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☆☆【小木虫】生物材料研究领域


生物材料也称为生物医学材料, 是指以医疗为目的, 用于与生物组织接触以形成功能 的无生命的材料。 自 20 世纪 80 年代以来,以医疗、保健、增进生活质量、造福人类为目的的生物材料取 得了快速的发展。目前,生物材料主要包括医用高分子材料、生物陶瓷、医用金属材料等。 具有主动诱导生物组织自身修复、再生,从而达到使病变或受损器官、组织最终完全或主要 是由再生的自身天然健康的组织或器

官所取代; 以及利用靶向给药载体并控制药物释放速度 达到治疗和杀死病原体或癌细胞, 实现这些功能的生物材料复合技术和纳米技术成为最有发 展活力的研究方向。 生物医用材料是材料学重要研究领域之一, 目前较活跃的研究内容有用于人工心脏、 人 工血管和人工心脏瓣膜的高抗凝血材料;用于人工骨、人工关节、人工种植牙的生物陶瓷和 玻璃; 用于骨科修补及矫形外科的钛及其合金; 用于局部控制释放的药物载体的高分子材料; 用于替代外科手术的缝合及活组织结合的生物粘合剂,以及血液净化材料等。 生物材料学的研究日新月异, 全国许许多多科研院所都在致力于生物材料研究。 虫子们 来自于全国各地,对于生物材料的研究也是方方面面,您想知道自己当下的研究内容、所关 注的热点处于什么水准吗?为了充分发挥虫子们的力量, 开拓虫子们的眼界, 为了让您更准 确地把握研究动态,让您的研究处于最前沿,那么就请把您的研究内容、或是您所关注的热 点内容拿出来晒一晒,看看自己的研究方向,比比别人的研究内容,小木虫生物材料版为您 构建一个互相交流的平台,大家共同提高、共同进步~ 1、 【研究方向】TiNi 表面改性及其生物相容性研究 【现状】表面涂层法、氧化法、激光熔覆、离子注入、高分子复合改性等不同的表面改性方 法被用在 TiNi 表面改性上,使其耐腐蚀性和生物相容性得到不同程度的改善。 【热点及难点】作为长期植入人体的材料,Ni 离子的溶出及潜在的毒性问题是大家关注的 重点,也是亟待解决的难点问题之一。 【前景】由于 TiNi 合金具有的独特的形状记忆效应和超弹性,加以适当的改性,使其 Ni 离 子的溶出降低,生物相容性提高,必将在生物医学领域得到广泛的应用。 【代表文献】这个领域代表文献很多,就不一一列出了,下面是一篇综述,个人认为总结的 比较全面。 Critical overview of Nitinol surfaces and their modifications for medical applications 2、 【研究方向】软骨组织工程支架材料 【现状】用于支架材料的天然高分子主要有胶原蛋白、纤维蛋白、甲壳素、透明质酸、壳聚 糖以及纤维素衍生物等。 天然高分子的优点在于可以作为组织填充物而长期存在, 有较好的 组织相容性和亲和性。广泛研究的组织工程用合成高分子材料主要为聚己酸内酯(PCL)、聚 羟基乙酸(PGA)、聚羟基丙酸(聚乳酸,PLA)及它们的共聚物(PLGA)等聚酯类材料。合成高分 子材料适合批量生产,易于加工,结构和性能可以按需修饰和调控。 【热点及难点】目前组织工程用支架材料还存在许多缺点,如力学强度有限、降解速率与新 生组织的生成速率不匹配、材料与宿主的整合性差、材料缺乏表面特异性等。 【前景】随着组织工程研究的深入,人们越来越认识到单一材料难以构建理想支架,复合支 架可提高材料性能。 【代表文献】 Y.-L.Chen, H.-P.Lee, H.-Y. Chan,et al. Composite chondroitin-6-sulfate/dermatan [1] sulfate/chitosan scaffolds for cartilage tissue engineering, Biomaterials, 2007, 28, 2294-2305. [2] B. Grigolo, L. Roseti, M. Fiorini, et al. Transplantation of chondrocytes seeded on a hyaluronan derivative (Hyaff®-11) into cartilage defects in rabbits, Biomaterials, 2001,

