材料科学前沿讲座.docx

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1、生物医用高分子材料是生物材料的重要组成部分，目前在医药领域已得到广泛应用，如用于疾病的诊断和治疗、损伤组织和器官的替换或修复、合成或再生等。根据不同来源，可将其分为天然和人工合成的生物医用高分子材料两大类。天然生物医用高分子原材料源于自然界，资源丰富、容易获取，具有很好的生物相容性、可降解性和较低的毒性，因而有着广阔的应用前景。近几年来，将天然高分子改性用作生物医用材料的研究工作十分引人关注，本文将着重介绍本课题组近期有关研究进展，同时评述了该领域的研究状况和发展趋势。天然高分子一般是指自然界动、植物以及微生物资源中的生物大分子。目前应用于生

2、物医用领域的天然高分子主要包括多糖类和蛋白质类等(表1)。一、具有特殊功能和生物活性的天然多糖多糖为单糖组成的天然高分子化合物，广泛地存在于动、植物和微生物体中。纤维素(Cellulose)是地球上最丰富的天然高分子，是自然界中取之不尽、用之不绝的可再生资源。纤维素主要来源于树木、棉花、麻、谷类植物。一些纤维素衍生物，如甲基纤维素、羧甲基纤维素以及羟乙基纤维素等常用作药物载体、药片黏合剂、药用薄膜、包衣及微胶囊材料。通过细菌的酶解过程产生的纤维素(即细菌纤维素)，具有良好的生物相容性、湿态时高的力学强度、优良的液体和气体通透性，能防止细菌感染

3、，促使伤口的愈合。细菌纤维素的应用领域包括：①人造皮肤和外科敷料，Biofill®和Gengiflex®是两个典型的细菌纤维素产品,Biofill®已成功地用于二级和三级烧伤、溃疡等的人造皮肤临时替代品，Gengiflex®已用于牙根膜组织的恢复。②人造血管，Klemm等研究发现内径为1mm的BASYC(BacterialSynthesizedCellulose，图1)在湿的状态下具有高机械强度，高持水能力，低粗糙度的内径以及完善的生物活性等优良特性，证明了它在显微外科中作为人工血管的巨大应用前景。③软骨组织工程，将未经修饰的细菌纤维素应用于

4、人软骨细胞,发现它可以支持软骨细胞增殖,并且用透射电镜可以检测到软骨细胞在支架内部生长网，证明细菌纤维素在软骨组织工程中是一种非常有潜力的生物支架材料。④医疗护理品，细菌纤维素具有良好的机械性能、抗形变和撕裂能力,可以用来生产外科手术用品,如外科手术的手套、用于擦拭血液、汗液等的带子。图1细菌纤维素制备的不同规格BASYC导管甲壳素(chitin)是一种广泛存在于昆虫、海洋无脊椎动物的外壳以及真菌细胞中的多糖。壳聚糖(chitosan)是甲壳素脱乙酰基后的产物，具有良好的生物相容性和生物可降解性。在医学领域，壳聚糖可作为生物相容性很好的可降解

5、材料，制成手术缝合线、人造血管和人工皮肤等医疗产品；在药学领域，壳聚糖具有抗肿瘤、治疗心血管疾病和促进伤口愈合等功效。此外，壳聚糖还具有选择性促进表皮细胞生长的独特生物活性，因此可将壳聚糖作为良好的支架材料广泛地应用在组织工程学中，如应用于皮肤、骨、软骨、神经等组织工程。将壳聚糖乙酸溶液和聚乙二醇溶液混合后，通过静电纺丝得到纳米纤维，研究显示软骨细胞(HTB-94)在该纤维上面繁殖良好(图2)，表明壳聚糖复合材料在骨组织材料工程中很有应用前景。香菇多糖(Lentinan)是从香菇子实体、菌丝体或发酵液中提取出来的一种水溶性葡聚糖,它在水溶液中

6、能形成三螺旋链构象(图3)，具有抑制肿瘤、抗菌消炎、抗辐射提高机体免疫力等多种生理活性。日本学者早于80年代开始将香菇多糖作为生物反应调节剂应用于临床；国内也于90年代开始将香菇多糖大量应该用于临床治疗恶性肿瘤及病毒性肝炎等疾病，显示出较好的疗效。图2软骨细胞(HTB-94)在壳聚糖/聚乙二醇纳米纤维上培养5天后的扫描电镜(SEM)照片图3香菇多糖的三螺旋链构象从裂褶菌(又名白参、树花)子实体、菌丝体或发酵液中提取出一种水溶性多糖，即裂褶菌多糖(Schizophyllan)。它具有与香菇多糖类似的化学结构(图4a)、三螺旋构象(图4b)和生理

7、活性。近期研究发现，将裂褶菌多糖的三螺旋链解开得到单股无规线团能与单螺旋的寡核苷酸重新组合成三螺旋构象，可以将寡核苷酸运输进入细胞中(图5)，从而提高基因的转染效率。图4裂褶菌多糖：(a)化学结构，(b)三螺旋构象图5裂褶菌多糖转运寡核苷酸进入细胞的示意图二、两亲性多糖衍生物多糖具有良好的生物相容性和降解性，是理想的药物载体原材料。一些水溶性多糖链上存在大量可反应的活性基团(如羟基、氨基和羧酸基团)，通过化学反应在亲水性的多糖主链上偶联一些疏水基团(如长链烷基、胆甾基团等)，可合成两亲性多糖衍生物(Amphiphilicpolysacchar

8、idederivatives)。在水溶液中，两亲性多糖衍生物通过疏水基团间的非极性相互作用力，自聚集形成热力学稳定的纳米胶束，作为载体材料用于药物的传输，有利于实现