医用材料与应用就业方向医用材料与应用( 五 ) _医用高分子材料

目前软组织工程材料的研发主要集中在新型可生物降解生物医用材料的研究，利用物理、化学、生物和基因工程手段对原有材料进行改造和修饰，材料与细胞之间的反应和信号传递机制，促进细胞再生的规律和原理，细胞机制的作用和原理，开发具有选择性渗透和表面改性的膜材料，开发对细胞和组织具有诱导作用的智能高分子材料。
目前，硬组织工程材料的研究和应用发展主要集中在碳纤维/高分子材料、无机材料(生物陶瓷、生物活性玻璃)和高分子材料的复合研究。纳米生物材料在医学上主要用作控释材料和药物载体。纳米生物材料根据其材料性质可分为金属纳米颗粒、无机非金属纳米颗粒和可生物降解的聚合物纳米颗粒。纳米生物材料可分为纳米脂质体、固体脂质纳米粒、纳米胶囊(纳米球)和聚合物胶束。
纳米技术在20世纪90年代取得突破，其在生物医学领域的应用研究不断扩大。目前的研究重点主要是药物控释材料和基因治疗载体材料。药物控释是指药物通过生物材料恒速、靶向定位或智能释放的过程。具有上述性质的生物材料是实现药物控释的关键，可以提高药物的治疗效果，减少其用量和副作用。随着人类基因组计划的完成和基因诊疗的不断进步，科学家们对利用基因疗法治疗肿瘤充满信心。基因治疗是将正常基因导入特定细胞(癌细胞)，修复缺陷或致病基因；或者引导人们表达具有治疗癌症功能的蛋白质基因，或者引导人们阻止致病基因在体内合成蛋白质基因片段来阻止致病基因发挥作用，从而达到治疗的目的。这是治疗学的一大进步。基因治疗的关键是引导人类基因的载体。只有借助载体，正常基因才能进入人类细胞核。目前，高分子纳米材料和脂质体是基因治疗的理想载体，具有载药量大、安全性高等特点。最近，一种新合成的树枝状高分子材料作为基因转移的载体值得关注。
此外，生物医用纳米材料在分析检测技术、纳米复合医用材料、与生物大分子的组装、抗原或疫苗递送等方面也有很好的应用前景。纳米碳材料可以显著提高人工器官和组织的强度和韧性。纳米聚合物颗粒可用于一些疑难疾病的介入诊断和治疗；纳米级类骨磷灰石晶体的合成已成为制备纳米级类骨生物复合活性材料的基础。该领域未来的发展趋势是纳米生物医用材料“组件”与纳米医用无机材料、晶体结构“组件”的结合，如纳米微电子控制的纳米机器人、药物的器官靶向；通过纳米技术，介入诊疗将向微小、微型、微创或无创、快速、功能化、智能化方向发展；模拟人体组织的组成、结构和力学性能的纳米生物活性仿生医用复合材料。组织反应是指局部组织对生物医用材料的反应。组织反应是对异物入侵的防御性反应，可以减少异物对组织的损伤，促进组织修复和再生。但是，组织反应本身也可能对身体造成伤害。根据病变的不同，可分为以下两种反应:
1.以渗出为主的组织反应
多见于植入初期和植入材料稳定期。主要渗出液为中性粒细胞、浆液和纤维蛋白原。例如植入物周围组织中的嗜中性粒细胞聚集；由于纤维蛋白原的渗出，长期植入且稳定的材料周围可能出现纤维囊肿。

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2.面向增殖的组织反应
比较常见的是植入物长期存在，损害身体。巨噬细胞占优势，也可见淋巴细胞、浆细胞和嗜酸性粒细胞，并伴有明显的组织增生，可逐渐发展为肉芽肿或肿瘤。
在生物医用材料的使用过程中，组织反应引起的两种严重并发症是炎症和肿瘤。炎症包括感染性炎症和无菌性炎症。感染性炎症可能是由于材料植入过程中组织损伤，使病原体乘虚而入；也可能是因为植入物本身没有经过严格的消毒灭菌，成为了病原体的载体。无菌性炎症不是由病原体入侵引起，而是由影响体内炎症和抗炎系统调节的炎症反应引起。生物材料植入导致肿瘤是一个缓慢的过程，可能是材料本身释放出有毒物质，也可能是材料的外观和表面性质造成的。因此，在应用长效植入剂之前，有必要对植入剂的慢性毒性、致突变性和致癌性进行生物学试验。生物医用材料的血液相容性包括不引起血液凝固和不破坏血液成分两个方面。在一定限度内，即使在表面张力的剪切作用下，血液中的红细胞也会受到一定程度的损伤(即发生溶血) 。因为血液有很强的再生能力，随着时间的推移，其不良影响不会很显著；但如果材料表面有血栓形成，由于累积效应，随着时间的推移，凝血程度越来越高，对人体产生严重影响。因此，材料的抗凝血性能是血液中最受关注的。材料与血液接触引起的血液凝固和血栓形成的途径如图1所示。正常人心血管系统的血液保持液态，循环不息，不凝结。医用材料接触到血液，会引起血液的一系列变化。首先，血浆蛋白在材料表面的吸附。根据材料的表面结构和性质，白蛋白、球蛋白和各种蛋白质会在一分钟甚至几秒钟内竞争吸附在材料表面，在生物材料表面形成复杂的蛋白质吸附层。当球蛋白和纤维蛋白原吸附在材料表面时，血小板容易粘附在表面，导致血小板变形和聚集凝固。蛋白质表面也会引起红细胞的粘附。虽然红细胞在凝血中的作用尚不明确，但如果红细胞的细胞膜破裂，就会发生溶血。红细胞释放的血红蛋白和二磷酸腺苷简称ADP(血小板聚集促进物质) 。它们能引起血小板粘附、变形和聚集，然后导致凝血。

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