转移。纳米颗粒制剂可通过不同的成像技术发现转移灶，例如Kobayashi等在研究中发现，标记了mRi造影剂钆的树突状聚合物可以提供一种出色的影像，显示充满转移癌细胞的淋巴结。
1.2纳米生物材料和技术可用于肿瘤的早期检测
1.2.1纳米颗粒纳米材料通过双功能螯合剂或物理包埋的方法将同位素与纳米材料连接，再将可与病变组织特异结合的靶向分子连接到纳米材料上。纳米颗粒作为影像的对比剂，一方面靶向肿瘤显像，另一方面还可携带药物[1]。
1.2.2悬臂梁纳米装置悬臂梁一端被瞄定，能被操纵来与特定分子结合，而这种特定分子代表与癌有关的某些改变。当这些分子结合到悬臂梁上，表面张力会发生改变，导致悬臂梁弯曲。通过检测其弯曲，科学家们能够判断是否存在与癌有关的一些分子。
1.2.3纳米孔经过改进的基因码阅读方法可以帮助研究者检测到可能引发癌症的基因错误。纳米孔一次只允许Dna穿过一条链，科学家能够检测链上每个碱基的形状和电特性，使Dna测序效率更高，从而来获取编码信息，包括与癌有关的编码错误。
1.2.4纳米管纳米管是大小约为一个Dna分子直径一半的碳棒，它不仅能检测改变基因的出现，还能帮助研究者查明那些改变的准确位置。
1.2.5量子点半导体量子点纳米级的光辐射颗粒，具有独特的光学及电子特点，其亮度高而稳定，并可发出不同的荧光颜色，量子点与肿瘤抗原连接后形成影像，从而对肿瘤进行诊断。
1.2.6纳米生物传感器纳米生物传感器通过靶向分子与肿瘤细胞表面标志物分子结合，利用物理方法来测量传感器中的磁信号、光信号等，可实现肿瘤的定位和显像，有利于肿瘤的早期诊断。
1.2.7纳米机器人用纳米微电子学控制形成纳米机器人，尺寸比人体红细胞还小。将纳米机器人从血管注入人体后，可经血液循环对身体各部位进行检测和诊断[2]。
1.2.8光学相干层析术由清华大学研制，其分辨率可达1个微米级，较Ct和核磁共振的精密度高出上千倍，据此可以对疾病进行早发现和早诊断。
2纳米生物材料和技术在肿瘤治疗中的应用
2.1纳米颗粒能提高肿瘤基因治疗的效果针对脑胶质细胞瘤，基因治疗系统中的关键物质是氯毒素和铁氧物纳米微粒。这种靶向基因传递系统提高了基因治疗的疗效。同时有研究表明微小的硅石颗粒能充当Dna载体，提供一种非病毒方法的基因治疗。Deng等用纳米微粒介导的基因转染使肿瘤抑制基因FUS1外源表达，可提高人肺癌细胞（nSCLC细胞）对化疗药物顺铂的敏感性，同时出现mDm2的下调、p53的蓄积以及apaf-1依赖凋亡通路的活化，使肿瘤抑制作用成倍提高。
2.2纳米颗粒能提高化疗的效果majoros等将甲氨蝶呤附着于树枝纳米颗粒中，制作成靶向纳米微粒。研究表明靶向药物制剂能提高药物在病灶组织中的蓄积浓度，从而提高药物的疗效，降低药物对其他正常组织的损伤及全身毒副作用。
2.3纳米颗粒能提高肿瘤热疗的效果热疗是通过加热治疗肿瘤，使肿瘤组织温度上升至40-43℃，既使肿瘤缩小，又不损伤正常组织的一种治疗方法[3]。纳米颗粒提高了热疗靶向性和疗效，降低了毒副反应。
2.4生物纳米管治疗癌症由细胞核心部位的部分自身结构制作的纳米管，可作为纳米级胶囊传递基因和药物进入人体。miguel等将抗癌药物泰素掺入到蛋白质-脂质混合体，可使药物到达癌细胞的同时减少化疗的副作用。
2.5纳米壳能杀死肿瘤细胞纳米壳是外壳涂金的微小珠子，科学家设计这些珠子吸收特定波长的光，纳米壳吸收光能可产生一种强热，纳米壳吸收所产生的热能成功地杀死肿瘤细胞，而邻近细胞却完好无损。
总之，纳米科技正在以迅猛的势头快速发展，而且越来越渗透到各个学科和研究领域。纳米医学技术为基础和临床医学研究提供了重大的创新机遇和巨大的市场前景，同时也带来了风险和挑战。有一些关键的问题有待解决，如纳米药物的药代动力学、生物分布、毒副作用以及安全性等。这些问题的解决需要物理学家、化学家、生物学家及临床医生共同努力来完成。
参考文献
[1]刘金剑，刘鉴峰.纳米材料在核医学中的应用.国际放射医学核医学杂志，2010，34（6）：326-329.
