導(dǎo)語：如何才能寫好一篇生物醫(yī)用材料前景，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公務(wù)員之家整理的十篇范文，供你借鑒。

篇1

一、生物醫(yī)用高分子材料的特點

生物醫(yī)用高分子材料是一種聚合物材料，主要用于制造人體內(nèi)臟、體外器官、藥物劑型及醫(yī)療器械。按照來源的不同，生物醫(yī)用高分子材料可以分為天然生物高分子材料和合成生物高分子材料2種。前者是自然界形成的高分子材料，如纖維素、甲殼素、透明質(zhì)酸、膠原蛋白、明膠及海藻酸鈉等；后者主要通過化學(xué)合成的方法加以制備，常見的有合聚氨酯、硅橡膠、聚酯纖維、聚乙烯基吡咯烷酮、聚醚醚酮、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚乙烯等。按照材料的性質(zhì)，生物醫(yī)用高分子材料可以分為非降解材料和降解材料。前者主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烴，芳香聚酯、聚硅氧烷等；后者包括聚乙烯亞胺—聚氨基酸共聚物、聚乙烯亞胺—聚乙二醇—聚（β-胺酯）共聚物、聚乙烯亞胺—聚碳酸酯共聚物等。

生物醫(yī)用高分子材料作為植入人體內(nèi)的材料，必須滿足人體內(nèi)復(fù)雜的環(huán)境，因此對材料的性能有著嚴(yán)格的要求。首先，材料不能有毒性，不能造成畸形；其次，生物相容性比較好，不能與人體產(chǎn)生排異反應(yīng)；第三，化學(xué)穩(wěn)定性強，不容易分解；第四，具備一定的物理機械性能；第五，比較容易加工；最后，性價比適宜。其中最關(guān)鍵的性能是生物相容性。

根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（InternationalStandardsOrganization，ISO）的解釋，生物相容性是指非活性材料進(jìn)入后，生命體組織對其產(chǎn)生反應(yīng)的情況。當(dāng)生物材料被植入人體后，生物材料和特定的生物組織環(huán)境相互產(chǎn)生影響和作用，這種作用會一直持續(xù)，直到達(dá)到平衡或者植入物被去除。生物相容性包括組織相容性、細(xì)胞相容性和血液相容性。

二、生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展歷史

人類對生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用經(jīng)過了漫長的階段。根據(jù)記載，公元前3500年，古埃及人就用棉花纖維和馬鬃縫合傷口，此后到19世紀(jì)中期，人類還主要停留在使用天然高分子材料的階段；隨后到20世紀(jì)20年代，人類開始學(xué)會對天然高分子材料進(jìn)行改性，使之符合生物醫(yī)學(xué)的要求；再后來人類開始嘗試人工合成高分子材料；20世紀(jì)60年代以來，生物醫(yī)用高分子材料得到了飛速發(fā)展和廣泛的普及。1949年，美國就率先發(fā)表了研究論文，在文中第1次闡述了將有機玻璃作為人的頭蓋骨、關(guān)節(jié)和股骨，將聚酰胺纖維作為手術(shù)縫合線的臨床應(yīng)用情況，對醫(yī)用高分子的應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。這被認(rèn)為是生物醫(yī)用高分子材料的開端。

在20世紀(jì)50年代，人類發(fā)現(xiàn)有機硅聚合物功能多樣，具有良好的生物相容性（無致敏性和無刺激性），之后有機硅聚合物被大量用于器官替代和整容領(lǐng)域。隨著科技的發(fā)展，20世紀(jì)60年代，美國杜邦公司生產(chǎn)出了熱塑性聚氨酯，這種材料的耐屈撓疲勞性優(yōu)于硅橡膠，因此在植入生物體的醫(yī)用裝置及人工器官中得到了廣泛應(yīng)用。隨后人工尿道、人工食道、人工心臟瓣膜、人工心肺等器官先后問世。生物醫(yī)用高分子材料也從此走上快速發(fā)展的道路。

三、生物醫(yī)用高分子材料的發(fā)展現(xiàn)狀、前景和趨勢

據(jù)相關(guān)研究調(diào)查顯示，我國生物醫(yī)用高分子材料研制和生產(chǎn)發(fā)展迅速。隨著我國開始慢慢進(jìn)入老齡化社會和經(jīng)濟發(fā)展水平的逐步提高，植入性醫(yī)療器械的需求日益增長，對生物醫(yī)用高分子材料的需求也將日益旺盛。2015年1月28日，中國醫(yī)藥物資協(xié)會的《2014中國單體藥店發(fā)展?fàn)顩r藍(lán)皮書》顯示，2014全年全國醫(yī)療器械銷售規(guī)模約2556億元，比2013年度的2120億元增長了436億元，增長率為20.06%。但是相比于醫(yī)藥市場總規(guī)模（預(yù)計為13326億元）來說，醫(yī)藥和醫(yī)療消費比為1∶0.19還略低，因此業(yè)內(nèi)普遍認(rèn)為，醫(yī)療器械仍然還有較廣闊的成長空間，生物醫(yī)用高分子材料也將迎來良好的發(fā)展前景。

根據(jù)evaluateMedTech公司基于全球300家頂尖醫(yī)療器械生產(chǎn)商的公開數(shù)據(jù)而得出的報告《2015-2020全球醫(yī)療器械市場》預(yù)測，2020年全球醫(yī)療器械市場將達(dá)到4775億美元，2016-2020年間的復(fù)合年均增長率為4.1%。世界醫(yī)療器械格局的前6大領(lǐng)域包括：診斷、心血管、影像大型設(shè)備、骨科、眼科、內(nèi)窺鏡，其中生物醫(yī)用高分子材料在其中都得到了廣泛的應(yīng)用。

以往的醫(yī)學(xué)研究對組織和器官的修復(fù)，更多是選擇一種替代品，實現(xiàn)原有組織和器官的部分功能。隨著再生醫(yī)學(xué)和干細(xì)胞技術(shù)的迅速發(fā)展，利用生物技術(shù)再生和重建器官、個性化治療和精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)已經(jīng)成為趨勢。因此傳統(tǒng)的生物醫(yī)藥高分子材料已經(jīng)不能滿足現(xiàn)有的需求，需要模擬生物的結(jié)構(gòu)，恢復(fù)和改進(jìn)生物體組織與器官的功能，最終實現(xiàn)器官和組織的再生，這也是生物醫(yī)用高分子材料未來的發(fā)展方向。

生物醫(yī)用高分子材料在醫(yī)療器械領(lǐng)域中得到了非常廣泛的應(yīng)用，主要體現(xiàn)在人工器官、醫(yī)用塑料和醫(yī)用高分子材料3個領(lǐng)域。

1.人工器官

人工器官指的是能植入人體或能與生物組織或生物流體相接觸的材料；或者說是具有天然器官組織或部件功能的材料，如人工心瓣膜、人工血管、人工腎、人工關(guān)節(jié)、人工骨、人工肌腱等，通常被認(rèn)為是植入性醫(yī)療器械。人工器官主要分為機械性人工器官、半機械性半生物性人工器官、生物性人工器官3種。第1種是指用高分子材料仿造器官，通常不具有生物活性；第2種是指將電子技術(shù)和生物技術(shù)結(jié)合；第3種是指用干細(xì)胞等純生物的方法，人為“制造”出器官。目前生物醫(yī)用高分子材料主要應(yīng)用在第1種人工器官中。

目前，植入性醫(yī)療器械中骨科占據(jù)約為38%的市場份額；隨后是心血管領(lǐng)域的36%；傷口護(hù)理和整形外科分別為8%左右。人工重建骨骼在骨科產(chǎn)品市場中占據(jù)了超過31%的市場份額，主要產(chǎn)品是人工膝蓋，人工髖關(guān)節(jié)以及骨骼生物活性材料等，主要應(yīng)用的生物醫(yī)用高分子材料有聚甲基丙烯酸甲酯、高密度聚乙烯、聚砜、聚左旋乳酸、乙醇酸共聚物、液晶自增強聚乳酸、自增強聚乙醇酸等。心血管產(chǎn)品市場中支架占據(jù)了一半以上的市場份額，此外還有周邊血管導(dǎo)管移植、血管通路裝置和心跳節(jié)律器等。

目前各國都認(rèn)識到了人工器官的重要價值，加大了研發(fā)力度，取得了一些進(jìn)展。2015年，美國康奈爾大學(xué)的研究人員開發(fā)出了一種輕量級的柔性材料，并準(zhǔn)備將其用于創(chuàng)建一個人工心臟。在我國，3D打印人工髖關(guān)節(jié)產(chǎn)品獲得國家食品藥品監(jiān)督管理總局（CFDA）注冊批準(zhǔn)，這也是我國首個3D打印人體植入物。

人工器官未來發(fā)展趨勢是誘導(dǎo)被損壞的組織或器官再生的材料和植入器械。人工骨制備的發(fā)展趨勢是將生物活性物質(zhì)和基質(zhì)物質(zhì)組合到一起，促進(jìn)生物活性物質(zhì)的黏附、增殖和分化。血管生物支架的發(fā)展趨勢是聚合物共混技術(shù)，如海藻酸鈉/殼聚糖、膠原/殼聚糖、膠原/瓊脂糖、殼聚糖/明膠、殼聚糖/聚己內(nèi)酯、聚乳酸/聚乙二醇等體系。

2.醫(yī)用塑料

醫(yī)用塑料，主要用于輸血輸液用器具、注射器、心導(dǎo)管、中心靜脈插管、腹膜透析管、膀胱造瘺管、醫(yī)用粘合劑以及各種醫(yī)用導(dǎo)管、醫(yī)用膜、創(chuàng)傷包扎材料和各種手術(shù)、護(hù)理用品等。注塑產(chǎn)品是醫(yī)用塑料制品當(dāng)中產(chǎn)量最大的品種。與普通塑料相比，醫(yī)用塑料要求比較高，嚴(yán)格限制了單體、低聚物、金屬離子的殘留，對于原材料的純度要求很高，對加工設(shè)備的要求也非常嚴(yán)格，在加工和改性過程中避免使用有毒助劑，通常具有表面親水、抗凝血等特殊功能。常用醫(yī)用塑料包括聚氯乙烯（PVC）、聚乙烯（PE）、聚丙烯（PP）、聚四氟乙烯（PTFE）、熱塑性聚氨酯（TPU）、聚碳酸酯（PC）、聚酯（PET）等。

目前醫(yī)用塑料市場約占全球醫(yī)療器械市場的10%，并保持著每年7%～12%的年均增長率。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，美國每人每年在醫(yī)用塑料領(lǐng)域消費額為300美元，而我國只有30元，由此可見醫(yī)用塑料在我國的發(fā)展?jié)摿Ψ浅４蟆?/p>

我國醫(yī)用塑料制品產(chǎn)業(yè)經(jīng)過多年的發(fā)展，取得了長足的進(jìn)步。中國醫(yī)藥保健品進(jìn)出口商會統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，2015年上半年，紗布、繃帶、醫(yī)用導(dǎo)管、藥棉、化纖制一次性或醫(yī)用無紡布物服裝、注射器等一次性耗材和中低端診斷治療器械等成為我國醫(yī)療器械的出口大戶。但是也必須清醒地認(rèn)識到，我國的醫(yī)用塑料發(fā)展水平還比較落后。醫(yī)用塑料的原料門類不全、生產(chǎn)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不規(guī)范、新技術(shù)和新產(chǎn)品的創(chuàng)新能力薄弱，導(dǎo)致一些高端原料導(dǎo)致國內(nèi)所需的高端產(chǎn)品原料還主要靠進(jìn)口。

目前各國都認(rèn)識到了醫(yī)用塑料的重要價值，加大了研發(fā)力度，取得了一些進(jìn)展。2015年，英國倫敦克萊蒙特診所率先開展了塑膠晶狀體移植手術(shù)，不僅可以治療遠(yuǎn)視眼或近視眼，還可以恢復(fù)患有白內(nèi)障和散光者的視力；住友德馬格公司推出一種聚甲醛（POM）齒輪微注塑設(shè)備，在新型白內(nèi)障手術(shù)器械中具有重要作用；美國美利肯公司開發(fā)了一項技術(shù)，可使非處方藥和保健品塑料瓶的抗?jié)裥院涂寡趸蕴岣?0%；MHT模具與熱流道技術(shù)公司開發(fā)出了PET血液試管，質(zhì)量不足4g，優(yōu)于玻璃試管；Rollprint公司與TOPAS先進(jìn)高分子材料公司合作，采用環(huán)烯烴共聚物作為聚丙烯腈樹脂的替代品，以滿足苛刻的醫(yī)療標(biāo)準(zhǔn)；美國化合物生產(chǎn)商特諾爾愛佩斯推出了一款硬質(zhì)PVC，以取代透明醫(yī)療零部件中用到的PC材料，如連接器、止回閥、Y接頭、套管、魯爾接口配件、過濾器、滴注器和蓋子，以及樣本容器。

未來醫(yī)用塑料的發(fā)展趨勢是開發(fā)可耐多種消毒方式的醫(yī)用塑料，改善現(xiàn)有醫(yī)用塑料的血液相容性和組織相容性，開發(fā)新型的治療、診斷、預(yù)防、保健用塑料制品等。

3.藥用高分子材料，

藥用高分子材料在現(xiàn)代藥物制劑研發(fā)及生產(chǎn)中扮演了重要的角色，在改善藥品質(zhì)量和研發(fā)新型藥物傳輸系統(tǒng)中發(fā)揮了重要作用。藥用高分子材料的應(yīng)用主要包括2個方面：用于藥品劑型的改善以及緩釋和靶向作用，此外還可以合成新的藥物。

藥物緩釋技術(shù)是指將衣物表面包裹一層醫(yī)用高分子材料，使得藥物進(jìn)入人體后短時間內(nèi)不會被吸收，而是在流動到治療區(qū)域后再溶解到血液中，這時藥物就可以最大限度的發(fā)揮作用。藥物緩釋技術(shù)主要有貯庫型（膜控制型）、骨架型（基質(zhì)型）、新型緩控釋制劑（口服滲透泵控釋系統(tǒng)、脈沖釋放型釋藥系統(tǒng)、pH敏感型定位釋藥系統(tǒng)、結(jié)腸定位給藥系統(tǒng)等）。

貯庫型制劑是指在藥物外包裹一層高分子膜，分為微孔膜控釋系統(tǒng)、致密膜控釋系統(tǒng)、腸溶性膜控釋系統(tǒng)等，常用的高分子材料有丙烯酸樹脂、聚乙二醇、羥丙基纖維素、聚維酮、醋酸纖維素等。骨架型制劑是指向藥物分散到高分子材料形成的骨架中，分為不溶性骨架緩控釋系統(tǒng)、親水凝膠骨架緩控釋系統(tǒng)、溶蝕性骨架緩控釋系統(tǒng)，常用的高分子材料有無毒聚氯乙烯、聚乙烯、聚氧硅烷、甲基纖維素、羥丙甲纖維素、海藻酸鈉、甲殼素、蜂蠟、硬脂酸丁酯等。

