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生物材料與我們的生活

來源：泰然健康網(wǎng) 時間：2024年12月07日 15:02

上海硅酸鹽研究所研究生趙莉
在我們的生活中，也許你會發(fā)現(xiàn)有的人口腔中裝有假牙，有的人由于各種疾病不得不裝上了假肢，還有的人為了美容換上了人造皮膚，這樣的例子隨處可見，或許你并沒有意識到，這些都屬于生物醫(yī)用材料。生物醫(yī)用材料，指用于生理系統(tǒng)疾病的診斷、治療、修復(fù)或替換生物體組織或器官，增進或恢復(fù)其功能的材料。
生物醫(yī)用材料的研究與開發(fā)對國民經(jīng)濟和社會的發(fā)展具有十分重要的意義。近三十年來，生物醫(yī)用材料的研究與開發(fā)取得了令人矚目的成就，使得數(shù)以百萬計的患者獲得康復(fù)，大大提高了人類的生命質(zhì)量。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人口老齡化，中青年創(chuàng)傷的增多、疑難病患者的增加，以及工業(yè)、交通、體育等導(dǎo)致的創(chuàng)傷增加，人們對生物醫(yī)用材料及其制品的需求越來越大。南開大學(xué)俞耀庭教授認(rèn)為，人口老齡化進程的加速和人類對健康與長壽的追求，激發(fā)了對生物材料的需求。
近年來，世界生物材料市場發(fā)展勢頭更為迅猛，其發(fā)展態(tài)勢可與信息、汽車產(chǎn)業(yè)在世界經(jīng)濟中的地位相比。據(jù)1988年美國國家健康統(tǒng)計中心調(diào)查，美國已有1100萬人(不包括齒科材料)植入了一件以上的生物醫(yī)用材料，全球達(dá)3000萬人以上，1995年世界生物醫(yī)用材料市場已達(dá)2000億美元。中國科學(xué)院在2002年《高技術(shù)發(fā)展報告》中披露，1990年至1995年，世界生物醫(yī)用材料市場以每年大于20%的速度增長。這期間中國的增長雖然也比較快，但由于起點低，市場份額只占世界市場的2%。2000年，全球醫(yī)療器械市場已達(dá)1650億美元，其中生物醫(yī)學(xué)材料及制品約占40%至50%。20世紀(jì)90年代，醫(yī)療器械平均年增長率在11%左右，預(yù)計未來幾年發(fā)展中國家將會大幅度增長。如除日本外的亞洲地區(qū)將從2000年占世界市場份額17%的280億美元，增長至2005年占世界市場份額的25%。生物醫(yī)用材料及其制品的市場預(yù)計10~15年將達(dá)到藥品市場的規(guī)模，成為下個世紀(jì)經(jīng)濟的支柱性產(chǎn)業(yè)。
追溯生物醫(yī)用材料的歷史，不得不提到人工器官。人工器官的研究實際上是個古老的命題。公元前約3500年古埃及人就利用棉花纖維、馬鬃作縫合線縫合傷口。而這些棉花纖維、馬鬃則可稱之為原始的生物醫(yī)用材料。墨西哥的印第安人(阿茲臺克人)使用木片修補受傷的顱骨。公元前2500年前中國、埃及的墓葬中就發(fā)現(xiàn)有假牙、假鼻、假耳。人類很早就用黃金來修復(fù)缺損的牙齒。文獻記載，1588年人們就用黃金板修復(fù)鄂骨。1775年，就有用金屬固定體內(nèi)骨折的記載，1800年有大量有關(guān)應(yīng)用金屬板固定骨折的報道。1809年有人用黃金制成種植牙齒。1851年有人報道使用硫化天然橡膠制成的人工牙托和鄂骨。
人工器官的深入研究與現(xiàn)代材料科學(xué)發(fā)展密切相關(guān)。20世紀(jì)初開發(fā)的高分子新材料促成了人工器官的系統(tǒng)研究的開始，人工器官的臨床應(yīng)用則始于1940年。由于人工器官的臨床應(yīng)用，拯救了成千上萬患者的生命，減輕了病魔給患者及其家屬帶來的痛苦與折磨，引起了醫(yī)學(xué)界的廣泛重視，加快了人工器官研究步伐。目前可以說，從天靈蓋到腳趾骨，從人體的內(nèi)臟到皮膚，從血液到五官，除了腦以及大多數(shù)內(nèi)分泌器官外，大都有了代用的人工器官。