生物医用材料前景篇8
关键词：镁合金；生物材料；可降解
1. 镁合金生物材料的研究现状
镁及其合金可用做可降解生物材料，但是其高的腐蚀速率是一个焦点问题。H，wang等用三种不同手段加工出来的aZ31在Hank模拟体液中浸泡1、2、5、10、15、20天，然后称重，用光学显微镜观察形貌，用tem观察显微结构，结果表明，通过机械处理，aZ31在Hank溶液中生物降解速率明显降低。德国汉诺威尔大学F·witte 等人对aZ31、aZ91、we43、Lae442进行了在活猪体内植入试验，研究了不同可降解镁合金在骨环境中界面降解机制及合金降解速率，得到镁合金的降解取决于合金元素，植入的四种合金都与骨结合良好，并且得到镁离子对骨生长有诱导作用，只是合金降解过快，导致皮下产生氢气气泡；香港城市大学研究了aZ63在模拟体液中的降解情况，并研究热处理对降解情况的对比，通过比较得出，430℃在空气中保存24小时t4处理后，合金的降解速率是铸态合金的1/2[21]；北京大学郑玉峰系统研究了mg-1x（x为Zn、mn、al、Si、ag、Zr、Y、ln）二元合金的组织性能、力学性能、耐腐蚀性能、细胞毒性、血液相容性，通过研究得到，添加al，Si， Sn，Zn或Zr元素能改善合金的力学性能，添加al， in， mn， Zn，或 Zr元素能降低合金在模拟体液和汉克斯溶液中的腐蚀速率，Si和Y合金元素却加速了合金的腐蚀[23-24]等等。目前通过动物实验等，正在推进镁合金作为生物医用材料的应用。
2. 镁合金生物材料的发展趋势
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。目前生物医学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、耐腐蚀、持久性更好的多用途生物医学材料。其发展趋势必然要求：
（1）提高生物医学材料的组织相容性，增加材料与活体组织之间相互容纳的程度，避免材料周围组织的局部反应；
（2）金属材料在生物医用材料中的应用将越来越广泛，金属生物医学材料的应用已有较长的历史，随着科学技术的发展和外科医疗水平的提高，先后开发了不锈钢、钴合金、工业纯钛及钛合金等一系列金属生物医学材料；
（3） 生物医学材料的治疗特性增强，生物医学材料的发展不仅局限于作为人体相应器官的假体和代用品，利用多种学科的交叉研制具有治疗特性的生物医学材料也是未来的重要方向；
（4） 具有多种特殊功能生物材料的研制和应用，对合金进行深加工，使其具备多种功能，满足不同情况的需求，也是未来生物医用材料的发展趋势之一。
3. 镁合金生物材料研究意义及应用展望
