医学领域中新型材料的研究与应用进展

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1、医学领域中新型材料的研究与应用进展章弋嘉北京大学物理学院，北京100871，中国本文简要总结了多种研究及应用上常见的医学材料的最新进展，指出尽管名目繁多的医学材料已经在临床上得到了大量应用，在医疗上起到了举足轻重的作用，然而目前的医学材料仍然存在各自的缺陷，通过物理化学手段改进材料性能、发掘材料其他的运用方式、发展新的医疗手段是目前医学材料领域中重要的工作。在引言之后，第II部分中文章阐述了医学实践对材料的主要应用需求。在其后的第III部分，文章依从金属材料、无机非金属材料、高分子材料、纳米材料的顺序分别简要叙

2、述了26种典型材料的医学应用和研究进展。第IV部分是作者对医学材料潜在研究方向的思考。第V部分对本文做出了概括性的总结。Keywords:医学材料;材料物理;生物相容性;综述I.引言产物安全、同时又有足够机械强度的可降解骨内固定物就能免除这个拆除过程的痛苦，这就提出了对合适的可二十世纪短短一百年间的发展彻底地改变了材料科降解材料的需求[3]。学的面貌。如今，以量子力学为根基，结合化学、生物、另一方面，新材料的诞生也往往能够带来全新的医工程等多领域的知识而综合成的关于各种材料的研究已疗手段。例如近年来的热门研究领

3、域——药物缓释材料经成为物理学中一个庞大的分支——凝聚态物理学，物——就提出了通过药物载体在一个较长时间段内对药物理学研究的成果时常会被发现能够应用在医疗上。在医的缓慢释放来达到长时间持续给药的效果这种全新概念。学领域，修复损伤、组织培养、药物输送等过程均需要同样的，靶向释放材料的研究也为我们开辟了靶向药物具有特定属性和功能的材料，寻求合适的医学材料已经的发展道路。成为一个跨学科的研究方向。除此之外，新材料的应用也能够促进我们对生物过在历史上，医学材料的演进经历了三个阶段的发程、疾病发生、药物作用机理的研究。例

4、如利用特定材展[1]。二十世纪初第一次世界大战以前的材料可以被归料对特定蛋白、细胞、组织的荧光标记能够帮助我们定为第一代医学材料，这一代材料的应用多是朴素的就地位，研究其输运、转变过程。取材和经验尝试的方式，例如使用木材、金、银、铜、铁作为骨骼修补替代物，没有考虑生物相容性的问题，因II.医学材料的应用需求此手术也常常引发感染。一战前后逐渐发展起来的高分子材料产业导致了第二代医学材料的诞生，第二代材料正如第I部分所提到的，尽管多种医学材料已经得的发展建立在专门的生物、物理性能测试之上，广泛应到了广泛的应用，目前

5、医学实践依然提出了更多的对新用了高分子材料，并且开始顾及材料的生物相容性，代材料的需求。在分条叙述对医学材料的需求之前我们需表材料有羟基磷灰石、聚羟基乙酸、胶原蛋白等。近几要先回顾材料在生物体中的运用对材料属性的一些普遍十年发展起来的第三代医学材料在原先的生物惰性材料的严格的要求。的基础上发展了能与细胞组织进行特异性关联的生物活性材料，靶向修复等概念逐渐进入了公众的视野。尽管多种多样的医学材料如今已经广泛使用在临床A.医学材料的首要属性治疗之中，但对新材料的需求依然强烈，研究机构中也大量进行着对新材料的探索。一

6、方面原因是目前的材料生物相容性是生物医学材料科学的核心，尤其对于有大量尚待解决的问题，例如由于接触面的磨损问题导与生物体组织相接触的材料如骨内固定物等其生物相容致目前大部分植入人体的人造关节只能有效工作10至性的重要性占据第一位[4]。生物相容性即植入体的安15年[2]，这就需要研发寿命更长的材料。又例如对于骨全性，不会引起生物体的排异反应、应激反应或其他毒损伤植入体内骨固定物时，不可降解的骨固定物意味着副作用。血液相容性可以通过溶血测试和凝血测试检验，患者痊愈时还需要一次拆除固定物的手术，而一个降解组织相容性

7、可以通过材料的长期肌内埋植实验检验。材2料的细胞毒性测试和全身毒性测试也是必要的。除此以E.靶向治疗材料外，由于生物体有处于失调状态的可能性，因此检验材料的炎症相容性也不容忽视。对于承力材料，其机械强靶向治疗的概念是近年来很受重视的医学概念。在度、弹性模量也在测试范围内。对于易碎的材料如陶瓷传统的疾病治疗中，注入的药物广泛分布在身体各处，材料，其脆性断裂极限的确定也至关重要。为了使特定区域如肿瘤部位达到足够的药物浓度，就需在上述属性之外，材料使用的社会因素同样需在研要注入大量的药物，这一方面造成了药物的浪费，更

8、重究者的考虑范围之中。适于应用的材料应当尽可能便宜，要的是同时对非病理部位造成了很大的损害。而足够精易于制造加工运输。在同等的效果下，绿色工艺更值得确的靶向药物就能够减少用药量、降低药物对人体的副提倡。作用。靶向药物的靶点聚积可以通过外场分布、药物的环境敏感组件、特异性蛋白甚至基因识别来实现。但目前已有的靶向药物的效率有待提高，这就需要更高效的B.体内替代材料多靶点药物的开发[9]。对