隨著材料科學(xué)、生命科學(xué)和生物技術(shù)的發(fā)展，使得人類在分子水平上去認(rèn)識材料和機體間的相互作用，構(gòu)建生物結(jié)構(gòu)和功能，使傳統(tǒng)的無生命的材料通過參與生命組織的活動，成為有生命組織的一部分。生物醫(yī)用材料科學(xué)將成為人類進入"生物技術(shù)世紀(jì)"的重要基礎(chǔ)。
生物醫(yī)用材料是生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)重要研究領(lǐng)域之一，目前較活躍的研究內(nèi)容有用于人工心臟、人工血管和人工心臟瓣膜的高抗凝血材料；用于人工骨、人工關(guān)節(jié)、人工種植牙的生物陶瓷和玻璃；用于骨科修補及矯形外科的鈦及其合金；用于局部控制釋放的藥物載體的高分子材料；用于替代外科手術(shù)的縫合及活組織結(jié)合的生物粘合劑，以及血液凈化材料等。
納米技術(shù)的興起更為材料的發(fā)展注入了新的活力。通常意義上的納米材料指的是顆粒尺寸為1～100nm的粒子組成的新型材料。由于它的尺寸小、比表面大及量子尺寸效應(yīng)，使之具有常規(guī)粗晶材料不具備的特殊性能，在光吸收、敏感、催化及其它功能特性等方面展現(xiàn)出引人注目的應(yīng)用前景。納米技術(shù)與生物材料的結(jié)合便產(chǎn)生了納米生物材料。據(jù)報道，我國一種全新的骨置換材料將取代現(xiàn)在冰冷的金屬和脆弱的塑料等材質(zhì)，用幾乎可以以假亂真的效果為病人送去福音，這就是納米人工骨。納米人工骨是用"納米復(fù)合生物活性材料"制成的，目前這一技術(shù)在全世界首屈一指，其成果已通過我國863項目驗收。專家認(rèn)為，這種納米材料在生物活性、柔韌性以及強度等方面都和人體組織接近，今后將在顱骨、脊椎骨、頜骨、肋骨、髂骨、關(guān)節(jié)及喉管支架、穿皮器件與修復(fù)領(lǐng)域有著十分廣闊的應(yīng)用天地。目前這種材料正被研究用于制作人工眼球，并且有了良好的開端。經(jīng)動物實驗證實，這種用納米生物活性材料制成的可動眼球外殼，完全能和組織相容，并能與肌肉血管緊密地生長在一起。與這種材料相比，用陶瓷生物材料制作的可動眼球外殼太脆，金屬材料又太硬了，可以肯定，納米眼球已具有很好的可動功能，如果僅用于美容，這種眼球已相當(dāng)成熟了，但醫(yī)學(xué)家還有更高的追求，他們正在為達(dá)到可視的境界而不懈努力。
對生物材料的需求刺激了生物材料的發(fā)展，作為世界人口最多的國家，中國已進入老齡化國家行列，生物材料的市場潛力十分巨大。專家認(rèn)為，我國是生物材料和器械的需求大國，775萬肢殘患者和每年新增的300萬骨損傷患者需要大量骨修復(fù)材料，2000萬心血管病患者每年需要24套人工心瓣膜，2億至3億肝炎患者每年需要30萬個人工肝，腎衰患者每年需要12萬個腎透析器。生活節(jié)奏的加快、活動空間的拓展，使創(chuàng)傷問題日益突出，我國創(chuàng)傷住院年增長率達(dá)7.2%，高居住院人數(shù)第二位，其中80%需用生物醫(yī)學(xué)材料治療。在亞洲，腫瘤是死亡的主要原因之一；在西方國家，第一殺手則為心血管系統(tǒng)疾病。近年來創(chuàng)傷又成為威脅人類健康的一個主要因素；隨著人們生活質(zhì)量的提高，整形、美容正在興起；計劃生育對生物醫(yī)學(xué)材料市場的需求正在增長。生物醫(yī)學(xué)材料中，心臟和血管系統(tǒng)修復(fù)材料將保持高速增長，隨后為矯形植入器械和材料，預(yù)計2005年后者將比1999年增長26%；人造皮膚、組織粘合劑、防組織粘連劑等的年增長率可達(dá)45%左右。由此可見，生物材料在中國大有潛力，也急需越來越多的人投入到生物材料的研究中。
生物醫(yī)學(xué)材料是在多門學(xué)科的共同合作、互相滲透、互相借鑒，突破舊有學(xué)科的狹小范圍而開創(chuàng)的一門新學(xué)科。中國科學(xué)院金屬研究所院士師昌緒認(rèn)為，為了滿足時代的要求及推動時代的發(fā)展，材料科學(xué)大有作為，其中生物材料最有發(fā)展前景。這門學(xué)科--作為材料科學(xué)的一個重要分支，它對于促進人類的文明發(fā)展，對于探索人類生命的秘密，對于保障人類的健康與長壽，必將做出極大的貢獻。