镁及镁合金具有比强度和比刚度较高、生物可降解吸收性等特点，作为现有金属生物植入材料的新一代替代产品表现出巨大的优势与潜力，已经引起国内外越来越多研究者的关注，但由于人体环境的复杂性，这种新材料的研究还需一个长期过程。生物医用材料的研究与开发对国民经济和社会的发展具有极其重要的意义，生物医用材料具有很高的附加值，其每公斤达1200-150000美元，而建筑材料仅为0.1-1.2美元，宇航材料也仅100-1200美元。
随着人口老龄化和各类创伤的增加，近几年来生物医用材料和制品的市场一直保持20％左右的年增长率，发展态势已可以与信息和汽车产业在世界经济中的地位相比，正在成长为本世纪世界经济的一个支柱，对国民经济的发展有着不可忽视的重要作用。例如，随着人口老龄化和中青年创伤的增加，对生物医学材料和制品的需求持续增长。在我国，人口老龄化已成为社会问题，同时中、青年创伤高速增加，生物医学材料及制品存在着巨大的潜在市场，特别是随着国民经济的发展和人民生活水平的提高，对生物医学材料和制品的需求急速增高。
因此对于我国发展医用金属材料是一个趋势。伴随着新型金属材料的研制和表面改性技术的采用，生物医用金属材料腐蚀研究又开辟了新的研究和发展空间；镁合金具有足够的强度，良好的生物相容性和体内可降解性，有望成为新型骨植入材料。但是它的力学性能不够，且耐蚀性较差；不含对人体有害元素的合金，其力学性能相对钛合金、不锈钢等医用合金强度低，不能用于承载部位；作为骨植入材料，其目的是维持骨折复位、重建后的稳定，因此从力学角度考虑要求其在骨组织完全愈合之前必须保持原有力学性能基本不变。
4. 结束语
可降解生物医用镁合金相对于传统金属医用材料来说，具有无可比拟的优越性，如作为骨内植物，可有效避免应力遮挡效应，并可避免骨折痊愈后二次手术给病人带来的痛苦和费用；作为心血管支架材料，可有效减少血管内膜增生、再狭窄、晚期血栓等问题。因此，被誉为“革命性的金属生物材料”而受到全球高度瞩目。
尽管目前已有动物体内及人体临床实验，然而绝大多数为商用镁合金，缺乏生物安全性。作为生物医用材料，在设计时必须考虑材料的生物安全性、强韧性、耐蚀性（特别是类似于均匀腐蚀降解方式）。因此，需要设计具有生物安全性、高强韧性、耐蚀性和腐蚀均匀性的新型生物医用镁合金；需要对其强韧性设计制备理论、在体内的降解代谢机制及体内降解产物的生物安全性、降解行为的可控性等方面进行系统深入的研究，进而为可降解生物医用镁合金的临床医学应用提供更加可靠的科学依据。上海交通大学轻合金精密成型国家工程研究中心团队近年来在上述领域进行了一些有益的探索，并取得了令人鼓舞的进展。相信经过科研工作者的不断努力探索，可降解生物医用镁合金一定会有光明的应用前景，成为惠及人类健康的新型金属生物材料。
参考文献
[1] 李世谱. 生物医用材料导论m.武汉理工大学出版社. 2000：20–40.
[2] R.J. Schultz， the Language of Fractures， 2nd ed. williams and wilkins， 1990， p. 27.