我國的高分子基礎(chǔ)研究處于世界一流，但是藥用高分子的應(yīng)用發(fā)展相對滯后，品種不夠多、規(guī)格不完整、質(zhì)量不穩(wěn)定，導(dǎo)致制劑研發(fā)能力與國際產(chǎn)生差距。國內(nèi)市場規(guī)模前10大種類分別為明膠膠囊、蔗糖、淀粉、薄膜包衣粉、1，2-丙二醇、PVP、羥丙基甲基纖維素（HPMC）、微晶纖維素、HPC、乳糖。高端藥用高分子材料幾乎全部依賴進(jìn)口。專業(yè)藥用高分子企業(yè)則存在規(guī)模小、品種少、技術(shù)水平低、研發(fā)投入少的問題。

目前，藥物劑型逐步走向定時、定位、定量的精準(zhǔn)給藥系統(tǒng)，考慮到醫(yī)用高分子材料所具備的優(yōu)異性能，將會在這一發(fā)展過程中發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。未來發(fā)展趨勢是開發(fā)生物活性物質(zhì)（疫苗、蛋白、基因等）靶向控釋載體。

四、結(jié)語

雖然生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用已經(jīng)取得了一些進(jìn)展，但是，隨著臨床應(yīng)用的不斷推廣，也暴露出不少問題，主要表現(xiàn)出功能有局限、免疫性不好、有效時間不長等問題。如植入血管支架后，血管易出現(xiàn)再度狹窄的情況；人工關(guān)節(jié)有效期相對較短，之所以出現(xiàn)這些問題，主要原因是人體與生俱來的排異性。

生物醫(yī)用高分子材料隸屬于醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展備受政策支持。國務(wù)院于2015年5月印發(fā)的《中國制造2025》明確指出，大力發(fā)展生物醫(yī)藥及高性能醫(yī)療器械，重點發(fā)展全降解血管支架等高值醫(yī)用耗材，以及可穿戴、遠(yuǎn)程診療等移動醫(yī)療產(chǎn)品?？梢灶A(yù)見，在未來20～30年，生物醫(yī)用高分子材料就會迎來新一輪的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]奚廷斐.生物醫(yī)用材料現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].中國醫(yī)療器械信息，2006（5）：1-4.

[2]張真，盧曉風(fēng).生物材料有效性和安全性評價的現(xiàn)狀與趨勢[J].生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)，2002，19（1）：117-121.

[3]董亮，何星.生物醫(yī)用復(fù)合材料研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].世界復(fù)合醫(yī)學(xué)，2015（4）：340-342.

[4]奚廷斐.我國生物醫(yī)用材料現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢[J].中國醫(yī)療器械信息，2013（8）：1-5.

[5]中國組織工程研究與臨床康復(fù).中國生物醫(yī)用材料研究領(lǐng)域的問題及對策[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù)，2011（34）：186.

[6]胡幗穎，張志雄，溫葉飛，等.組織工程技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢（三）——組織工程用生物材料的研究[J].透析與人工器官，2009（3）：9-27.

[7]張鎮(zhèn)，王本力.我國生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究[J].新材料產(chǎn)業(yè)，2015（3）：2-5.

[8]章俊，胡興斌，李雄.生物醫(yī)用高分子材料在醫(yī)療中的應(yīng)用[J].中國醫(yī)院建筑與裝備，2008（1）：30-35.

[9]梅建國，莊金秋，湯少偉，等.生物醫(yī)用高分子材料的生物相容性及其表面改性技術(shù)[J].材料導(dǎo)報，2014，28（19）：139-142.

[10]黃瓊儉，徐益.生物醫(yī)用高分子材料在藥物控釋系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].生物技術(shù)世界，2013（2）：82-82.

[11]吳桐.淺談幾種生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用[J].科技資訊，2011（29）：52-52.

[12]王建營，朱治國，孫家躍，等.聚醚醚酮人造骨關(guān)節(jié)材料研究[J].化學(xué)世界，2004，45（1）：53-54.

[13]高茜斐.生物塑料發(fā)展現(xiàn)狀及前景[J].廣東化工，2015，42（15）：87-88.

[14]龍先鵬.淺析我國生物塑料前景[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2011（14）：96-96.

[15]全球醫(yī)藥塑料產(chǎn)量及潛力巨大[J].國外塑料，2013（9）：69-69.

篇2

關(guān)鍵詞：膠原生物醫(yī)用材料；優(yōu)勢；臨床醫(yī)學(xué)應(yīng)用

生物醫(yī)學(xué)材料是一類對人體細(xì)胞、組織、器官具有增強、替代、修復(fù)、再生作用的新型功能材料。它有獨特的基本要求：①具有生物相容性，要求材料在使用期間，同機體之間不產(chǎn)生有害作用，不引起中毒、溶血、凝血、發(fā)熱、過敏等現(xiàn)象；②具有生物功能性，在生理環(huán)境的約束下能夠發(fā)揮一定的生理功能；③具有生物可靠性，無毒性，不致癌、不致畸、不致引起人體組織細(xì)胞突變和組織細(xì)胞反應(yīng)（即“三致物質(zhì)”），有一定的使用壽命，具有與生物組織相適應(yīng)的物理機械性能；④化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，抗體液、血液及酶的作用；⑤針對不同的使用目的具有特定功能。按生物醫(yī)用材料性質(zhì)的不同可分為四大類：①醫(yī)用金屬材料。主要用于硬組織的修復(fù)和置換，有鈷合金（Co-Cr-Ni）、不銹鋼、鈦合金（Ti-6Al-4V）、貴金屬系、形狀記憶合金、金屬磁性材料等7類，廣泛用于齒科填充、人工關(guān)節(jié)、人工心臟等。②醫(yī)用高分子材料。有天然與合成兩類，通過分子設(shè)計與功能拓展，即合金化、共混、復(fù)合（ABC）等技術(shù)手段，可獲得許多具有良好物理機械性能和生物相容的新型生物材料。③生物陶瓷材料。有惰性生物陶瓷（氧化鋁陶瓷材料、醫(yī)用碳素材料等）和生物活性陶瓷（羥基磷灰石、生物活性玻璃等）。④醫(yī)用復(fù)合材料。由兩種或者兩種以上不同性質(zhì)材料復(fù)合而成，取長補短，達(dá)到功能互補。主要用于修復(fù)或者替換人體組織、器官或增進(jìn)其功能以及人工器官的制造。膠原屬于細(xì)胞外基質(zhì)的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，根據(jù)分子結(jié)構(gòu)決定功能和性質(zhì)的原則。其分子量大小、形狀、化學(xué)反應(yīng)以及獨特的生物分子等對功能、性質(zhì)起著決定性作用。膠原來源廣泛，資源豐富，性質(zhì)特殊。是21世紀(jì)生物醫(yī)學(xué)材料研究和應(yīng)用的熱點和重點[1]。

1膠原生物醫(yī)學(xué)材料的優(yōu)勢

（1）低免疫源性。組織膠原具有一定的免疫性，20世紀(jì)90年代研究發(fā)現(xiàn)，其免疫源性來自于端肽及變性膠原和非膠原蛋白質(zhì)，在提取膠原時，除去端肽及純化分離掉變性膠原和非膠原蛋白，能得到極弱免疫原性的膠原材料。（2）與宿主細(xì)胞及組織之間的協(xié)調(diào)作用。其特點：①膠原有利于細(xì)胞的存活和促進(jìn)不同類型細(xì)胞的生長；②膠原不但可增加細(xì)胞黏結(jié)，而且有利于控制細(xì)胞的形態(tài)、運動、骨架組裝及細(xì)胞增殖與分化。（3）止血作用。膠原的四級特殊結(jié)構(gòu)能使血小板活化、釋放出顆粒成分，起到迅速凝血的作用。（4）可生物降解性。膠原是一種特殊的生物降解材料，其降解性作為器官移植的基礎(chǔ)。（5）物理機械性能。膠原的三螺旋結(jié)構(gòu)以及自身交聯(lián)而成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其具有很高的強度，可滿足機體對機械強度的要求；另外通過進(jìn)一步的交聯(lián)增強其強度，而且采用不同的交聯(lián)劑可獲得不同的強度和韌性材料。通過復(fù)合和接枝共聚能獲得更多性能優(yōu)良的材料。（6）組織工程（Tissueengineering）。膠原的優(yōu)良特性使其在組織工程中扮演更重要的角色，大量應(yīng)用于臨床，前景廣闊。

2膠原在生物臨床醫(yī)學(xué)上的應(yīng)用

[2]（1）手術(shù)縫合線。當(dāng)前應(yīng)用的天然與合成材料制備縫合線均存在這樣那樣的不足和缺陷，或者不能自然吸收，需要拆線；或者與組織反應(yīng)大，引起發(fā)炎、造成傷口瘢痕明顯；或者吸收時間過長等。而膠原制備的縫合線既有與天然絲一樣的高強度，又有可吸收性；使用時有優(yōu)良的血小板凝聚性能，止血效果好，有較好的平滑性和彈性，縫合結(jié)頭不易松散，操作過程中不易損傷肌體組織。可采用復(fù)合與交聯(lián)改性方法提高縫合線功能和性能，制備的可吸收縫合線有：①純膠原可吸收縫合線；②膠原/聚乙烯醇共混復(fù)合；③膠原/殼聚糖復(fù)合可吸收縫合線；④膠原/殼聚糖/聚丙烯酰胺復(fù)合可吸收縫合線。（2）止血纖維。膠原纖維是一種天然的止血劑和凝血材料，且止血功能優(yōu)異。膠原纖維是一種集止血、消炎、促愈為一體，可被組織吸收，無毒、無副作用的醫(yī)用功能纖維，相比于以前使用的氧化纖維素、羧甲基纖維素及明膠海綿等止血材料，其效果要好的多。（3）止血海綿。膠原海綿有良好的止血作用，能使創(chuàng)口滲血區(qū)血液很快凝結(jié)，被人體組織吸收，一般用于內(nèi)臟手術(shù)時的毛細(xì)血管滲出性出血。臨床應(yīng)用于普外科、心血管外科、整形外科、泌尿外科、骨科、皮膚科、燒傷科、婦產(chǎn)科以及口腔科、耳鼻喉科、眼科等幾乎所有的手術(shù)。（4）代血漿。當(dāng)人體由于外傷或其他原因發(fā)生意外急性失血時，最佳方法必須立刻輸血，但眾所周知，血液來源非常困難！而且不能長久保存，輸血之前還需鑒定血型和配型。因此，尋找理想的代用品成為人們的夢想。20世紀(jì)50年明膠代血漿受到重視，且符合血漿的條件和性質(zhì)，國外已大量使用，我國正在積極推進(jìn)其產(chǎn)業(yè)化。國外明膠類代血漿有脲交聯(lián)明膠、改性液體明膠和氧化聚明膠3種。國內(nèi)有氧化聚明膠、血安定（Gelofu-sine）海星明膠和血代（Haemaccel）。（5）水凝膠。水凝膠是一些由親水大分子吸收了大量水分形成的溶脹交聯(lián)狀態(tài)的半固體（三維網(wǎng)絡(luò)），能保持大量水分而不溶解，具有良好的溶脹性、柔軟性和彈性，以及較低的表面張力等特殊性質(zhì)。交聯(lián)方式有共價鍵、離子鍵和次級鍵（范德華力、氫鍵等）。水凝膠是高分子凝膠中的一類，可分為物理凝膠和化學(xué)凝膠。為改善性能需對天然高分子與合成高分子進(jìn)行共混復(fù)合制備新型水凝膠（互穿網(wǎng)絡(luò)水凝膠），現(xiàn)已取得很大進(jìn)展。制成的復(fù)合材料有膠原/聚甲基丙烯酸羥乙酯水凝膠、膠原/聚乙烯醇水凝膠、膠原/聚異丙酰胺水凝膠、膠原/殼聚糖水凝膠等。（6）敷料。敷料是能夠起到暫時保護(hù)傷口、防止感染、促進(jìn)愈合作用的醫(yī)用材料。有普通敷料（常用植物纖維紗布）、生物敷料（膠原蛋白及其改性產(chǎn)品以及左旋糖酐、殼聚糖、淀粉磷酸酯等）、合成敷料和復(fù)合敷料等四種。開發(fā)使用的品種有海綿型敷料、膠原膜敷料、凝膠敷料。（7）人工皮膚。人工皮膚是在創(chuàng)傷敷料基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種皮膚創(chuàng)傷修復(fù)材料和損傷皮膚的替代品。其制備方法采用復(fù)合與交聯(lián)法，一是提高膠原的機械強度；二是膠原與其他天然高分子進(jìn)行雜化改善機械性能和生物活性。（8）人工血管。人工血管是近年來組織工程（一門多學(xué)科的交叉科學(xué)）研究的重點之一。當(dāng)今臨床應(yīng)用的人工血管主要是人工合成材料制成的，最早是滌綸纖維編織的人工血管，但只能對大口徑血管有較短的替代作用。后來開發(fā)聚四氟乙烯（PTFE）、聚氨酯（PU）、膨體聚四氟乙烯（ePTFE），并采取多種方法進(jìn)行改性，以適應(yīng)血管植入的要求。此外，還有生物降解材料如聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚乳酸異構(gòu)體（PLLA）等。（9）人工食管。分為兩種，一種是用自身的其他組織或器官（如結(jié)腸、空腸、胃、胃管和游離的空腸等）加工而成，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于臨床，優(yōu)缺互見；另一種是人工合成材料加工而成，比如塑料管、金屬管、PTFE管、硅膠管等，效果均不理想。最早制成使用的聚乙烯（PE）管，此后發(fā)展了PTFE、硅橡膠、硅膠涂覆的滌綸編織管（PET）、碳纖維管等。近年以來，使用聚乙烯醇（PVA）、PLA降解塑料。用降解塑料制作無細(xì)胞支架的人工食管、組織工程化食管等。（10）心臟瓣膜。分為機械瓣膜（金屬瓣）和生物瓣膜。心臟瓣膜支架材料有可降解合成高分子和生物高分子。可降解合成高分子有PLA、PGA及二者共聚物（PGLA），此外還有聚β—羥基烷酸酯、聚羥基丁酸酯（PHB）；生物高分子材料有膠原、纖維蛋白凝膠、去細(xì)胞瓣膜支架等。（11）骨的修復(fù)和人工骨。目前仍以金屬（不銹鋼、鈷鉻合金、鈷鎳合金、鈦合金）為主；高分子材料，諸如PTFE、聚硅氧烷、高密度聚乙烯（HDPE）、陶瓷（結(jié)晶氧化鋁、羥基磷灰石）以及復(fù)合材料。膠原以其獨特的性能成為不可或缺的生物材料，在骨修復(fù)中起舉足輕重作用。①在組織引導(dǎo)再生術(shù)中（guidedtissueregeneration,GTR）能起到“誘導(dǎo)成骨”、“傳導(dǎo)成骨”，實現(xiàn)再生修復(fù)和骨愈合的作用。②組織工程化骨組織的構(gòu)建。包括三個方面：一是尋求能夠作為細(xì)胞移植與引導(dǎo)新骨生長的支架結(jié)構(gòu)作為細(xì)胞外基質(zhì)（ECM）的替代物；二是種子細(xì)胞；三是組織工程骨的組織還原（骨缺損修復(fù)）。（12）角膜與神經(jīng)修復(fù)。角膜膠原膜和組織工程化角膜；人工神經(jīng)支架采用膠原、膠原/殼聚糖或膠原/糖胺聚糖等。（13）藥物載體。藥物載體由高分子材料充當(dāng)，大多數(shù)為傳遞系統(tǒng)，其主要成分是膠原和明膠。有膠原膜、膠原海綿、藥用膠囊和微膠囊和丸劑與片劑。（14）固定化酶載體。膠原可作為細(xì)胞或酶的載體，其特點：①膠原本身是蛋白質(zhì)，對酶和細(xì)胞的親和性是其他材料不可及的；②膠原蛋白成膜性好，可制成各種酶膜；③膠原蛋白肽鏈上具有許多官能團，諸如羧基、氨基、羥基等，易于吸附和固化。膠原蛋白有很好的生物相容性，在體內(nèi)可被逐步吸收，交聯(lián)接枝共聚后賦予了材料良好的物理機械性能，且可在體內(nèi)長期保存。廣泛應(yīng)用于人體的各個部位。生物醫(yī)學(xué)材料在人體的應(yīng)用部位，詳見圖1[3]。