22, 2417-2424. [3] C.-H. Chang, H.-C. Liu, C.-C. Lin, et al. Gelatin-chondroitin-hyaluronan tri-copolymer scaffold for cartilage tissue engineering, Biomaterials, 2003, 24, 4853-4858. [4] F. A. Muller, L. Muller, I. Hofmann, et al. Cellulose-based scaffold materials for cartilage tissue engineering, Biomaterials, 2006, 27, 3955-3963. [5] Y. S. Nam, T. G. Park, Biodegradable polymeric microcellular foams by modified thermally induced phase separation method, Biomaterials, 20, 1783-1790. [6] Y. Cao, J. P. Vacanti, K. T. Paige, J. Upton, C. A. Vacanti, Transplantation of chondrocytes utilizing a polymer-cell construct to produce tissue-engineered cartilage in the sharp of a human of ear, Plastic and Reconstructive Surgery, 1997, 100, 297-302. [7] Huiling Lai, AbuKhalil Asad, Q.M.C Duncan, The preparation and characterisation of drug-loaded alginate and chitosan sponges, International Journal of Pharmaceutics, 2003, 251, 175-181. [8] Misao Nagahata, Ryusuke Nakaoka, Akira Teramoto, Koji Abe and Toshie Tsuchiya, The response of normal human osteoblasts to anionic polysaccharide polyelectrolyte complexes, Biomaterials, 2005, 26, 5138–5144.

3、 【研究方向】可降解镁 【现状】现在的研究内容主要有:体外降解(浸泡)速率和产物、动物体内植入后的组织观 察和样品观察、表面改性。体外的相容性不太常见,比如直接在材料表面种植细胞观察不太 多。 【热点及难点】无论是骨科的还是心血管内科的,降解速率的控制是大问题。现在主要的研 究目的就是速率降下来,要慢些,再慢些。。控制速率的方法很热门,也很多,典型的如各 。 种各样的表面改性。体内降解过程的观察也是个难点,毕竟要隔一段时间才能取材,中间发 生了些什么不容易观察。镁组织工程支架貌似也比较热门,这个不太熟悉,只是听说过。 【前景】前途是光明的,道路是曲折的。 。镁合金具有非常吸引人的地方,但也有太多太多 问题没有解决,最关键的就是速率的控制问题。还有就是安全性评价问题,文献报到了很多 动物实验,无论降解快慢,至少不会产生严重的毒性,但时间都比较短。想用到临床甚至代 替可降解高分子还有很长的路要走。 (其实,我觉得把镁合金和聚乳酸做成复合材料也许会 很不错。) 。 【代表文献】文献蛮多,不一一列出了。仿照楼上的一位同学,列一个综述吧。这个领域的 大哥 witte 写的一个综述比较有代表性,总结的比较全面。 Degradable biomaterials based on magnesium corrosion 4、 【研究方向】LbL 膜在生物医用材料上的应用 【现状】功能生物大分子自组装膜在分子器件、分子调控、生物芯片、生物传感器等方面有 重要的应用价值,从分子水平构筑的功能生物大分子自组装膜是化学、生命科学、材料学、 物理学等学科的交叉科学的研究热点之一。因此,许多学者对其进行了大量的研究,从单组 分到多组分组装,从单层到多层交替组装,从蛋白质到 DNA 组装,从平面到胶体颗粒组装 等方向发展,许多研究成果已成功地应用于实践。 【热点及难点】1.应用于生物传感器 2.在药物缓释,与实现可控释放某些特定药物方面的研究 3.作为药物载体,以及实现生物大分子的特异性识别自组装