生物医用材料前景篇9
关键词：强磁场；技术与应用；产业化
中图分类号：tD457文献标识码：a文章编号：1673-0992（2011）04-0052-01
一、强磁场技术的发展前景
六十年现了实用超导材料，八十年代出现了性质优良的钕铁硼永磁材料，使人们可以不耗费很大的电功率获得大体积持续的强磁场，发展超导与永磁强磁场技术是20世纪下半叶电工新技术发展的一个重要方面。在各国高能物理、核物理、核聚变，磁流体发电等大型科技计划推动下，整个技术得到了良好的发展。低温铌钛合金及铌三锡复合超导线与钕铁硼永磁材料已形成产业，可进行批量生产。人们已研制成功了15特斯拉以下各种场强，各种磁场形态，大体积的可长期可靠运行的强磁场装置，积极推进着强磁场在各方面的应用。
我国在超导与永磁磁体技术方面也进行了长期持续的努力，奠立了良好基础，研制成多台实用磁体系统，有些已在使用，具备了按照需求设计建造所需强磁场装置的能力。中国科学院电工研究所研制成功的磁流体发电用鞍形二极超导磁体系统（中心磁场4特斯拉，室温孔径0．44m，磁场长1m，磁场储能8.8兆焦耳）和空间反物质探测谱仪用大型钕铁硼永久磁体（中心磁场0.13特斯拉，孔径1.lm，高0.8m）代表着我国当今的技术水平，无液氦磁体系统的研制工作也在积极进行中。
二、强磁场技术的应用
随着超导与永磁强磁场技术的成熟，强磁场的多方面应用也得到了蓬勃发展，与各种科学仪器配套的小型强磁场装置已形成了一定规模的产品，作为磁场应用技术的核磁共振技术，磁分离技术与磁悬浮技术继续开拓着多方面的新型应用，形成了一些新型产品与样机，磁拉硅单晶生长炉也成为产品得到了实际应用。
医疗用磁成像装置已真正成为一定规模的产业，全世界已有几千台超导与永磁磁成像装置在医院使用，我国也有永磁装置在小批量生产，研制成功了几台0．6―1．0特斯拉的超导装置。除继续扩大医疗应用外，正在努力开拓应用磁成像装置于工业生产过程监测与食品选择，最近，日本进行了用于检测西瓜糖含量与空穴及用于辨别Salmon鱼雌雄性的实验，取得了有意义的结果。用于高岭土提纯的超导高梯度磁选机已有十余台在生产运行，磁拉硅单晶生长炉也已开始使用，但尚未形成规模，中国科学院电工研究所与低温工程中心曾在九十年代初研制成功超导磁分离工业样机，试制成功了两套单晶炉用超导磁体系统，为产品的形成奠定了基础。
总起来说，超导与永磁磁体技术已经成熟到可以提供不同场强，形态的大体积强磁场装置，开始形成了相应的高技术产业，但大规模产业的形成与发展还有赖于积极地进一步开拓强磁场应用，特别是可能形成大规模市场产品的开拓，根据不完全的了解，目前主要进行的工作有：
（一）在材料科学方面
1.热固性高分子液晶材料强磁场下的性能及应用。国际上在0～15特斯拉磁场范围内对高分子液晶材料的取向行为、热效应、磁响应特性、固化成型过程等方面进行了研究，并作其力学性能和磁场的关系的定量分析，应用前景十分看好。
2.功能高分子材料在强磁场作用下的研究。国际上高电导率的高分子材料、防静电及防电磁辐射高分子材料的研究和应用取得了很大进展，某些材料纤维的电导率经强磁场处理后，可达铜电导率的1／10，是极具潜力的二次电池材料。在防静电服和隐形技术方面电磁波吸收材料已用于军工领域。
3.强磁场下金属凝固理论与技术研究。
4.ndFeB永磁材料的强磁场取向。在ndFeB永磁材料加压成型过程中，采用4～5特斯拉强磁场取向，可大大提高性能，国外已开始实际应用。
（二）在生物工程与医疗应用方面
1.血液在强磁场下性能的改变及对生物体的影响。国际上研究了人体及动物的全血的强磁场下的取向行为及其作用的主体――血红细胞的作用机制；血液在强磁场下流变性能的变化；血纤维蛋白质在强磁场下的活性变化及对生物代谢作用的影响；人血在强磁场中所受磁力、磁悬浮特性和光吸收特性。