3結(jié)語

隨著社會文明的不斷進(jìn)步，生命至上理念不斷深入人心，天賦人權(quán)，生命是任何人都不能剝奪的最高權(quán)利，人類對身心健康和生活質(zhì)量越來越重視。當(dāng)前，新型材料更多的應(yīng)用于醫(yī)藥和臨床，尤其如膠原基生物材料，以其獨特的優(yōu)勢和優(yōu)異的性能在這一領(lǐng)域大顯身手。科技改變未來、改變生活，天然高分子與合成高分子材料通過共混、復(fù)合、合金化、納米化等技術(shù)手段，制備成多種新穎獨特的新材料和新產(chǎn)品。尤其應(yīng)用于臨床和組織器官工程挽救了數(shù)以萬計的人類生命并提高了生命質(zhì)量和延長了壽命。隨著3D打印技術(shù)在生物醫(yī)療領(lǐng)域的快速發(fā)展，如何制備出適合3D打印的不同類型膠原蛋白材料，并保證在打印過程中蛋白不變性、強度可控、易塑性等成為研究的新課題[4]。

當(dāng)今，是生物高分子時代，隨著科技發(fā)展日新月異，生命科學(xué)和生物材料研究的不斷深入。生物醫(yī)藥是“十四五”的新興產(chǎn)業(yè)鏈。膠原在生物醫(yī)學(xué)、醫(yī)藥、組織器官工程和臨床醫(yī)學(xué)的應(yīng)用將更加光明，潛力非常巨大。開發(fā)應(yīng)用必將成為廣大科研人員研究的重點和熱點，我們將拭目以待有更多的新型材料和產(chǎn)品為人類的健康服務(wù)并造福人類。

參考文獻(xiàn)：

[1]王璐，但衛(wèi)華，但年華.胞牛皮源高層級膠原聚集體的制備與表征[J].皮革科學(xué)與工程.2019，29（05）:16-22.

[2]將挺大膠原與膠原蛋白[M].化學(xué)工業(yè)出版社，北京，2006.03：186-251.

[3]韓冬冰，王慧敏.高分子材料概論[M].中國石化出版社，北京，2008.07:126-142.

篇3

關(guān)鍵詞：殼聚糖；水凝膠；組織工程；藥物釋放；醫(yī)用敷料

甲殼素，又被稱為幾丁質(zhì)，因其自身含有大量氨基多糖稱為唯一的天然陽離子多糖，主要從甲殼生物的外殼或昆蟲的外骨骼中提取得到。甲殼素為由N-乙酰-2-氨基-2-脫氧-D-葡萄糖通過β-1，4糖苷鍵形成多糖，即N-乙酰-D-葡萄糖胺的聚糖。殼聚糖是甲殼素上的氨基的脫乙酰化產(chǎn)物，反應(yīng)活性和溶解性均比甲殼素強。殼聚糖在自然界中的含量位列第二位，僅低于纖維素，并且能夠?qū)崿F(xiàn)可循環(huán)利用，是理想的生物醫(yī)用材料。殼聚糖具有許多優(yōu)良特性：對環(huán)境無污染，生物相容性和可降解性高，來源廣泛，以及具備黏膜黏附性、抗菌活性等。

水凝膠是由水溶性高分子經(jīng)過交聯(lián)后形成的，交聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)能在水中膨脹但會分散，能夠保持含水量高但并不溶劑的狀態(tài)，可以達(dá)到幾十甚至幾百倍的吸水率，是很強的吸水材料，其中的液體水被固定于高分子三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)果當(dāng)中，整個水凝膠體系可以保持良好的穩(wěn)定性。水凝膠質(zhì)地柔軟，與活體組織質(zhì)感相近，具有良好的生物相容性使得它在生物醫(yī)藥領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景，如，可作為藥物緩釋材料、蛋白質(zhì)電泳、隱形眼鏡、人造血漿和皮膚、組織填充材料、組織工程支架等。

殼聚糖水凝膠具有低毒性和高生物相容性，作為智能水凝膠是還具有pH或溫度的敏感性，并且不影響藥物本身的藥效發(fā)揮，在用作藥物緩釋材料、組織工程支架、醫(yī)用敷料等領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。[1]

1 醫(yī)用殼聚糖水凝膠藥物釋放體系

藥物釋放系統(tǒng)包括有藥物固定和藥物的控制釋放過程，凝膠本身因其網(wǎng)絡(luò)結(jié)果能夠很好的實現(xiàn)藥物的存儲固定，同時溶脹度的變化過程能夠控制藥物的釋放速率，還容易在體內(nèi)降解代謝。因此，水凝膠在口服、口腔、鼻腔、陰道、直腸、眼部、注射等給藥途徑具有較大的應(yīng)用潛力。

藥物釋放用水凝膠主要包括溫度敏感水凝膠和pH敏感水凝膠，對于溫度敏感性的凝膠，當(dāng)處于人體溫環(huán)境（37℃）時，凝膠發(fā)生親水膨脹，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)由緊變松，從而釋放出藥物；對于pH敏感的水凝膠，當(dāng)處于腸道內(nèi)較高pH環(huán)境中時，凝膠膨脹釋放藥物，而在pH較低的胃環(huán)境時并不釋放藥物，從而避免強酸性胃液對于藥物效果的影響。[2]

Dumitriu等研究了一種殼聚糖/黃原膠復(fù)合水凝膠，通過將黃原膠與堿性藥物復(fù)合，并在酸性條件下逐步釋放，通過調(diào)節(jié)殼聚糖的脫乙酰度，可以對凝膠的理化性質(zhì)進(jìn)行調(diào)整。天津大學(xué)姚康德等將殼聚糖、明膠和果膠復(fù)配并利用戊二醛作為交聯(lián)劑共交聯(lián)制備得到了殼聚糖基凝膠，該水凝膠具有pH靈敏性可用于藥物釋放體系，可作為口服抗酸、治療胃腸疾患的滯留型控釋制劑，可以減少藥物突釋造成的毒副作用，并且具有良好的生物相容性和生物降解性能。中國海洋大學(xué)劉成圣[3]等將殼聚糖脂肪酸酯復(fù)合物和α，β-甘油磷酸鈉復(fù)配，制備得到溫敏水凝膠負(fù)載抗腫瘤藥物，用于原位注射局部治療的藥物載體。通過與酯化改性提高了殼聚糖的溫度靈敏性和穩(wěn)定性，對于腫瘤的治療具有廣闊的應(yīng)用前景。

2 醫(yī)用殼聚糖水凝膠敷料

水凝膠質(zhì)地柔軟，可以實現(xiàn)與傷口的充分接觸，并且能為傷口提供一個良好的濕潤環(huán)境，進(jìn)而促進(jìn)傷口的愈合。利用殼聚糖水凝膠制備得到的醫(yī)用敷料具有柔軟、舒適與創(chuàng)面的貼合性好的優(yōu)點，并且能夠緩解疼痛和抑制出血，同時部分水凝膠還具有抗菌消炎的功效。此外，在病患傷口的愈合、自身皮膚生長的過程中，殼聚糖水凝膠敷料能自行降解并被機體吸收，免除了揭除時病人的痛苦，還會促進(jìn)皮膚再生，對治療高熱創(chuàng)傷特別有效。[4]

德州海利安生物股份有限公司研究一種醫(yī)用膠體敷料及其應(yīng)用，該敷料主要包括水溶性甲殼素和醋酸氯己定，具有鎮(zhèn)痛、抑菌、抗炎、促進(jìn)創(chuàng)面愈合、抑制瘢痕增生、提高創(chuàng)面修復(fù)質(zhì)量的作用，對手術(shù)切口、燒傷創(chuàng)面、燙傷創(chuàng)面、潰瘍創(chuàng)面的治療和修復(fù)具有顯著療效。

3 醫(yī)用殼聚糖水凝膠組織工程支架

水凝膠具有三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)果，網(wǎng)絡(luò)中填充有大量水，便于營養(yǎng)物質(zhì)和代謝產(chǎn)物的運輸，并有助于保護(hù)細(xì)胞。此外，水凝膠還可以通過注射方式植入體內(nèi)，手術(shù)創(chuàng)傷小，并在體內(nèi)環(huán)境改變下可以原位膠凝，由于發(fā)生膠凝的條件溫和對負(fù)載藥物的影響較小，是實現(xiàn)生L因子或藥物遞送非常適宜的載體材料。因此，水凝膠制備組織工程支架具有天然的優(yōu)勢。

殼聚糖由于其具有氨基而帶有大量正電荷，可以吸引帶有負(fù)電的細(xì)胞壁，有利于細(xì)胞的附著；其降解后的產(chǎn)物具有良好的生物相容性；此外殼聚糖還具有殺菌、防黏連、維持體內(nèi)生態(tài)平衡等許多功效協(xié)同組織的修復(fù)。因此，殼聚糖是制備組織工程支架的優(yōu)良材料。[5]

Bio Syntech Canada公司研發(fā)了包含有殼聚糖和甘油磷酸二鈉鹽的溫度響應(yīng)水凝膠，該水凝膠在室溫狀態(tài)下位液態(tài)，在體溫附近成膠，因此可在液體狀態(tài)下直接注射入所需部位原位成膠。該水凝膠的制備無需使用有機溶劑和交聯(lián)劑，可降低凝膠的生物毒性并提高其生物相容性，可用于藥物遞送、眼部組織植入、骨或軟骨填充材料并用于組織工程領(lǐng)域。中國人民軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)研究所王常勇等研究了一種基于可注射溫敏性殼聚糖水凝膠的組織工程產(chǎn)品，將殼聚糖、甘油磷酸鈉和羥乙基纖維素混合制備得到可攜帶促血管生長因子的可注射水凝膠，將水凝膠注射到動物心肌梗死模型特定區(qū)域后觀察其修復(fù)心肌梗死區(qū)域的情況，注射攜帶生長因子的殼聚糖水凝膠的實驗組明顯提高了血管密度，降低了纖維化程度，存活的心肌數(shù)量也有所增加。

4 結(jié)束語

殼聚糖水凝膠因其具有的生物相容性、抗菌性、溫度響應(yīng)性、pH相應(yīng)性在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，在上述藥物釋放、醫(yī)用敷料、組織工程支架領(lǐng)域的研究已經(jīng)取得了實質(zhì)性的進(jìn)展。中國在該領(lǐng)域的研究處于世界領(lǐng)先水平，但在產(chǎn)業(yè)化中的推廣仍有待加強。

參考文獻(xiàn)

[1]舒靜，李小靜，趙大飆.殼聚糖智能水凝膠研究進(jìn)展[J].中國塑料，2010，24（9）：6-10.

[2]孔立紅，王洋崗，劉本.殼聚糖溫敏水凝膠的制備及體外藥物釋放的研究[J].湖北中草藥大學(xué)學(xué)報，2012，44（6）：24-26.

[3]王玉杰，黨奇峰，萬輝琴，等.注射型殼聚糖溫敏相變復(fù)合材料的制備及性能研究[J].功能材料，2014，45（S1）：117-121.