【前景】自组装在国内的研究这几年很火热,已经有相当数量的优质论文。本人就正在从事 这方面的研究。 但在这方面的研究结果现在仍然属于基础性的研究, 要实现产业化, 工业化, 还得继续努力。这样才能真正让我们的科研造福于民。 【代表文献】 Biomaterials 30 (2009) 2799–2806 功能高分子学报 Vol. 14 吕德水,林汉枫,李扬眉,徐立恒,林贤福 5、 【研究方向】新型骨组织修复材料的研究 【现状】 人工骨组织修复生物医用材料越来越受到临床青睐, 它是一类可对机体组织进行修 复、替代与再生,具有特殊功能作用的材料,该类材料在临床的应用,为伤(患)者恢复正 常的生理功能, 创造自立和自强的生活提供了可能, 同时也可避免采用自体骨和异体骨所带 来的问题。 【热点及难点】为获得化学组成、聚集态结构和性能与自然骨接近的骨修复材料,模仿自然 骨的组成结构和功能,得到具有较佳力学性能(强度高、韧性好) ,弹性模量与人骨匹配且 具有良好生物相容性和生物活性的仿生骨医用生物修复材料已成为近年来该领域研究热点 之一。 【前景】国内外现有人工骨修复材料的规格品种还较少,销售价格亦十分昂贵,迄今还没有 一种在力学性能上接近自然骨,并具有理想的重建生物活性、可承重的骨修复或替代材料。 而从仿生学原理出发, 模仿自然骨无机 K 有机相组成和结构的纳米复合骨修复医用生物材料 的研究为人工骨修复材料带来了光明前景。 对于 HA/ 高分子基复合骨修复材料, HA 含量 其 高,生物活性就好。 【代表文献】The research of biomedical materials in bone tissue grafting and replacing 6、 【研究方向】两亲性生物降解高分子纳米材料 【现状】高分子纳米材料具有广泛的用途,近年来受到人们的高度关注。由于人体和其它生 物体中含有大量的纳米结构,如生物大分子(核酸、蛋白质、多糖及其复合物) 、病毒、细 胞器等均在纳米尺度范围。 人们渴望模拟生物体内的纳米组装结构, 设计制备出形形色色的 纳米装置,以用于探测机体内的生化物质、定位释放治疗药物或人体所需要的微量物质、诱 导缺损组织修复等方面。 【热点及难点】 由于疏水性生物降解高分子纳米粒子难以在含水生理体系中稳定分散, 一些 两亲性生物降解高分子被合成出来并用于制备能够在含水体系中稳定分散的高分子胶束 [1-3]。 两亲性可生物降解高分子材料大都是由较长的亲水链段和疏水链段接枝或嵌段形成的 共聚物。在选择性溶液中,由于受疏水、静电、配位或氢键等弱相互作用力影响,两亲性生 物降解高分子能够自组装形成具有“核-壳”结构的纳米胶束,聚合物的疏水部分聚集在胶 束的内核,而亲水部分则在胶束外表面形成亲水壳层 【代表文献】[1] Senthilkumar M,Mishra P,Jain NK,Long circulating PEGylated poly(D, L-lactide-co-glycolide) nanoparticulate delivery of Docetaxel to solid tumors,Journal of Drug Tageting, 2008, 16(5): 424-435. [2] Drumond WS, Mothe CG, Wang SH, Biodegradable nanosize particles of poly(L, L-lactide)-b-poly(ethylene glycol)-b-poly(L, L-lactide), Polymer Engineering and Science, 2008, 48(10): 1939-1946. [3] So Young Kim,Kyung Eun Lee,Sung Sik Han,et al.,Vesicle-to-Spherical Micelle-to-Tubular Nanostructure Transition of Monomethoxy-poly(ethylene glycol)?poly(trimethylene carbonate) Diblock Copolymer, J. Phys. Chem. B, 2008, 112 (25): 7420–7423.