2.蛋白质高分子在强磁场下的特性及其应用。国际上研究了磷脂中缩氨酸在强磁场下的取向作用；肌肉细胞蛋白质在磁场中的磷代谢过程；神经肽胺酸在强磁场下的结构改变及蛋白质酰胺与氢的交换等。
3.医疗应用。除继续发展人体成像系统外，近年来国际上还研究了在4―8特斯拉强磁场下血纤维蛋白质的活性以及对血管中血栓溶解的影响；强磁场及磁场梯度对血纤维蛋白的溶解过程的影响；强磁场对动物血细胞的活性及其对心肌保护特性的影响；外加磁场对血小板流动性能的影响及其在医疗上的应用等。
（三）在工业应用方面
除继续积极进行强场磁分离技术、磁悬浮技术的发展与应用外，近年来，国际上还研究了磁场对石油滞粘性能的影响及对原油的脱蜡作用；研究了磁场对水的软化作用及改善水质的作用；研究了外加磁场对改善燃油燃烧性能及提高燃值的作用；通过在强磁场中的取向提高金属材料的强度和韧性；通过表面吸出排除杂质、提高金属质量等。
（四）在农业应用方面
国际上研究了外磁场对农作物种子的萌发与生长的影响及其作用机制；研究了磁场与农作物种子的萌发与生长的定量关系；研究了磁场与促进萌发与生长有密切关系的酶的活性与代谢作用；研究了生物酶在磁场下的合成作用以及对作物遗传变异的影响；研究了磁化水对促进作物生长的作用及磁性肥料的研究和应用。
三、总结
随着强磁场技术与装备的进一步完善，已有应用的进一步发展和积极开拓新应用，特别是具有大规模市场前景的产品的发展，可以期望，21世纪中强磁场应用将发展成为一个强有力的新兴产业。
参考文献：
生物医用材料前景篇10
【关键词】三维打印应用前景发展趋势
三维打印（threeDimensionprinting，简称3Dp）属于一种快速成型（Rapidprototyping，简称Rp）技术，是一种由CaD（计算机辅助设计）数据通过成型设备以材料堆积的方式制成实物的技术。三维打印技术不需要使用传统的加工器械即可快速、精确地制造零件或模具，从而有效地缩短产品研发周期、提高产品质量、缩减生产成本。三维打印技术改变了传统的零件生产模式，减少了制造企业对生产空间的要求与廉价劳动力的需求，其推广应用将对传统的零件生产模式带来颠覆性的影响。
一、三维打印技术分类及优势
目前比较典型的三维打印快速成形技术主要分为三种：粉末粘结三维打印、光固化材料三维打印与熔融材料三维打印。
1、粉末粘接三维打印
粉末粘结三维打印是目前应用最为广泛的三维打印技术。其工艺过程如下：首先，在工作平台上均匀铺洒单位厚度的粉末材料；其次，依据实体模型离散层面的数字信息将粘结剂喷射到粉末材料上，使粉末材料粘结，形成单位实体截面层；再次，将工作台下降一个单位层厚；最后，重复第一步至第三步，逐层堆砌，形成三维产品。粘接三维打印技术的优点一是成型速度快，二是由于粉末本身可以作为支撑，因此不需要加入额外的支撑结构。其存在的缺点是，通过粉末粘连成形的零件精度和强度偏低，一般需要后续工艺提高其强度，但后续处理工艺会导致零件体积收缩，变形严重。目前ZCorp公司的粉末粘结三维打印机占据市场主导地位。
2、光固化三维打印
光固化三维打印又称光敏三维打印，该技术使用液态光敏树脂作为原料制作零件模型，然后利用紫外光对其进行固化。其工艺过程如下：首先，根据离散的虚拟实体截面数据，喷射形成单位厚度的实体材料与支撑材料截面；其次，使用紫外光照射使截面固化；再次，不断重复上述过程，直至完成零件实体与支撑实体；最后，通过后续处理清理支撑实体，得到零件。光固化三维打印结合了光固化成形与喷射成形的优点，提高了零件的精度并降低了生产成本。目前，光敏三维打印机市场由美国的3Dsystem公司与以色列的objet公司垄断。
3、熔融材料三维打印