篇4

    2 生物材料的類型與應(yīng)用 生物材料種類繁多,到目前為止,被詳細(xì)研究過的生物材料已經(jīng)超過一千種,在醫(yī)學(xué)臨床上廣泛應(yīng)用的也有幾十種,涉及材料學(xué)科各個領(lǐng)域。依據(jù)不同的分類標(biāo)準(zhǔn),可以分為不同的類型。

    2.1 以材料的生物性能為分類標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)材料的生物性能,生物材料可分為生物惰性材料、生物活性材料、生物降解材料和生物復(fù)合材料四類。

    2.1.1 生物惰性材料 生物惰性材料是指一類在生物環(huán)境中能保持穩(wěn)定,不發(fā)生或僅發(fā)生微弱化學(xué)反應(yīng)的生物醫(yī)學(xué)材料,主要是生物陶瓷類和醫(yī)用合金類材料。由于在實際中不存在完全惰性的材料,因此生物惰性材料在機體內(nèi)也只是基本上不發(fā)生化學(xué)反應(yīng),它與組織間的結(jié)合主要是組織長入其粗糙不平的表面形成一種機械嵌聯(lián),即形態(tài)結(jié)合。生物惰性材料主要包括以下幾類:(1)氧化物陶瓷 主要包括氧化鋁陶瓷和氧化鋯陶瓷.氧化鋁陶瓷中以純剛玉及其復(fù)合材料的人工關(guān)節(jié)和人工骨為主,具體包括純剛玉雙杯式人工髖關(guān)節(jié);純剛玉— 金屬復(fù)合型人工股骨頭;純剛玉—聚甲基丙烯酸酯—鈷鉻鉬合金鉸鏈?zhǔn)较リP(guān)節(jié),其他人工骨、人工牙根等。(2)玻璃陶瓷 該材料主要用來制作部分人工關(guān)節(jié)。(3)Si3N4 陶瓷 該類材料主要用來制作一些作為替代用的較小的人工骨,目前還不能用作承重材料。(4)醫(yī)用碳素材料 它主要被作為制作人工心臟瓣膜等人工臟器以及人工關(guān)節(jié)等方面的材料。(5)醫(yī)用金屬材料 該類材料是目前人體承重材料中應(yīng)用最廣泛的材料,在其表面涂上活性生物材料后可增加它與人體環(huán)境的相容性.同時它還能制作各類其他人體骨的替代物。

    2.1.2 生物活性材料生物活性材料是一類能誘出或調(diào)節(jié)生物活性的生物醫(yī)學(xué)材料。但是,也有人認(rèn)為生物活性是增進(jìn)細(xì)胞活性或新組織再生的性質(zhì)?，F(xiàn)在,生物活性材料的概念已建立了牢固的基礎(chǔ),其應(yīng)用范圍也大大擴充. 一些生物醫(yī)用高分子材料,特別是某些天然高分子材料及合成高分子材料都被視為生物活性材料.羥基磷灰石是一種典型的生物活性材料。由于人體骨的主要無機質(zhì)成分為該材料,故當(dāng)材料植入體內(nèi)時不僅能傳導(dǎo)成骨,而且能與新骨形成骨鍵合。在肌肉、韌帶或皮下種植時,能與組織密合,無炎癥或刺激反應(yīng).生物活性材料主要有以下幾類:

    (1)羥基磷灰石,它是目前研究最多的生物活性材料之一,作為最有代表性的生物活性陶瓷—羥基磷灰石(簡稱HAP)材料的研究, 在近代生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)科領(lǐng)域一直受到人們的密切關(guān)注.羥基磷灰石 [Ca10(PO4)6(OH)2]是脊椎動物骨和齒的主要無機成分,結(jié)構(gòu)也非常相近,與動物體組織的相容性好、無毒副作用、界面活性優(yōu)于各類醫(yī)用鈦合金、硅橡膠及植骨用碳素材料。因此可廣泛應(yīng)用于生物硬組織的修復(fù)和替換材料,如口腔種植、牙槽脊增高、耳小骨替換、脊椎骨替換等多個方面.另外,在HA 生物陶瓷中耳通氣引流管、頜面骨、鼻梁、假眼球以及填充用HA顆粒和抑制癌細(xì)胞用HA微晶粉方面也有廣泛的應(yīng)用.又因為該材料受到本身脆性高、抗折強度低的限制,因此在承重材料應(yīng)用方面受到了限制.現(xiàn)在該材料已引起世界各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。目前制備多孔陶瓷和復(fù)合材料是該材料的重要發(fā)展方向,涂層材料也是重要分支之一。該類材料以醫(yī)用為目的,主要包括制粉、燒結(jié)、性能實驗和臨床應(yīng)用幾部分。

    (2)磷酸鈣生物活性材料 這種材料主要包括磷酸鈣骨水泥和磷酸鈣陶瓷纖維兩類.前者是一種廣泛用于骨修補和固定關(guān)節(jié)的新型材料,有望部分取代傳統(tǒng)的PMMA 有機骨水泥. 國內(nèi)研究抗壓強度已達(dá)60MPa 以上。后者具有一定的機械強度和生物活性,可用于無機骨水泥的補強及制備有機與無機復(fù)合型植入材料。

    (3)磁性材料 生物磁性陶瓷材料主要為治療癌癥用磁性材料,它屬于功能性活性生物材料的一種。把它植入腫瘤病灶內(nèi),在外部交變磁場作用下,產(chǎn)生磁滯熱效應(yīng),導(dǎo)致磁性材料區(qū)域內(nèi)局部溫度升高,借以殺死腫瘤細(xì)胞,抑制腫瘤的發(fā)展。動物實驗效果良好。

    (4)生物玻璃 生物玻璃主要指微晶玻璃,包括生物活性微晶玻璃和可加工生物活性微晶玻璃兩類。目前關(guān)于該方向的研究已成為生物材料的主要研究方向之一。

    2.1.3 生物降解材料所謂可降解生物材料是指那些在被植入人體以后,能夠不斷的發(fā)生分解,分解產(chǎn)物能夠被生物體所吸收或排出體外的一類材料,主要包括β-TCP 生物降解陶瓷和生物陶瓷藥物載體兩類,前者主要用于修復(fù)良性骨腫瘤或瘤樣病變手術(shù)刮除后所致缺損,而后者主要用作微藥庫型載體,可根據(jù)要求制成一定形狀和大小的中空結(jié)構(gòu),用于各種骨科疾病。

    2.1.4 生物復(fù)合材料生物復(fù)合材料又稱為生物醫(yī)用復(fù)合材料,它是由兩種或兩種以上不同材料復(fù)合而成的生物醫(yī)學(xué)材料,并且與其所有單體的性能相比,復(fù)合材料的性能都有較大程度的提高的材料。制備該類材料的目的就是進(jìn)一步提高或改善某一種生物材料的性能。該類材料主要用于修復(fù)或替換人體組織、器官或增進(jìn)其功能以及人工器官的制造,它除應(yīng)具有預(yù)期的物理化學(xué)性質(zhì)之外,還必須滿足生物相容性的要求,這里不僅要求組分材料自身必須滿足生物相容性要求,而且復(fù)合之后不允許出現(xiàn)有損材料生物學(xué)性能的性質(zhì)。按基材分生物復(fù)合材料可分為高分子基、金屬基和陶瓷基三類,它們既可以作為生物復(fù)合材料的基材,又可作為增強體或填料,它們之間的相互搭配或組合形成了大量性質(zhì)各異的生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料,利用生物技術(shù),一些活體組織、細(xì)胞和誘導(dǎo)組織再生的生長因子被引入了生物醫(yī)學(xué)材料,大大改善了其生物學(xué)性能,并可使其具有藥物治療功能,已成為生物醫(yī)學(xué)材料的一個十分重要的發(fā)展方向,根據(jù)材料植入體內(nèi)后引起的組織反應(yīng)類型和水平,它又可分為近于生物惰性的、生物活性的、可生物降解和吸收等幾種類型。人和動物中絕大多數(shù)組織均可視為復(fù)合材料,生物醫(yī)學(xué)復(fù)合材料的發(fā)展為獲得真正仿生的生物材料開辟了廣闊的途徑。

    2.2 以材料的屬性為分類標(biāo)準(zhǔn)

    2.2.1 生物醫(yī)用金屬材料生物醫(yī)用金屬材料是用作生物醫(yī)學(xué)材料的金屬或合金,又稱外科用金屬材料或醫(yī)用金屬材料,是一類惰性材料,這類材料具有高的機械強度和抗疲勞性能,是臨床應(yīng)用最廣泛的承力植入材料。該類材料的應(yīng)用非常廣泛,及硬組織、軟組織、人工器官和外科輔助器材等各個方面,除了要求它具有良好的力學(xué)性能及相關(guān)的物理性質(zhì)外,優(yōu)良的抗生理腐蝕性和生物相容性也是其必須具備的條件。醫(yī)用金屬材料應(yīng)用中的主要問題是由于生理環(huán)境的腐蝕而造成的金屬離子向周圍組織擴散及植入材料自身性質(zhì)的退變,前者可能導(dǎo)致毒副作用,后者常常導(dǎo)致植入的失敗。已經(jīng)用于臨床的醫(yī)用金屬材料主要有不銹鋼、鈷基合金和鈦基合金等三大類。此外,還有形狀記憶合金、貴金屬以及純金屬鉭、鈮、鋯等。

    2.2.2 生物醫(yī)用高分子材料 醫(yī)用高分子材料是生物醫(yī)學(xué)材料中發(fā)展最早、應(yīng)用最廣泛、用量最大的材料,也是一個正在迅速發(fā)展的領(lǐng)域。它有天然產(chǎn)物和人工合成兩個來源,該材料除應(yīng)滿足一般的物理、化學(xué)性能要求外,還必須具有足夠好的生物相容性。按性質(zhì)醫(yī)用高分子材料可分為非降解型和可生物降解型兩類。對于前者,要求其在生物環(huán)境中能長期保持穩(wěn)定,不發(fā)生降解、交聯(lián)或物理磨損等,并具有良好的物理機械性能。并不要求它絕對穩(wěn)定,但是要求其本身和少量的降解產(chǎn)物不對機體產(chǎn)生明顯的毒副作用,同時材料不致發(fā)生災(zāi)難性破壞。該類材料主要用于人體軟、硬組織修復(fù)體、人工器官、人造血管、接觸鏡、膜材、粘接劑和管腔制品等方面。這類材料主要包括聚乙烯、聚丙烯、聚丙烯酸酯、芳香聚酯、聚硅氧烷、聚甲醛等. 而可降解型高分子主要包括膠原、線性脂肪族聚酯、甲殼素、纖維素、聚氨基酸、聚乙烯醇、聚己丙酯等。它們可在生物環(huán)境作用下發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞和性能蛻變,其降解產(chǎn)物能通過正常的新陳代謝或被機體吸收利用或被排出體外,主要用于藥物釋放和送達(dá)載體及非永久性植入裝置.按使用的目的或用途,醫(yī)用高分子材料還可分為心血管系統(tǒng)、軟組織及硬組 織等修復(fù)材料。用于心血管系統(tǒng)的醫(yī)用高分子材料應(yīng)當(dāng)著重要求其抗凝血性好,不破壞紅細(xì)胞、血小板,不改變血液中的蛋白并不干擾電解質(zhì)等。

    2.2.3 生物醫(yī)用無機非金屬材料或稱為生物陶瓷。生物醫(yī)用非金屬材料,又稱生物陶瓷。包括陶瓷、玻璃、碳素等無機非金屬材料。此類材料化學(xué)性能穩(wěn)定,具有良好的生物相容性。一般來說,生物陶瓷主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能活性生物陶瓷三類。其中惰性生物陶瓷和活性生物陶瓷在前面已經(jīng)簡要作了介紹,而功能活性生物陶瓷是近年來提出的一個新概念.隨著生物陶瓷材料研究的深入和越來越多醫(yī)學(xué)問題的出現(xiàn),對生物陶瓷材料的要求也越來越高。原先的生物陶瓷材料無論是生物惰性的還是生物活性的,強調(diào)的是材料在生物體內(nèi)的組織力學(xué)環(huán)境和生化環(huán)境的適應(yīng)性,而現(xiàn)在組織電學(xué)適應(yīng)性和能參與生物體物質(zhì)、能量交換的功能已成為生物材料應(yīng)具備的條件。因此,又提出了功能活性生物材料的概念。它主要包括以下兩類:(1)模擬性生物陶瓷材料 該類材料是將天然有機物(如骨膠原、纖維蛋白以及骨形成因子等)和無機生物材料復(fù)合,來模擬人體硬組織成分和結(jié)構(gòu),以改善材料的力學(xué)性能和手術(shù)的可操作性,并能發(fā)揮天然有機物的促進(jìn)人體硬組織生長的特性。(2)帶有治療功能的生物陶瓷復(fù)合材料 該類材料是利用骨的壓電效應(yīng)能刺激骨折愈合的特點,使壓電陶瓷與生物活性陶瓷復(fù)合,在進(jìn)行骨置換的同時,利用生物體自身運動對置換體產(chǎn)生的壓電效應(yīng)來刺激骨損傷部位的早期硬組織生長。具體來說是由于腫瘤中血管供氧不足,當(dāng)局部被加熱到43~45℃時,癌細(xì)胞很容易被殺死?，F(xiàn)在最常用的是將鐵氧體與生物活性陶瓷復(fù)合,填充在因骨腫瘤而產(chǎn)生的骨缺損部位,利用外加交變磁場,充填物因磁滯損耗而產(chǎn)生局部發(fā)熱,殺死癌細(xì)胞,又不影響周圍正常組織?，F(xiàn)在,功能活性生物陶瓷的研究還處于探索階段,臨床應(yīng)用鮮有報道,但其發(fā)展應(yīng)用前景是很光明的。各種不同種類的生物陶瓷的物理、化學(xué)和生物性能差別很大,在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域用途也不同.尤其是功能活性陶瓷更有不可估量的發(fā)展前途.臨床應(yīng)用中,生物陶瓷存在的主要問題是強度和韌性較差.氧化鋁、氧化鋯陶瓷耐壓、耐磨和化學(xué)穩(wěn)定性比金屬、有機材料都好,但其脆性的問題也沒有得到解決。生物活性陶瓷的強度則很難滿足人體承力較大部位的需要。

    2.2.4 生物醫(yī)用復(fù)合材料此類材料在2.1.4 中已有介紹,此處不再詳述

    2.2.5 生物衍生材料生物衍生材料是由經(jīng)過特殊處理的天然生物組織形成的生物醫(yī)用材

    料,也稱為生物再生材料.生物組織可取自同種或異種動物體的組織. 特殊處理包括維持組織原有構(gòu)型而進(jìn)行的固定、滅菌和消除抗原性的輕微處理,以及拆散原有構(gòu)型、重建新的物理形態(tài)的強烈處理.由于經(jīng)過處理的生物組織已失去生命力,生物衍生材料是無生命力的材料. 但是,由于生物衍生材料或是具有類似于自然組織的構(gòu)型和功能,或是其組成類似于自然組織,在維持人體動態(tài)過程的修復(fù)和替換中具有重要作用.主要用于人工心瓣膜、血管修復(fù)體、皮膚掩膜、纖維蛋白制品、骨修復(fù)體、鞏膜修復(fù)體、鼻種植體、血液唧筒、血漿增強劑和血液透析膜等.