7、 【研究方向】心血管方向,新型人工心脏瓣膜的材料 【人工心脏瓣膜材料的要求】 耐久性,耐磨损,抗冲击,抗疲劳,耐腐蚀,生物相容性,组织相容性,血液相容性 。 【人工机械心肌瓣膜材料存在的问题】 人工机械心肌瓣膜耐久性好, 在材料选择上存在力学性能与血液相容性的矛盾, 为了预防术 后血栓栓塞的发生,人工机械心脏瓣膜在手术后尚需终身抗凝。 【关键点】 提高与血液接触生物材料的血液相容性是一项重要的课题。 在不改变材料本体性能的基础上, 通过在氧化钛薄膜表面构建催化活性层,使材料在植入体内后能原位诱导一氧化氮的释放, 改善材料表面的抗凝血性能。 【代表文献】 Walters D A, Ericson L M, Casavant M J, al.Elastic strain of freely suspended single-wall carbon et nanotube ropes.Applied Physics Letters,1999,74(25):3803-3805 Iijima S,Brabec C,Maiti A,et al.Structural flexibility of carbon nanotubes.Journal of Chemical Physics,1996,104(5):2089-2092 Dikey E C, Grmies C A, M K, al.Visible photoluminescence from ruthenium-doped multiwall Jain et carbon nanotubes.Applied Physics Letters,2001,79(24):4022-4024 Sun W X,Huang Z P,Zhang L,et al.Luminescence from multi-walled carbon nanotubes and the Eu(III)/multi-walled carbon nanotube composite.Carbon,2002,41(8):1685-1687 Ma R Z,Liang J,Wei B Q,et al.Study of electrochemical capacitors utilizing carbon nanotube electrodes.Journal of Power Sources,1999,34:126-129 Dillon A C,Jones K M,Bekkedahl T A,et al.Storage of hydrogen in single-walled carbon nanotubes.Nature,1997,386:377-379 Luo J Z,Gao L Z,Leung Y L,et al.The decomposition of NO on CNTs and 1wt%Rh/CNTs.Catalysis Letters,2000,66(1-2):91-97 Rubianes M D,Rivas G A.Carbon nanotubes paste electrode.Electrochemistry Communications, 2003,5:689-694 Besteman K,Lee J,Wiertz F,et al.Enzyme-coated carbon nanotubes as single-molecule biosensors.Nano Letters,2003,3(6):727-730 Wang S G,Zhang Q,Wang R L,et al.A novel multi-walled carbon nanotube-based biosensor for glucose detection.Biochemical and Biophysical Research Communications, 2003, 311(5):572-576 8、 【研究方向】胶原蛋白生物材料 【现状】 使用胶原蛋白作为生物材料,主要是作为某个组织的支架材料,因此对其高分子 量、力学性能、生物降解行为(即生物保留时间)和相应的生物相容性、细胞毒性都提出了 严格的要求,如果胶原材料达不到这些基本的指标,它作为生物材料的生命力是有限的。现 在的交联胶原蛋白材料,有的以合成高分子作纤维材料,在其外包覆有胶原蛋白,虽然在初 期材料的性能可以满足,但是经过一段不长的时间,随着胶原的降解,合成高分子对生命体 的细胞毒性和生物相容性差等问题都会暴露出来。 若以纯胶原为纤维材料, 如果交联程度低, 则分子量较小,强度不够,反之,如果简单的提高交联度,而由交联剂带来的细胞毒性无法 去除,也不能很好的应用于实际。 【热点】仿生神经的新型神经组织工程支架材料 类人胶原蛋白-透明质酸血管支架 组织工程心脏瓣膜