熔融材料三维打印成形原理和工艺过程与光固化三维打印成形的原理和工艺过程类似，但熔融材料三维打印技术是通过直接喷射熔融态的热塑性塑料打印成形的，省略了紫外光照射固化工序。虽然简化了工艺，但熔融材料三维打印对成形设备与喷头性能的要求更为苛刻，而且目前可供其选择的支撑材料极其有限，从而制约了这种工艺技术的市场扩张。
三维打印技术是快速成形技术中的一种，除三维打印外，目前技术成熟、应用比较广泛的商业化快速成形工艺还包括光固化/立体光刻成形（SLa）、选择性激光烧结成形（SLS）、堆叠实体制造（Lom）、熔融堆积成形（FDm）等。SLa、SLS、Lom快速成形技术需要配备价格昂贵的激光系统，与之相比三维打印快速成形设备具有价格相对便宜、运行成本低、易于维护的优势。FDm技术成形材料单一，成形温度区间短，与之相比三维快速成形技术具有成形材料种类多、成形温度区间长的优势。此外，三维快速成形技术实现过程简单，基本无生产污染，适合大规模推广应用。因此，三维打印技术被认为是最具生命力的快速成形技术，发展潜力巨大，应用前景广阔。
二、三维打印材料与设备
打印材料的适用范围决定了三维打印技术的应用广度，成形设备的打印精度、打印速度等性能决定了三维打印技术的应用深度，设备与材料的相容性则决定了三维打印技术的应用边界。不同的材料物理化学性质不同，对应的预处理过程、打印过程、工艺参数也有所差别。因此，不同属性的材料必须配备相应的打印机，即设备与打印材料是绑定的。
目前，3D打印机设备主要提供商有ZCorporation、objet、Stratasys、3Dsystems等，Stratasys公司与3DSystems公司是3D打印设备两大巨头。Stratasys公司近期收购了以色列的objet公司；3DSystems公司2012年初完成了对ZCorporation的收购。为表述方便，仍采用未收购前的公司及产品名称。ZCorporation公司自1995年开始研发粉末粘结成形三维打印快速成形设备，目前公司已成功开发出具有成形速度快、成形色彩范围广和成形尺寸大等特点的多个系列的三维打印快速成形机，成形材料包括容易获取的石膏、橡胶、淀粉、石蜡和铸造砂等。objet公司成立于1998年，公司致力于开发光固化三维打印快速成形设备及相关的成形材料。2007年，objet公司推出的eden系列产品获得市场广泛认可。目前，objet公司已经成功开放出具有不同性能的多种光敏树脂打印材料。Stratasys公司成立于1989年，公司致力于研发熔融材料三维打印设备与材料，在全球市场份额较大，公司近期推出了采用多种颜色的aBS成形材料和水溶性支撑材料的Dimension1200es系列高端打印机。3Dsystems公司1999年推出了首台以石蜡为成型材料的热喷式三维打印快速成形机，这种打印机的成本和材料均较为低廉。此后，3Dsystems公司又研发了成型精度高的以热塑性塑料为成型料的热喷式三维打印快速成形机和以光敏树脂为成型料的三维打印快速成形机。除了生产销售专业打印机外，ZCorpration、objet、Statasys、3Dsystem等公司也积极研究开发低价位、小型桌面化的快速成形设备，促使桌面三维打印设备市场进入快速成长期。
三、三维打印的应用
随着三维打印快速成形设备功能的不断改进与打印材料的不断开发，三维打印的应用范围将逐渐拓展。尤其在机械加工、医学工程、家庭消费等领域应用空间巨大。
1、机械加工领域
三维打印快速成形技术可以用于快速制模与快速制造。ZCorporation公司生产的粉末粘结三维打印快速成形机能够快速地制造出可直接浇铸低熔点金属的铸造模。三维打印快速成形技术可以直接将陶瓷粉和金属粉粘结成形，然后通过烧结固化、渗入低熔点金属等工艺获得陶瓷或金属零件，也可以直接喷射熔融的陶瓷悬浮液或金属液进行打印，再经过简单的辅助处理得到陶瓷或金属制件。