    3. 生物材料的性能評價 目前關(guān)于生物材料性能評價的研究主要集中在生物相容性方面.因為生物相容性是生物材料研究中始終貫穿的主題.它是指生命體組織對生物材料產(chǎn)生反應(yīng)的一種性能,該材料既能是非活性的又能是活性的.一般是指材料與宿主之間的相容性,包括組織相容性和血液相容性.現(xiàn)在普遍認(rèn)為,生物相容性包括兩大原則,一是生物安全性原則,二是生物功能性原則.生物安全性是植入體內(nèi)的生物材料要滿足的首要性能,是材料與宿主之間能否結(jié)合完好的關(guān)鍵.關(guān)于生物材料生物學(xué)評價標(biāo)準(zhǔn)的研究始于20 世紀(jì)70 年代,目前形成了從細(xì)胞水平到整體動物的較完整的評價框架.國際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)以 10993編號了17個相關(guān)標(biāo)準(zhǔn),同時對生物學(xué)評價方法也進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化.迫于現(xiàn)代社會動物保護(hù)和減少動物試驗的壓力,國際上各國專家對體外評價方法進(jìn)行了大量的研究,同時利用現(xiàn)代分子生物學(xué)手段來評價生物材料的安全性、使評價方法從整體動物和細(xì)胞水平深入到分子水平.主要在體外細(xì)胞毒性試驗、遺傳性和致癌性試驗以及血液相容性評價方法等方面進(jìn)行了一些研究.但具體評價方法和指標(biāo)都未統(tǒng)一,更沒有標(biāo)準(zhǔn)化.隨著對生物材料生物相容性的深入研究,人們發(fā)現(xiàn)評價生物材料對生物功能的影響也很重要.關(guān)于這一方面的研究主要是體外法。具體來說側(cè)重于對細(xì)胞功能的影響和分子生物學(xué)評價方面的一些研究?？傊?關(guān)于生物功能性的原則是提出不久的一個新的生物材料的評價方面,它必將隨著研究的不斷深入而向前發(fā)展.而涉及材料的化學(xué)穩(wěn)定性、疲勞性能、摩擦、磨損性能的生物材料在人體內(nèi)長期埋植的穩(wěn)定性是需要開展評價研究的一個重要方面。

    4 生物材料的發(fā)展趨勢展望 生物材料科學(xué)是20 世紀(jì)新興學(xué)科中最耀眼的新星之一。現(xiàn)在,生物材料科學(xué)已成為一門與人類現(xiàn)代醫(yī)療保健系統(tǒng)密切相關(guān)的邊緣學(xué)科。其重要性不僅因為它與人類自身密切相關(guān),還因為它跨越了材料、醫(yī)學(xué)、物理、生物化學(xué)和現(xiàn)代高科技等諸多學(xué)科領(lǐng)域?，F(xiàn)在對于該材料的研究已從被動地適應(yīng)生物環(huán)境發(fā)展到有目的地設(shè)計材料,以達(dá)到與生物組織的有機連接。并隨著生命科學(xué)和材料科學(xué)的發(fā)展,生物材料必將走向功能性半生命方向。生物材料的臨床應(yīng)用已從短期的替換和填充發(fā)展成永久性牢固種植,并與其它高科技(如電子技術(shù)、信息處理技術(shù))相結(jié)合,制備富有應(yīng)用潛力的醫(yī)療器械。生物材料的研究在世界各國也日益受到重視.四年一次的世界生物材料大會代表著國際上生物材料研究的發(fā)展動態(tài)和目前的水平。分析認(rèn)為,以下幾個方面是生物材料今后研究發(fā)展的幾個主要方向:

    (1)發(fā)展具有主動誘導(dǎo)、激發(fā)人體組織和器官再生修復(fù)功能的,能參與人體能量和物質(zhì)交換產(chǎn)生相互結(jié)合的功能性活性生物材料,將成為生物材料研究的主要方向之一。

    (2)把生物陶瓷與高分子聚合物或生物玻璃進(jìn)行二元或多元復(fù)合,來制備接近人體骨真實情況的骨修復(fù)或替代材料將成為研究的重要方向之一。

    (3)制備接近天然人骨形態(tài)的、納微米相結(jié)合的、用于承重的、多孔型生物復(fù)合材料將成為方向之一。

    (4)用于延長藥效時間、提高藥物效率和穩(wěn)定性、減少用量及對機體的毒副作用的藥物傳遞材料將成為研究熱點之一。

    (5)血液相容性人工臟器材料的研究也是突破方向之一。

    (6)如何能夠制備出納米尺寸的生物材料的工藝以及納米生物材料本身將成為研究熱點之一。

篇5

材料是工業(yè)的“糧食”。新材料與信息技術(shù)、生命科學(xué)并稱為21世紀(jì)的三大關(guān)鍵技術(shù),是高技術(shù)的先導(dǎo)和基礎(chǔ),未來發(fā)展?jié)摿o限。在振興老工業(yè)基地過程中,我們要抓住機遇,發(fā)揮優(yōu)勢,集中力量做大做強新材料產(chǎn)業(yè),著力推動全省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,引領(lǐng)龍江走新型工業(yè)化道路,實現(xiàn)經(jīng)濟社會科學(xué)發(fā)展。

發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)是面向新世紀(jì)競爭發(fā)展的重要支撐

新材料產(chǎn)業(yè)具有廣闊的發(fā)展前景。新材料的發(fā)展起步于國防和戰(zhàn)爭需要、核能的利用和航空航天技術(shù)的發(fā)展需求。進(jìn)入21世紀(jì)以后,衛(wèi)生保健、環(huán)保、能源、經(jīng)濟持續(xù)增長以及信息處理和應(yīng)用成為新材料發(fā)展的最根本動力,極大地促進(jìn)了新材料的發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計,到2006年全球新材料產(chǎn)值超過了5 000億美元,是增長最快的產(chǎn)業(yè)之一。尤其是半導(dǎo)體專用新材料、磁性材料、激光晶體、鋰離子電池、生物醫(yī)用材料、納米材料、環(huán)境工程材料等,都在以遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的速度發(fā)展。近年來我國新材料市場快速膨脹。據(jù)有關(guān)機構(gòu)預(yù)測,包括磁性材料、生物醫(yī)用材料、信息功能陶瓷材料、超導(dǎo)材料、納米材料、半導(dǎo)體材料、有機發(fā)光材料等,市場規(guī)模在2010年將達(dá)到823億元,在2012年將達(dá)到1 300億元。其中,光電新材料、電池新材料將“唱主角”,在新材料產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中的比例呈上升趨勢。

新材料產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為新一輪競爭發(fā)展的制高點。美國、日本、歐洲是世界新材料生產(chǎn)的主要國家。它們高度重視新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,制定了相關(guān)產(chǎn)業(yè)和科技發(fā)展計劃,如美國的21世紀(jì)國家納米綱要、光電子計劃、光伏計劃、下一代照明光源計劃、先進(jìn)汽車材料計劃,日本的納米材料計劃、21世紀(jì)之光計劃,德國的21世紀(jì)新材料計劃,歐盟的納米計劃等。發(fā)展的重點是信息材料、生物醫(yī)用材料、新能源材料、航空航天材料、生態(tài)環(huán)境材料、納米材料、超導(dǎo)材料等。近年來,由于新材料在全球科技競爭中的地位日益重要,美國、日本等發(fā)達(dá)國家,以及印度、巴西等發(fā)展中國家紛紛加大了對新材料開發(fā)和研究的資金投入,使這一領(lǐng)域的競爭更加激烈。長期以來,我國也非常重視新材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新與發(fā)展,取得了令人矚目的進(jìn)展,在一些重點領(lǐng)域形成了自己的特色和優(yōu)勢。目前我國在長江三角洲、珠江三角洲、環(huán)渤海等區(qū)域,依托市場優(yōu)勢建立了一批新材料產(chǎn)業(yè)基地,如江陰新材料產(chǎn)業(yè)帶、寧波新材料成果轉(zhuǎn)化及產(chǎn)業(yè)化基地等。西部大開發(fā)和振興東北老工業(yè)基地戰(zhàn)略實施以后,東北和西部也涌現(xiàn)了一批依托資源優(yōu)勢和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢的特色材料產(chǎn)業(yè)基地,如營口的鎂質(zhì)材料、蒙西的稀土材料等。隨著產(chǎn)業(yè)和市場的不斷成熟,國內(nèi)新材料基地內(nèi)逐漸形成了相互協(xié)作的產(chǎn)業(yè)集群,不僅提高了新材料產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新能力,并輻射和帶動了周邊區(qū)域與相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

把新材料產(chǎn)業(yè)培育成支柱產(chǎn)業(yè)對我省產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整優(yōu)化具有重要作用。我省是一個資源大省,是能源、原材料基地,煤、木、油等資源型產(chǎn)業(yè)占了全省工業(yè)很大比重。由于長期的開發(fā)利用,林木、石油以及煤炭等資源都在衰減,化石資源的不可再生性,決定了我們必須抓住時機,抓緊進(jìn)行產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整和優(yōu)化升級。而新材料如鋁鎂合金材料、復(fù)合材料、硅基材料、新能源材料、高分子材料、新型建筑材料等呈現(xiàn)加快發(fā)展趨勢,在我省工業(yè)結(jié)構(gòu)中的位置將越來越重要。因此,我們必須認(rèn)清形勢,在較短的時間內(nèi),擺脫對自然資源的過度依賴,依托科技教育和人力資源,努力在市場前景好、附加值高、可持續(xù)性強的新材料等產(chǎn)業(yè)上做文章,不斷降低采掘等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的比重,促進(jìn)全省更快地走上新型工業(yè)化道路,走上科學(xué)發(fā)展的道路。今年總書記和副總理來黑龍江,都把擺脫對資源的過度依賴、加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整,實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展作為重大問題提出來。我們必須從全省發(fā)展大局出發(fā),從落實科學(xué)發(fā)展觀的高度出發(fā),深刻認(rèn)識形勢,抓緊工作落實,大力發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)特別是新材料產(chǎn)業(yè),全力推進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和優(yōu)化升級,促進(jìn)全省經(jīng)濟社會走上科學(xué)發(fā)展軌道。

我省在發(fā)展新材料產(chǎn)業(yè)上具有一定的比較優(yōu)勢

一是具有豐富的資源優(yōu)勢。我省礦產(chǎn)儲量豐厚,可開發(fā)利用的物產(chǎn)眾多。在已查明的131種礦產(chǎn)資源中,探明儲量的75種,居全國首位的有石油、石墨、矽線石、顏料黃黏土、長石、鑄石用玄武巖、巖棉用玄武巖、火山灰、玻璃用大理巖和水泥用大理巖10種,全省64種主要礦產(chǎn)資源保有儲量的潛在總價值為1.4萬億元。

二是具有一定的產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)優(yōu)勢。截止2008年,我省擁有規(guī)模以上新材料企業(yè)257戶,完成主營業(yè)務(wù)收入約172億元,占規(guī)模以上工業(yè)的2.2%,主要產(chǎn)品有鋁鎂合金材料、合金鋼材料、石墨制品、硅基材料、新型能源材料、高分子材料、農(nóng)藥及中間體、油田化學(xué)品、新型建筑材料、復(fù)合材料等。有一批有實力、研發(fā)和市場拓展能力較強的企業(yè),有些產(chǎn)品達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平,部分技術(shù)及產(chǎn)品居國內(nèi)領(lǐng)先地位。

三是具有較強的科技研發(fā)優(yōu)勢。我省擁有國內(nèi)一流的大專院校和科研院所。哈爾濱工業(yè)大學(xué)與材料科研密切相關(guān)的學(xué)院有3個,現(xiàn)有4個國家級重點實驗室。哈爾濱工程大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院建有4個研究創(chuàng)新平臺。哈爾濱理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院設(shè)有高分子材料系、金屬材料系、材料成型及控制工程系、無機非金屬材料系、材料分析測試中心以及近20個研究所、研究室。還有哈爾濱玻璃鋼研究院、哈爾濱焊接研究所、省石油化學(xué)研究院、大慶化工研究中心等一批研究機構(gòu)。同時,我省新材料企業(yè)中,還有一批國家級企業(yè)技術(shù)中心和省級企業(yè)技術(shù)中心,為新材料企業(yè)的健康、快速發(fā)展提供了可靠的技術(shù)支持。

四是具有增長的市場需求優(yōu)勢。我省裝備、石化、能源、食品等四大支柱產(chǎn)業(yè)進(jìn)一步發(fā)展壯大,航空航天、電子信息、生物、新能源技術(shù)與裝備、環(huán)保裝備等新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速,冶金、建材、森工、輕紡等傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)改造提升步伐加快,這些產(chǎn)業(yè)的發(fā)展壯大,都需要新材料的支撐。同時,隨著我國工業(yè)化的發(fā)展,產(chǎn)業(yè)規(guī)模擴大、結(jié)構(gòu)升級將繼續(xù)推進(jìn),也為新材料的發(fā)展創(chuàng)造了廣闊的省外市場空間。

下大氣力將我省新材料產(chǎn)業(yè)做大做強

一是明確新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略。要用5～10年的時間,把我省建設(shè)成為產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)高級化、產(chǎn)業(yè)發(fā)展聚集化、產(chǎn)業(yè)服務(wù)現(xiàn)代化、產(chǎn)業(yè)水平國際化的具有我省特色的國內(nèi)一流新材料產(chǎn)業(yè)基地。在發(fā)展目標(biāo)上,今后5年年均增長速度達(dá)到30%以上,到2015年新材料主營業(yè)務(wù)收入達(dá)到1 000億元。在此基礎(chǔ)上,下一個5年全省新材料產(chǎn)業(yè)整體實力要進(jìn)一步提升,自主創(chuàng)新能力明顯提高,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。目前,全省要重點建設(shè)新型鎂合金材料、鈦合金材料、新型合金鋼、新型高強高效焊接材料、人工晶體、聚烯烴及改性材料等“六個優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)鏈”,建設(shè)高檔石墨制品、大直徑硅單晶及新型半導(dǎo)體材料、新型陶瓷材料、有機高分子材料、復(fù)合材料、特種銅合金材料、新型建筑材料等“七個優(yōu)勢特色產(chǎn)業(yè)群”。

二是制定和全面落實好扶持政策。抓緊制定出臺《黑龍江省加快新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》,明確提出我省新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的目標(biāo)、方向和重點,指導(dǎo)我省新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展。同時,制定扶持新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策和措施,包括財稅政策,金融政策、土地政策、環(huán)保政策、政府采購政策、人才政策等各個方面。對進(jìn)入新材料領(lǐng)域的投資、企業(yè)或者人才,給予顯著的優(yōu)惠,鼓勵資源向新材料產(chǎn)業(yè)集聚。政府要切實轉(zhuǎn)變職能,轉(zhuǎn)變工作作風(fēng),改進(jìn)服務(wù)經(jīng)濟發(fā)展的手段和方法。

三是要構(gòu)建富有活力的創(chuàng)新發(fā)展體系。盡快建立既適應(yīng)市場經(jīng)濟規(guī)律和科技發(fā)展規(guī)律,又具有我省特色的科技創(chuàng)新體系。從根本上解決科研成果轉(zhuǎn)化率不高、科研成果外流、企業(yè)不肯承擔(dān)中試風(fēng)險、科研單位沒有實力進(jìn)行中試等一系列問題。尤其要探索“股份制”和“捆綁式項目開發(fā)”等利益聯(lián)結(jié)機制,使科研單位和企業(yè)之間實現(xiàn)風(fēng)險共擔(dān)、利益共享、同心創(chuàng)業(yè)、加快發(fā)展的良好機制。