【难点】作为生物支架材料,在体内生物降解时间的不同要求,只有通过交联改性来达到调 节降解速率的目的。因此对交联剂的选择是难点。 与人体的排斥反应也有一定影响 【前景】 由于胶原蛋白有诸多优良性质,使这类生物高分子化合物目前用途非常广泛,遍 及医药、化工、食品等领域 9、 【研究方向】生物活性陶瓷——羟基磷灰石 【发展优势】良好的生物相容性,与组织界面发生化学键合。 【缺点】强度太低。 【改进】可用别的才来哦进行增强如碳纳米管。 10、 【研究方向】 :PDMS 微流控芯片 【现状】 : PDMS 制作工艺研究。大量用于 DNA,化学混合反应等等各种微量流体实验 【热点及难点】 :人造血管。微反应器。微泵。....... 难点: 清洗,键合。PDMS 材料收缩 性,表面改性。 【前景】 新材料。 : 。会很好。 【代表文献】 木。 11、 【研究方向】生物可降解骨质瓷--偏磷酸钙(CMP) 【现状】 偏磷酸钙玻璃陶瓷是一种非常新的组织工程支架材料, 大量的研究均证明其具有非 常优异的细胞相容性能和降解性能。 【热点及难点】由于偏磷酸钙结构较复杂,存在形式多样,其降解性能的研究不够深入。 【前景】可降解骨修复材料。 【代表文献】未找到。 其实这方面文献我搜索过,本来发表的就不多,切多是 05 年之前的,05 年之后就没多少英 文文献发表了,所以我很犹豫,但是老板布置的课题又没法反抗,所以只好在这求助了,如 果有做这方面研究的希望能够给予一点指导。 12、 【研究方向】生物材料纳米特性研究 【现状】建立在纳米材料的生物相容性、磁性、催化性能等特性基础上的新型传感技术进行 了综述和探讨,如纳米单通道技术利用随机传感形成的电流脉冲信号来实现 DNA 测序、单 核苷多态性、特异序列 DNA 等的识别分析。此外,纳米阵列通道技术、纳米阵列电极、纳 米微流控通道、纳米间隙等技术对基因识别、蛋白质的结构及修饰特征、药物作用靶标的发 现与确证、药物筛选等方面的研究有着广阔的应用前景 【热点及难点】医学与生物工程 纳米粒子.纳米材料是纳米技术的重要的组成部分,也是国 际上竞争的热点和难点。 各种纳米结构混杂在一起无法分开, 这大大地限制了纳米材料的有 效利用 【前景】 目前科学家们已经纺出了几乎由百分之百的纳米管组成的线, 韧度比任何天然或其 他人造纤维都高。随着科学技术的不断发展,这种线有望织成防弹衣,或者绕成比钢强许多 倍的电缆。研究人员还发现纳米管既可以作为像铜那样的导体 【代表文献】新型纳米材料的生物电化学研究 13、 【研究方向】细菌纤维素在医学上的应用 【现状】由于细菌纤维素纯度极高,而植物纤维素掺杂木质素、半纤维素和其他杂质。细菌

纤维素具有较好的生物亲和性、生物适应性、无免疫原性、高强度、高持水性、高结晶度和 良好的纳米纤维网络等特性。 【前景】 可降解, 具有生物活性, 可作为高分子材料, 对多功能材料的研究具有重要的意义。 【代表文献】Studies on pervaporative characteristics of bacterial cellulose membrane 14、 【研究方向】非病毒转基因载体 【现状】有很多非病毒转基因载体被开发出来,包括天然高分子,比如壳聚糖、以及各种改 性后的多糖类; 合成高分子, 比如聚乙烯亚胺(PEI)、 聚甲基丙烯酸二甲氨基乙酯(PDMAEMA)、 PAMAM 树状聚合物、氢键型的聚三嗪等;纳米材料复合载体,如阳离子包裹的量子点、纳 米金刚石、二氧化硅、铁氧粒子等等 【热点及难点】 当前热点在于如何构建载体使基因得以有效转染, 以及纳米结构载体的设计, 难点在于突破转染效率瓶颈 【前景】在基因治疗领域有广泛的应用前景 【代表文献】太多了,成千上万,这里列两篇综述吧 1.Luo D, Saltzman WM .Synthetic DNA delivery systems.Nat. Biotech. 2000 18:33-37 2.Chirila TV, Rakoczy PE, Garrett KL, Lou X, Constable IJ .The use of synthetic polymers for delivery of therapeutic antisense oligodeoxynucleotides. Biomaterials 2002 23:321-342


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