由于受到打印材料、打印尺寸的约束以及设备精度低导致的成品性能降低，目前三维打印的金属制件大多局限于部分低端制造业领域，但随着打印机价格的下降及设备精度的提高，三维打印在机械加工领域的应用范围将不断拓展。三维打印机的应用将降低零部件生产的技术门槛，同时减少零部件生产对劳动力的依赖。未来，伴随三维打印的普及，那些依靠廉价劳动力获得生存空间的低端制造企业的比较优势将会逐渐消失，而无一技之长的劳动力也将面临更加严峻的就业压力。
2、医药工程领域
运用三维打印技术可以快速精确地制造人体的器官模型。借助器官模型，医生可以对患者进行病情诊断。同时人体器官模型可以帮助医生充分进行术前讨论，以寻求最佳的手术治疗方案，从而能有效缩短手术时间，降低手术风险。由于医用模型的应用易于推广，该市场在发达国家正迅速扩张。除了医用模型，利用三维打印还可以制造出高效药品。由于药品的尺寸形状相似度高，且成形工艺过程易于移植，应用前景广阔。美国科学家已成功利用三维打印快速成型技术制造出可供口服的可控释放药片。三维打印也可制造出人工骨骼，将可降解的工程材料作为打印材料，利用三维打印设备制作成携带活性因子且疏松多孔的人工骨骼，当人工骨骼植入生命体后，经过一段时间的降解、钙化，可被生命体完全吸收并形成新骨，其有效性已经在动物实验中得到了验证。
3、家庭消费领域
早期的三维打印机主要面向工程与医药领域，且价格昂贵、功能单一、体型硕大，严重制约了其在家庭消费领域的应用。但随着面向家庭与个人应用的桌面三维打印机的问世，三维打印家庭消费市场逐渐升温。随着面向家庭应用的三维打印机的的价格不断降低，功能日益多样化，三维打印机在家庭消费领域的应用将迅速扩大。以食品领域为例，2011年，康奈尔大学的创新机器实验室研发出一台三维食物打印机，用它可以制作出巧克力、棉花糖甚至蛋糕。2012年，宾夕法尼亚大学的科学家使用三维打印机技术在实验室打印出了人造肉，鲜肉组织可在糖类物质构成的框架上生长，口感与真肉十分相近。虽然三维打印食品仍处于实验阶段，但是近期研究成果显示其在食品领域具有广阔的应用前景。
四、三维打印的前景展望
1、材料多元化
制约三维打印快速成形技术应用推广的主要因素是成形材料的特殊性与成形设备的适用性。目前可用于商业化三维打印快速成形的材料主要包括高分子材料、无机非金属和金属材料。虽然高分子材料在商业化三维打印机已经得到广泛应用，但其他材料的应用仍处于探索阶段。有限的可选择的打印材料限制了三维打印技术的推广。而随着技术的进步，可利用材料的种类越来越丰富，未来将出现更多具有良好综合性能的成形材料，为三维打印技术的推广提供了良好的支撑。
2、产品应用领域扩大，性能提高
随着可供选择的打印材料的不断扩充，三维打印机能够打印出来的实体将不断增加，应用领域将不断扩大。更为重要的是，随着新工艺的开发和设备的改进，产品的尺寸精度与性能将进一步提高，对低端制造业的冲击将逐渐显现。
3、专业打印机与个人打印机并行发展
在商业领域，拓展三维打印设备的体积以容纳更多零部件是拓展市场的前提。而个人应用领域，面对消费者个性化的需求，将会出现外形更为小巧，更加经济实用，适合办公室工作环境的机型。
虽然目前三维打印技术制造的商品在整个全球制造业中所占的比重微不足道，三维打印技术的应用受到各种制约，比如材料限于特定的塑料、树脂和金属，精度只能达到微米级，但是随着研究的深入与技术的进步，打印材料将会更加多样性，设备功能将会更加完善，三维打印的应用领域将不断扩大，并对传统生产方式产生深远影响。
【参考文献】
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[2]刘海涛、莫健华、黄冰：一种用于三维打印系统的光敏预聚物的合成[J].高分子材料科学与工程，2008，24（12）.
[3]伍咏晖、李爱平、：三维打印成形技术新进展[J].机械制造，2005（12）.