四是建立多元化投融資體系。加大財政的資金支持,安排研究開發(fā)的長期專項計劃,為新材料科技和產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供長期保證。采取切實可行的措施引導(dǎo)和鼓勵企業(yè)加大科技投入費用,利用政策降低企業(yè)投資風(fēng)險,提升企業(yè)的創(chuàng)新能力。充分利用政府資金吸引更多的社會資金和民間資本介入,建立新材料產(chǎn)業(yè)投資的創(chuàng)新機制。要完善投融資政策,支持民間資本建立產(chǎn)業(yè)基金模式的風(fēng)險投資機制。金融機構(gòu)對市場發(fā)展前景好、技術(shù)含量高、企業(yè)信譽好、處于擴張期的新材料企業(yè),要在提高授信額度、擴大流動資金放貸規(guī)模、簡化放貸手續(xù)等方面給予支持。鼓勵金融機構(gòu)開展知識產(chǎn)權(quán)質(zhì)押及股權(quán)質(zhì)押融資,建立風(fēng)險分擔(dān)機制。黑龍江辰能擔(dān)保公司等各級信用擔(dān)保機構(gòu)對新材料企業(yè),要主動優(yōu)先提供貸款擔(dān)保服務(wù)。

五是促進(jìn)軍民科技與產(chǎn)業(yè)的資源整合。篩選一批科技含量高、市場潛力大、經(jīng)濟效益顯著的民項目,在省科技創(chuàng)新專項和新型工業(yè)化專項資金中拿出一定額度,專門支持軍民結(jié)合科技創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。強化溝通協(xié)調(diào),積極與相關(guān)單位溝通協(xié)調(diào),共同做好資金、項目、產(chǎn)品研發(fā)、發(fā)展外部環(huán)境等方面工作,協(xié)調(diào)解決軍民結(jié)合產(chǎn)業(yè)基地發(fā)展中的一些重大問題。建立軍民科技管理協(xié)調(diào)機制和軍民兩用重大科技項目聯(lián)合攻關(guān)機制,形成軍民兩大研發(fā)體系協(xié)同配合與資源共享的創(chuàng)新平臺。

篇6

【關(guān)鍵詞】　晚期食管癌；食管狹窄；合金支架；內(nèi)鏡

我國是食管癌高發(fā)區(qū)［1］，其致死率僅次于胃癌，在全國惡性腫瘤中居第二位。發(fā)病晚期，腫瘤侵犯范圍擴展，多數(shù)患者已失去手術(shù)機會，并發(fā)狹窄、梗阻、食管氣管瘺等并發(fā)癥，常伴有嚴(yán)重營養(yǎng)不良或機能衰竭，生存質(zhì)量低下。本院自2009年12月至2011年12月應(yīng)用帶膜鎳鈦記憶合金網(wǎng)格支架治療晚期食管癌患者43例，取得了比較滿意的效果，現(xiàn)報告如下。

1　資料與方法

急診醫(yī)學(xué)雜志，2010，19（9）：974976.1.2　術(shù)前準(zhǔn)備　①術(shù)前行常規(guī)檢查評估心肺功能和凝血功能，了解患者機體狀況。②食管X線造影或內(nèi)鏡檢查以了解病變長度、位置、狹窄程度，確定選用支架的型號和規(guī)格。③對患者進(jìn)行術(shù)前心理護(hù)理，使其對治療原理、操作過程和配合要點有明確的了解，積極配合。④口腔護(hù)理，包括口腔的清潔和消毒，摘除假牙等。⑤準(zhǔn)備術(shù)中所用器材：電子胃鏡（奧林巴斯，GIFV）；支架（直徑1.8～2.2　cm，長度6～16　cm）、支架植入系統(tǒng)或支架釋放系統(tǒng)，硅塑膠擴張器，交換導(dǎo)絲，Cobra導(dǎo)絲等均由山東省醫(yī)療器械研究所中試廠提供。⑥術(shù)前禁食禁水12　h，術(shù)前30　min以利多卡因膠漿局麻咽喉部，術(shù)前15　min肌內(nèi)注射地西泮10　mg、哌替啶50　mg以及阿托品0.5　mg以鎮(zhèn)痛和防止肌肉痙攣。

1.3　手術(shù)方法?、倩颊叱首髠?cè)臥位，局部麻醉后將胃鏡送至食管狹窄部位上端，置入Cobra導(dǎo)絲，導(dǎo)絲通過狹窄部延伸到胃部以后退出胃鏡，沿導(dǎo)絲置入擴張器，從小到大將狹窄擴張至合適寬度，以使胃鏡順利通過為宜，再入胃鏡精確探查確定狹窄部位及長度，選擇合適的支架系統(tǒng)。②選擇好的支架裝入置入器，然后再將置入器沿導(dǎo)絲緩慢滑入狹窄部，在胃鏡監(jiān)視下，使支架中點及食管狹窄中點重疊，在已確定位置一手固定內(nèi)套管及軸心，一手拉動外套管緩慢釋放支架。③再次進(jìn)胃鏡觀察支架的位置及張開情況，必要時可注入冰鹽水，對支架位置做再調(diào)整，最后局部噴灑溫水，促使支架復(fù)形固定，術(shù)后一刻鐘左右輔助患者口服一杯溫水，加強支架復(fù)形。

1.4　術(shù)后處理?、傩g(shù)后24　h禁食禁水，并嚴(yán)密觀察患者生命體征，X線造影檢查有無食管內(nèi)出血或支架滑脫。②針對患者情況靜脈滴注抗生素及止疼藥，防止局部感染。③術(shù)后24　h后可給予流質(zhì)飲食，并且在恢復(fù)期禁用過冷食物。

1.5　療效評價指標(biāo)　吞咽功能　Neuhaus分級［2］：0級進(jìn)食無困難；1級固體食物進(jìn)食受阻；2級半流質(zhì)食物進(jìn)食受阻；3級流質(zhì)食物進(jìn)食受阻；4級飲水困難。

1.6　統(tǒng)計學(xué)方法　用SPSS　16.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)數(shù)據(jù)處理，吞咽困難癥狀為等級資料，采用秩和檢驗。

2　結(jié)果

2.1　臨床療效　所有患者均一次性放置支架成功，無損傷及異常出血；術(shù)后狹窄全部得到緩解，吞咽困難得到明顯緩解（P

2.2　預(yù)后　主要是并發(fā)癥的考察，本組未發(fā)生支架移位及穿孔等嚴(yán)重并發(fā)癥。主要并發(fā)癥包括胸骨后疼痛、術(shù)后再狹窄和胃食管反流三個方面。其中27例患者術(shù)后有胸痛，疼痛程度與狹窄程度平行，術(shù)后1周左右疼痛可自行緩解；4例在術(shù)后6個月內(nèi)出現(xiàn)再狹窄，胃鏡檢查支架上食物殘渣或新生物附著，經(jīng)微波凝固治療食管恢復(fù)通暢。③　3例胃食管反流，給予黏膜保護(hù)劑和抑酸藥后癥狀得以緩解。

3　討論

3.1　鎳鈦記憶合金的性能　①生物相容性：材料的生物相容性包括組織相容性和血液相容性，組織相容性指植人材料不使生物體組織發(fā)生炎癥、致癌、過敏等反應(yīng)，這是鎳鈦記憶合金可做食道內(nèi)擴充支架的基礎(chǔ)；血液相容性多指其抗凝血性，目前鎳鈦記憶合金在心血管系統(tǒng)中的研究也越來越受重視，是一種很有前景的新型生物醫(yī)用材料。②形狀記憶效應(yīng)和回復(fù)力：形狀記憶效應(yīng)是鎳鈦合金的又一獨特性能，是指在低溫狀態(tài)，鎳鈦合金很容易變形，而通過加熱，又可完全恢復(fù)致原來的形態(tài)，借助這個原理，鎳鈦合金作為食管內(nèi)支架具有良好的可塑性，只要支架設(shè)計合理，即可以保證順利置入食管，又可以保證復(fù)形后內(nèi)固定良好，無損傷且不易移位和脫落。③超彈性：鎳鈦記憶合金的超彈性使支架保持持續(xù)柔和的徑向擴張力。從而既能順從食道蠕動，既保持食道通暢，將患者的不適感減小到最低，研究也發(fā)現(xiàn)多數(shù)患者吞咽功能得以改善，嗆咳、疼痛等癥狀得到顯著緩解。④耐磨性：替代材料磨損是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域生物醫(yī)用材料開發(fā)研究的限制條件之一，鎳鈦合金具備良好的耐磨性，作為食管內(nèi)支架，不受日常飲食影響，很少發(fā)生損壞、移位、或是松動等，固定牢靠，并發(fā)癥少，保證了治療的安全性。

3.2　記憶合金植入的關(guān)鍵?、偈紫龋匦柽x擇適宜的支架類型，這要求手術(shù)操縱前對病變位置、程度、范圍等的周密觀察和準(zhǔn)確評估。如果所選擇支架過短，兩端的傘狀結(jié)構(gòu)不能完全張開、固定困難，容易脫落，而且一旦腫瘤生長超過支架，可致再狹窄，如果所選擇支架過長則給患者增加明顯的異物感和不適感，影響患者正常生活和飲食，由于食管狹窄實際長度比食管X造影所見平均長度長約2　cm，所以支架的長度以上、下極各超過腫瘤2　cm為宜。②其次，對食管狹窄段準(zhǔn)確定位［3］：支架置入器的位置應(yīng)考慮到支架壓縮后和釋放后的長度差，以狹窄中心與支架中心對齊為宜，因此，術(shù)者在術(shù)前及術(shù)中應(yīng)認(rèn)真核對狹窄段的位置，認(rèn)真做好術(shù)中標(biāo)記，支架釋放器植入時小心緩慢的進(jìn)行，防止支架突然彈出而造成位置偏移。③另外，還應(yīng)特別注意導(dǎo)絲的操作，保證金屬導(dǎo)絲順利通過狹窄段，并且在整個操作過程中，要保持導(dǎo)絲先端在胃內(nèi)，以防輸送支架時誤入假道或?qū)Ыz滑脫造成失敗。④最后，術(shù)中操作和術(shù)后護(hù)理必需得到患者的充分配合，術(shù)前對患者進(jìn)行手術(shù)知識培訓(xùn)和心理護(hù)理，包括術(shù)前準(zhǔn)備、術(shù)中注意事項和術(shù)后飲食原則等。

綜上所述，鎳鈦記憶合金支架治療晚期食道癌性食管狹窄微創(chuàng)無痛、療效可靠，可有效解除食管狹窄，改善梗阻癥狀，有助于患者改善營養(yǎng)狀態(tài)，恢復(fù)身體機能，是適用于臨床推廣的姑息性治療策略。

參　考　文　獻(xiàn)

［1］　潘麗瑩，覃益.胃鏡直視下非覆膜與覆膜鎳鈦記憶合金支架治療晚期食管癌比較.廣東醫(yī)學(xué)，2010，31（20）：2686.

篇7

【關(guān)鍵詞】 納米羥基磷灰石 二氧化鋯 生物相容性

由于創(chuàng)傷、感染、腫瘤以及先天性缺損等原因所致骨缺損在臨床十分常見，傳統(tǒng)修復(fù)骨缺損的方法：如自體骨移植，同種異體骨移植。自體骨取骨量有限，同時取自體骨痛苦大、后遺癥多、異體骨又有排異反應(yīng)。而人工合成的骨移植材料在一定程度上可以達(dá)到自體骨和異體骨修復(fù)的效果，又可以避免疾病感染和骨源有限等弊端[1]。納米羥基磷灰石與人體骨骼主要無機成分相似的化學(xué)組成和晶體結(jié)構(gòu)，它具有良好的生物相容性，對人體無毒，又能夠在植入人體后同骨表面形成很強的化學(xué)鍵結(jié)合，有利于骨的長入[2]。然而它的脆性大、韌性較差、容易發(fā)生斷裂破壞，二氧化鋯陶瓷是一種生物惰性陶瓷，具有良好的生物相容性、較高的彎曲強度、斷裂韌性和較低的彈性模量。正是由于二氧化鋯具有增韌補強的作用，有效的改善納米羥基磷灰石的力學(xué)性能[3]。因此，納米羥基磷灰石復(fù)合40%二氧化鋯陶瓷材料，兼具材料生物活性、骨誘導(dǎo)性以及材料力學(xué)特性，成為用于承載部位骨缺損修復(fù)具有廣泛前景的新興材料。

一、實驗方法

(一) 致敏試驗

取豚鼠30只，雌雄各半，體重300—500g，隨機分為三組，實驗組、陰性對照組和陽性對照組各10只。實驗樣品的生理鹽水浸提液，5%甲醛溶液作為陽性對照，生理鹽水作為陰性對照[4]。

（二）刺激試驗

選用新西蘭白兔，每組3只，雌雄各半隨機分3組，體重2.5kg-3.0kg。HA/40% ZrO2浸提液，陰性對照：生理鹽水，陽性對照為3%甲醛溶液。在脊柱左側(cè)取一去毛區(qū)，標(biāo)記5個點，常規(guī)麻醉消毒用1ml注射器試驗組于5個點每點注射0.1ml的浸提液，陰性對照組每點注射0.1ml的生理鹽水，陽性對照組每點注射01.ml的甲醛溶液。

（三）溶血實驗

穿刺抽取人靜脈血10ml加入到含有抗凝肝素鈉的試管中，混合抗凝。取抗凝人血8ml，加入10ml生理鹽水，稀釋備用。取24支干凈玻璃試管每組8支。實驗組每只試管加入材料浸提液10ml，陰性對照組每只試管加入10ml生理鹽水，陽性對照組每只試管加入10ml蒸餾水，將全部試管在37℃恒溫箱中恒溫30分鐘后，每只試管分別加入0.2ml稀釋抗凝人血，輕輕混勻，繼續(xù)保溫60分鐘后，離心5分鐘，吸取上清液至比色皿中，用分光光度計在545nm波長處測定吸光度。

溶血率 =實驗材料的吸光度—陰性對照的吸光度/陽性對照的吸光度—陰性對照的吸光度

結(jié)果評定：若材料的溶血率5%，則不符合生物醫(yī)用材料溶血試驗要求。

（四）肌肉內(nèi)植入試驗

選用Wister大鼠48只，雌雄各半，體重220±25g，隨機分為術(shù)后第7、15、30、90天4組， 每組10只。對照組8只。常規(guī)麻醉消毒， 分離豎脊肌，于肌肉內(nèi)植入消毒的HA/40% ZrO2材料塊， 縫合肌膜和皮膚。術(shù)后每日予以青霉素20 萬U 肌注， 連續(xù)3 d ， 于術(shù)后第7、15、30、90 天取材，對照組手術(shù)操作如上， 但不放材料板。大體觀察并制作標(biāo)本切片，HE染色，光鏡下觀察。

二、結(jié) 果

(一)致敏試驗

各實驗組和生理鹽水對照組皮膚均無紅斑、水腫或疹塊發(fā)生，致敏率為0。

但甲醛對照組動物出現(xiàn)顯著的紅斑和水腫，致敏率為100%，致敏作用強

(二)刺激試驗

生理鹽水對照組均未見任何刺激反應(yīng)，試驗組3號兔的第2點24h時可見淡紅色邊界清晰的紅斑和邊緣明顯高于周圍皮面的輕度水腫，48h時可見淡紅色邊界清晰的紅斑剛可查出的極輕微的水腫，72h時可見此點極輕微的紅斑無水腫。所以24h的平均原發(fā)性刺激指數(shù)為0.267，48h的平均原發(fā)性刺激指數(shù)為0.2，而72h的平均原發(fā)性刺激指數(shù)為0.067，均小于0.4，則說明材料對皮膚無刺激作用，而甲醛對照組各時間點可見嚴(yán)重的紅斑和水腫，為強刺激。

(三)溶血試驗：

實驗組和陰性對照組各管離心后，上層均為清亮無色液體，下層為紅細(xì)胞沉淀物，該材料的溶血率為3.17%，小于國家標(biāo)準(zhǔn)5%，說明該材料符合組織工程支架溶血試驗要求。

經(jīng)SPSS 10.0統(tǒng)計軟件單因素方差分析和SNK-q檢驗：實驗組與陰性對照組之間光吸收度值無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05），實驗組與陽性對照組光吸收度值有顯著性差異（P＜0.05）。

(四)肌肉植入試驗

將各組實驗動物包繞納米羥基磷灰石-二氧化鋯材料的組織切開， 植入后7天，試樣周圍可見以嗜中性粒細(xì)胞浸潤為主的炎性反應(yīng)，可見吞噬細(xì)胞，無囊壁形成。

植入15天后試樣周圍有少量嗜中性粒細(xì)胞，淋巴細(xì)胞浸潤和巨細(xì)胞反應(yīng)；試樣周圍可見小血管與纖維母細(xì)胞增生，開始形成疏松囊壁。

植入30天后，試樣周圍可見少量淋巴細(xì)胞，試樣周圍可見纖維母細(xì)胞與膠原纖維，并已形成纖維囊腔結(jié)構(gòu)。

植入90天后試樣周圍未見或僅見極少量淋巴細(xì)胞，纖維化囊壁致密，壁的厚度比形成初期要薄。

三、討 論

目前，生物醫(yī)學(xué)材料安全性評價主要是采用醫(yī)療器械生物學(xué)評價體系，即世界標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）制定的10993系列標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)轉(zhuǎn)化為國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）16886系列標(biāo)準(zhǔn)。參照以上標(biāo)準(zhǔn)，選擇了（致敏試驗、刺激試驗、溶血試驗、、肌肉植入試驗），由于該生物醫(yī)學(xué)材料在體內(nèi)是不降解的，作為異物一定會對生物體產(chǎn)生作用，同時生物體也會對植入材料產(chǎn)生排斥反應(yīng)，如果該材料最終被生物體接受，就認(rèn)為該生物材料與組織之間相容，被稱為具有好的生物相容性；反之，被稱為生物不相容。

致敏反應(yīng)屬Ⅳ型變態(tài)反應(yīng)，試驗用完全弗氏佐劑和十二烷基硫酸鈉石蠟液起到加強致敏作用的效果，又采取了最大劑量法，保證了試驗結(jié)果的可靠性。況且豚鼠為T淋巴細(xì)胞敏感型動物，而結(jié)果顯示試驗組各注射點均無紅斑和水腫，證明此材料無致敏反應(yīng)。

刺激是不涉及免疫學(xué)機制的一次、多次或持續(xù)與試驗組織工程支架材料接觸引起的局部炎癥反應(yīng)。本文使用的是皮膚刺激試驗。采用5點注射法，各時間點平均原發(fā)性刺激指數(shù)均小于0.4，則說明材料對皮膚無刺激作用，而甲醛對照組各時間點可見嚴(yán)重的紅斑和水腫，為強刺激。

溶血試驗是檢測生物醫(yī)用材料對血液紅細(xì)胞的溶血作用，測定紅細(xì)胞溶解和血紅蛋白游離的程度。本實驗采用直接接觸法，該材料的溶血率為3.17%，小于國家標(biāo)準(zhǔn)表明該材料不引起溶血反應(yīng)。此試驗對吸光度數(shù)值先用單因素方差分析，結(jié)果為p〈0.05，說明三組之間存在統(tǒng)計學(xué)差異，多組間均數(shù)的兩兩比較采用q檢驗，結(jié)果為試驗組與陰性對照組之間p〉0.05，說明與陰性對照組之間無差別，而與陽性對照組之間p〈0.05，說明試驗組與陽性對照組之間有顯著差別。

體內(nèi)植入實驗是為了評價活體組織與試驗樣品材料的相互反應(yīng)。所有醫(yī)療器械和材料植入體內(nèi)均會不同程度地產(chǎn)生組織反應(yīng)。目前，常采用肌肉局部組織生物學(xué)反應(yīng)評價是根據(jù)炎性細(xì)胞反應(yīng)和纖維囊形成進(jìn)行組織反應(yīng)分級，然后在根據(jù)組織反應(yīng)分級情況進(jìn)行結(jié)果評定。本試驗植入各個時期炎癥細(xì)胞浸潤和纖維囊形成分級符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

本實驗體內(nèi)和體外試驗結(jié)果表明納米羥基磷灰石復(fù)合40%二氧化鋯陶瓷材料是一種無致敏、無刺激、無溶血，具有良好的血液和組織相容性的材料，又因其材料本身具有良好的生物活性及力學(xué)特性，有望成為修復(fù)骨缺損十分重要的生物材料。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] MuruganR，RamakrishnaS.Development of nanocomposites for bonegrafting.Compos.Sci.Technol.，2005，65(15-16):2385-2406.

[2] 胡江.組織工程研究進(jìn)展.2000.生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志，17(1):75-79

篇8

1細(xì)菌纖維素的結(jié)構(gòu)與特性

1.1細(xì)菌纖維素的結(jié)構(gòu)特點：BC是由葡萄糖分子以β-1,4糖苷鍵聚合而成的一種具有多孔性結(jié)構(gòu)及一定納米級孔徑分布的高分子材料[2]。早在1940 年，人們就用電鏡觀察到BC由獨特的束狀纖維組成，這種束狀纖維的寬度大約為100 nm，厚度為3～8 nm，每一束由許多微纖維組成，而微纖維又與其晶狀結(jié)構(gòu)相關(guān)。術(shù)醋桿菌（A.xylinum）是合成BC最強的細(xì)菌之一[3]，BC的生物合成可分為聚合、分泌、組裝、結(jié)晶四大過程，這四大過程是高度耦合的，并和細(xì)胞膜上的特定位點密切相關(guān)。

1.2 細(xì)菌纖維素有許多獨特的性質(zhì)：①強的持水性和透氣性：BC是一種水不溶性的惰性支持物，有很多“孔道”,有良好的透氣、透水性能。依據(jù)合成條件的不同，它能吸收60～700倍于其干重的水份[2]，未經(jīng)干燥的BC的強持水性能(waterretentionvalues，wRv)值高達(dá)1000%以上，冷凍干燥后的持水能力仍超過600%。經(jīng)100℃干燥后的BC在水中的再溶脹能力與棉短絨相當(dāng)，即有非凡的持水性,并具有高濕強度[4]；②高化學(xué)純度和高結(jié)晶度：BC是一種“純纖維素”，以100%纖維素的形式存在,不含半纖維素、木質(zhì)素、果膠和其他細(xì)胞壁成分,結(jié)構(gòu)單一，提純過程簡單；③較高的生物適應(yīng)性和生物可降解性：Helenius等[5]開展了BC植入小鼠皮下組織的生物適應(yīng)性研究及Klenm等[6]用BC微管材料取代老鼠頸動脈的研究都表明BC與老鼠身體沒有任何排斥反應(yīng)。在自然環(huán)境中,在酸性、微生物以及纖維素酶催化等條件下可最終降解成單糖等小分子物質(zhì)，不污染環(huán)境，是環(huán)境的友好產(chǎn)品[7]；④高抗張強度和彈性模量：纖維直徑在0.01～0.1μm之間,纖維模數(shù)為一般纖維的數(shù)倍至十倍以上，BC經(jīng)洗滌、干燥后,楊氏模量可達(dá)10MPa,經(jīng)熱壓處理后,楊氏模量可達(dá)30MPa,比有機合成纖維的強度高4 倍；⑤BC生物合成時具有可調(diào)控性：通過采用不同的培養(yǎng)方法、培養(yǎng)條件，可以得到各種不同性質(zhì)BC[8]，在BC合成過程中及合成后都能對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行修飾，如木醋桿菌能利用葡萄糖與乙酰葡萄胺合成N-乙酰氨基葡萄糖,并以4%的比例將N-乙酰氨基葡萄糖連接在BC上[9]；⑥極好的形狀維持能力和抗撕力：BC膜的抗撕能力比聚乙烯膜和聚氧乙烯膜要強5倍；⑦抗菌性和防腐性：研究表明質(zhì)量分?jǐn)?shù)為3%e-PL溶液處理后的BC膜對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有足夠的抑菌效果；⑧可利用廣泛的基質(zhì)進(jìn)行生產(chǎn)。

2細(xì)菌纖維素的研究與應(yīng)用

2.1 細(xì)菌纖維素的形成機制等基礎(chǔ)研究：1886年，Brown[10]最先發(fā)現(xiàn)并報道BC。他觀察到在醋酸發(fā)酵過程中培養(yǎng)基表面形成一層凝膠狀膜,經(jīng)進(jìn)一步分析確定這是由醋酸桿菌發(fā)酵產(chǎn)生的一種纖維素物質(zhì),將其命名為纖維素薄膜。其后,很多課題組對 BC的形成機制做了研究，相關(guān)學(xué)者發(fā)表了一系列有關(guān) BC的基礎(chǔ)研究論文。Hestrin等[11]在1947年第一次詳細(xì)闡明A. xylinum 合成纖維素的機制。Schramm等[12]在1954年報道了纖維素形成過程中的影響因素,研究了培養(yǎng)基以及相關(guān)抑制劑對其形成的影響,并于1957年研究了合成該纖維素的酶系統(tǒng)[13],同一個課題組的ElhananOGromet等[14]于1962年研究了纖維素合成過程中的中間產(chǎn)物。后期研究主要集中在A.xylinum 合成纖維素的生物模型機制。1977 年,Colvin等曾嘗試以一種單糖為原料利用纖維素合成酶全生物合成纖維素產(chǎn)品。1992～1993 年, Okiyama 等[15-16]報道了實驗室大規(guī)模培養(yǎng)及通過改進(jìn)發(fā)酵罐的設(shè)計生產(chǎn)BC的文章。Fontana等將咖啡因和黃嘌呤添加到醋酸菌的培養(yǎng)基中，發(fā)現(xiàn)它們對纖維素的產(chǎn)量有促進(jìn)作用。

2.2 細(xì)菌纖維素在非醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

2.2.1造紙工業(yè)：BC具有結(jié)晶度高、分子取向好、機械強度高的特點，添加到制漿中，纖維素大分子上的羥基產(chǎn)生氫鍵結(jié)合，紙張可以達(dá)到很好的濕強度、干強度、耐用性、吸水性等性能，可廣泛應(yīng)用于各種特種紙。因此，Ajinomoto公司與日本三菱公司合作開發(fā)用于流通貨幣制造的特殊紙，生產(chǎn)出了質(zhì)量好，抗水性能好，強度高、抗膨脹性能的特殊紙品。加有菌纖維的高級書寫紙吸墨均勻性、附著性好。菌膠纖維機械勻漿后與各種相互不親和的有機、無機纖維材料混合后制造不同形狀用途的膜片和無紡織物布和紙張產(chǎn)品十分牢固。將其作為造紙原料，能免去一般植物纖維脫木質(zhì)素的制漿過程，提高紙張強度和耐用性。從而解決了廢紙回收再利用后紙纖維強度下降的問題，并可以利用其生物可降解性而有利于三廢處理和環(huán)保。

2.2.2食品行業(yè)：由于BC具有非常好的持水性、粘稠性和穩(wěn)定性，因此，在食品工業(yè)中可作為增稠劑、膠體填充劑等；同時也可以食品原料，用于飲料、功能食品的制造。利用Az纖維素的凝膠和高持水特性及其產(chǎn)物醋酸、醇酯和乳酸等混合物的特殊風(fēng)味作為人造肉、人造魚、香腸、火腿腸中食品成型劑、增稠劑、分散劑、抗溶化劑、改善口感作為腸衣和某些食品的骨架，成為一種新型重要食品基料，有的發(fā)展成為保健食品。

2.2.3 聲學(xué)器材及建材方面：利用細(xì)菌性纖維素的高楊氏模量和很強的形狀維持性，味之素公司和日本紡織研究所組成的科研人員致力于利用BC的特殊物理性能制造高強度材料，攜手開發(fā)了用醋菌纖維素制造的超級音響、麥克風(fēng)和耳機的振動膜，幾乎沒一種材料達(dá)到像醋酸纖維素膜那樣既高傳遞速度又高內(nèi)耗的雙優(yōu)性能。這大大改善了音質(zhì)利用高彈性高強度性質(zhì)產(chǎn)生的建材及塑料，其安全性更高。

2.2.4 重金屬吸附材料：功能性BC作為一種重金屬吸附材料雖已有報道，但其吸附性能相對不高。所以，為了提高BC膜材料的吸附性和選擇滲透性，利用生物、化學(xué)方法對BC進(jìn)行改性以獲得更高吸附性能的BC復(fù)合材料也在研究中。Tokura等[17]在利用Acetobacter xylinum制備BC的培養(yǎng)基中加入羧甲基纖維素(Carboxymethyl Cellulose，CMC)或羧甲基甲殼素，制得了具有一定取代度的羧甲基BC(CM．BC)，它具有較好的離子交換能力，與BC相比，CM-BC對鉛和鈾離子有特殊的吸附能力。

2.2.5 紡織行業(yè)：由于纖維素的高度吸水性、持水性，故在紡織工業(yè)上有廣泛應(yīng)用，如毛巾等日常用品。服裝方面，在面料中加入這種物質(zhì)后，其方便性增強，舒適感增加，還可以作為精密儀器的防潮材料。

3細(xì)菌纖維素在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用

3.1 在組織工程中的應(yīng)用：2005年，Schumann[18]將BC長期植入老鼠體內(nèi)（1年），然后借助組織免疫和電子顯微鏡等手段研究老鼠的內(nèi)皮細(xì)胞、肌肉細(xì)胞、彈性結(jié)構(gòu)和結(jié)締組織等不同結(jié)構(gòu)的變化。同年，Svensson等[19]發(fā)現(xiàn)以BC作為軟骨組織工程支架效果良好，利用牛軟骨細(xì)胞來評價自然的BC材料,結(jié)果表明，未經(jīng)修飾的自然BC材料在保持良好的機械性能的前提下，Ⅱ型膠原基質(zhì)可達(dá)到正常軟骨表達(dá)的50%左右，并且支持軟骨細(xì)胞的增殖。接下來,未修飾的BC被進(jìn)一步用于人軟骨細(xì)胞研究,發(fā)現(xiàn)其支持人軟骨的增殖,同時透射電鏡（TEM）也進(jìn)一步證實軟骨細(xì)胞向BC支架內(nèi)生長的事實。Bodin等[20]用硅樹脂作為模具，制備出半月板形狀的BC材料，綜合BC材料的優(yōu)異力學(xué)性能。良好的塑形性能，并且維持軟骨分化、支持軟骨細(xì)胞的遷移增殖。Hong[21]、Wang[22]和Hutchens等[23]的研究發(fā)現(xiàn)BC可做為一種合適的基質(zhì)用于生物陶瓷沉積和晶核的形成。2009年，鄭敬彤等[24]研究大鼠脂肪干細(xì)胞與BC膜的復(fù)合培養(yǎng)結(jié)果表明生長于BC膜上的脂肪干細(xì)胞不僅能夠增殖，隨著培養(yǎng)時間的延長，細(xì)胞數(shù)量不斷增加。免疫熒光染色結(jié)果顯示，脂肪干細(xì)胞在BC材料上仍能很好表達(dá)脂肪干細(xì)胞標(biāo)記蛋白，保持脂肪干細(xì)胞原有的生物活性。預(yù)期將來BC在組織工程領(lǐng)域會有較大的應(yīng)用空間。在軟骨或骨組織工程研究中，BC以其獨特的性能、在濕態(tài)時優(yōu)異的力學(xué)性能、原位可塑性開始受到關(guān)注。

3.2 細(xì)菌纖維素在人工血管和顯微外科的應(yīng)用：1991年， Yamanaka等首次研究BC用于人工血管。2001年和2003年Klem 等[25] 就報道了一種利用Acet0bacter xylinum原位成形制備的BC應(yīng)用于顯微外科手術(shù)的人工血管。2004 年，Klemm等[26]進(jìn)一步證實BASYC具有生物活性和相容性，BC完全符合顯微外科中人工血管的物理和生物要求。2006年，Henrik等研究了BC作為潛在的組織工程血管支架的機械性能，結(jié)果表明細(xì)菌纖維的應(yīng)變能力與動脈血管相似,這很可能是由于納米纖維結(jié)構(gòu)的相似性造成的。PaulA Charpentier等[27]把醫(yī)用聚酯纖維經(jīng)過等離子體親水改性后，在表面涂層BC制成基于BC的血管修復(fù)裝置，克服了用聚酯和其他涂層劑制作血管修復(fù)裝置存在的問題。Bodin等[28]研究了Acetobacter xylinum 原位靜態(tài)培養(yǎng)時不同濃度的氧含量對BC管機械性能的影響說明了BC材料可以提供內(nèi)皮細(xì)胞良好的黏附增殖。Ananda等[29]用特殊發(fā)酵方法制備了管狀BC，這種管狀BC機械性能好，可應(yīng)用于人工血管的制備。

3.3 在人工皮膚和創(chuàng)傷敷料的應(yīng)用：巴西自1987年以來有近10個皮膚傷病醫(yī)療單位已報道400多例應(yīng)用醋菌纖維素膜治療燒傷、燙傷、皮膚移植、創(chuàng)傷等治療取得成功[30-31]，已發(fā)展成人工皮膚、紗布、繃帶和“創(chuàng)可貼”等傷科敷料商品。馬霞[32-34]報道了以BC作為創(chuàng)傷輔料的研究，也發(fā)現(xiàn)BC膜表面孔徑具備作為人工皮膚支架的物理條件，適于成纖維細(xì)胞和毛細(xì)血管的長入。Phisalaphong等在發(fā)酵培養(yǎng)基中添加低分子質(zhì)量的殼聚糖以培養(yǎng)微生物，并制備出了殼聚糖/BC復(fù)合材料，該材料在處理燒傷、褥瘡、難以愈合的傷口以及需要頻繁更換敷料的傷口等具有很好的應(yīng)用價值。Maneerung等制得的摻雜有納米銀粒子的BC復(fù)合材料對大腸桿菌和金黃色葡萄球菌具有抗菌效果，用其制成的創(chuàng)傷敷料能大大減少傷口感染風(fēng)險。為了應(yīng)用于皮膚創(chuàng)傷，在1990年，F(xiàn)ontona等[35]首次報道了厚度可變的BC膜在作為手術(shù)縫合線、去疤痕等方面的應(yīng)用。Slezak等[36]將BC膜產(chǎn)Bioprocess作為傷口敷料，結(jié)果表明BC膜具有低選擇性、對水和其它溶液易透過性（葡萄糖水溶液、蔗糖、乙醇、Nacl、Kcl等）的特點。他們認(rèn)為這些材料可用于燙傷和潰瘍的治療。Czja等[37]研究了BC在治療二級和三級燒傷方面的應(yīng)用前景,他們對20 例患者做了一項醫(yī)學(xué)研究: 將BC創(chuàng)傷敷料直接覆蓋在新鮮燒傷達(dá)9%～18%創(chuàng)面上,接下來觀察創(chuàng)傷以及傷口周圍環(huán)境的變化、觀測表皮生長、檢測微生物和研究組織病理學(xué),結(jié)果顯示, BC是一種很好的促進(jìn)燒傷愈合的材料。

4設(shè)想與展望

細(xì)菌纖維素作為一種極具應(yīng)用潛力的生物學(xué)材料，雖然人們發(fā)現(xiàn)的較早，但對其功能特性的研究僅10年左右，因此，我們應(yīng)從分子生物學(xué)的角度對其加以深入研究，進(jìn)一步明確其生成和作用機理，拓展其新的應(yīng)用領(lǐng)域。BC最重要特性之一是純度極高，這也是BC與植物纖維素的主要區(qū)別。通常除去植物纖維素的半纖維素和木質(zhì)素很困難。由于BC這種獨特的性質(zhì)，使其具有超微纖維網(wǎng)結(jié)構(gòu)。目前，BC應(yīng)用的主要技術(shù)障礙：①發(fā)酵水平較低,產(chǎn)量低、成本高、價格不抵普通植物纖維素；②進(jìn)一步研究和利用BC的成模和成型的工藝技術(shù)還沒有解決；③做為生物醫(yī)用材料,其與生物體長期作用效果、體內(nèi)的降解性，與宿主組織和細(xì)胞相容性,以及在體內(nèi)時BC的機械、物理和化學(xué)性能的變化等一系列問題還需要進(jìn)一步研究。

要解決上述問題,今后的研究方向主要有兩個:①要研究設(shè)計可行的發(fā)酵設(shè)備及發(fā)酵工藝以提高纖維素產(chǎn)量,降低其成本；②要研制開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的BC生物醫(yī)用材料。因此，我們應(yīng)采用基因工程和高密度培養(yǎng)等手段來提高BC的合成效率，同時應(yīng)加強BC合成的動力學(xué)研究，設(shè)計合理的生物反應(yīng)器，早日實現(xiàn)BC在我國的商品化。

[參考文獻(xiàn)]

[1]Yamanaka S.The structure and mechanical properties of sheets prepared from bacterial cellulose[J]. Mater Science，1989,24(2):3141-3145.

[2]李 ,王華平,陳仕艷. 一種潛在的組織工程支架材料-細(xì)菌纖維素[J].組織工程與重建外科雜志,2009,5(2): 111-113.

[3]范麗霞,王錫彬,楊先會.細(xì)菌纖維素生物理化特性及其應(yīng)用[J].海南醫(yī)學(xué)院學(xué)報,2004,14(4):279-281.

[4]Yamamoto H,Horii H.Analysis of the crystal transformation Induced for vdonia cellulose by annealing at high temperatures[J].Mareomolecules,1993,26(3):1313-1317.

[5]Helenius G,Backdahl H,Bodin A.In vivo biocompatibility of bacterial cellulose[J].Biomed Mater Res A, 2006,76(2):432-438.

[6]Klenm D,Schumann D,Udhardt U.Bacterial synthesized cellulose-Artificial blood vessels for microsurgery[J].Prog Polym Sci,2001,26(3):1561-1603.

[7]Kenji T,Masashi F,Mitsuo T.Synthesis of Acetobacter xylinum bacteral cellulose composite and tis mechanical strength and biodegradability[J]. Mokuzai Gakkaishi,1995,41(8): 749-757.

[8]Watanabe K,Tarbchi M,Morinaga Y.Structural features and properties of bacterial cellulose produced in agitalted culture[J].Cellulose,1998,5(3):187-200.

[9]Shirai A,Takahashi M,Kaneko H.Biosynthesis of a novel polysaccharide by Acetobacter xylinum[J]. International Journal of Biological Macromolecules,1994,16(6): 297-300.

[10]Schramm M,Hestrin S.Factors affecting production of cellulose at the air- liquid interface of a culture of Acetobacter xylinum[J].J General Microbiol,1954,11(3):123-129.

[11]Schramm M,Gromet Z,Hestrin S.Synthesis of cellulose by Acetobacter xylinum. IV. Enzyme systems p resent in a crude extract of glucose grown cells[J].Biochem J,1957,67(5):679-689.

[12]Elhanan O,Gromet Z,Hestrin S.Synthesis of cellulose by Acetobacter xylinum. VI growth on citric acidcycle intermediates[J].Bacteriology,1962,85(3):284-292.

[13]Okiyama A,Shirae H,Kano H,et al.Bacterial cellulose two stage fermentation process for cellulose production by Acetobacter aceti[J].Food Hydrocolloids,1992,6(5):471-477.

[14]Okiyama A,Motoki M,Yamanka S.Bacterial cellulose III. Development of a new form of cellulose[J]. Food Hydrocolloids,1993, 6(6):493-501.

[15]Sakairi N,Suzuki S,Ueno K,et al.Biosynthesis of hetero-polysacch arides by Acetobacter xylinum-synthesis and characterization of metalion adsorptive properties of partially carboxymethylated cellulose[J]．Carbohydrate Polymers,1998,37(4):409-414.

[16]Svensson A,Nicklasson E,Harraha T,et al.Bacterial cellulose as a potential scaffold for tissue engineering of cartilage[J].Biomaterials,2005,26(5):419-431.

[17]Hong YL,Wang SR,Jia，et a1．Hydroxyapatite-bacterial cellulose composites synthesized via biomimetie route[J]．Materials Leaers，2006,60(2):1710-1713.

[18]Wang YZ,Huang Y,Yuan CD.Biomimetic synthesis of hydroxyapatite-bacterial cellulose nanocomposites for biomedical applications[J].Materials Science and Engineering C，2007，27(4):855-864.

[19]鄭敬彤,石 毅,賈原媛,等.大鼠脂肪干細(xì)胞與細(xì)菌纖維素膜的復(fù)合培養(yǎng)[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2009,13(1): 84-87.

[20]Klemm D,Schumann D,Udhardt U,et al.Bacterial synthesized celluloseOartificial blood vessels for microsurgery[J].Polymer Science,2001,26(3):1561-1603.

[21]Paul A.Charpentier，Anne Magnire．Surface modification of polyester to produce a bacterial cellulose-based vascular prosthetic device[J].Applied Surface Science，2005，9(3)：64-68.

[22]Bodin A.Backdahl H,Fink H.Influence of cultivation conditions on mechanical and morphological properties of bacterial cellulose tubes[J].Biotechnology and Bioengineering，2007,97(2):425-434.

[23]Ananda P，Akira K，Hidemitsu F，et a1.Tubular bacterial cellulose gelnm oriented fibrils on the curved surface[J].Polymer,2008,49(4):1885-1891.

[24]Geyer U,March S,Schmaceder HP.Formation derivation and application of bacterial cellulose [J].Biol Macromol,1994,16(2):343-347.

[25]Fumihiro Y，Naoco T，Kumibiko W.Research progress in production of bacterial cellulose by aeration and agitation culture and its application as a new industrial material[J].Biosci Biocech Biochem，1997,61(3):219-224.

[26]馬 霞, 陳世文, 王瑞明,等.納米材料細(xì)菌纖維素對大鼠皮膚創(chuàng)傷的促愈作用[J].中國臨床康復(fù),2006,12(37):45-48.

[27]馬 霞, 張 華, 陳世文,等. 生物新材料細(xì)菌纖維素與深Ⅱ度燒傷大鼠皮膚的創(chuàng)面愈合[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù), 2009,13(34):6793-6796.

[28]馬 霞, 張 華, 陳世文. 細(xì)菌纖維素膜作為創(chuàng)傷性敷料的可行性[J].中國組織工程研究與臨床康復(fù),2010,14(12):2261-2264.

[29]Fontana JD,De Souza AM,Fontana CK,et al.Acetobacter Cellulose Pellicle as a Temporary Skin Substitute[J].Appl Biochem Biotechnol,1990,24(25):253-264.

[30]Slezak A,Kucharzewski M,Sicron A,et al.Testing the osmotic-diffusion properties for the membranous dressing Bioprocess[J].Polim Med,1998,28(3-4):3-10.

篇9

關(guān)鍵詞：生物基合成纖維；化學(xué)纖維；生物基單體

中圖分類號：TS102 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

Development and Outlook of Bio-based Synthetic Fiber Monomers

Abstract： In recent years， developing environmental-friendly and high-performance bio-based synthetic fibers has become an important development direction of chemical fiber industry However， the preparation and large-scale production technology of monomer is the main bottleneck in the development of bio-based synthetic fibers in China. In this paper， the development status-quo of bio-based synthetic fiber monomers， such as PTT monomer 1，3-propanediol， PLA monomer lactic acid， PBS monomer 1，4-succinic acid， PA56 monomer1，5-pentamethylenediamine， etc.， at home and abroad was reviewed， and relevant suggestions on the development and application of bio-based fiber monomers were put forward.

Key words： bio-based synthetic fibers； chemical fibers； bio-based monomer

化石資源是一種不可再生資源，19世紀(jì)以來，隨著石油經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們對化石能源及下游化工產(chǎn)品需求的不斷提升，導(dǎo)致全球石油資源日漸匱乏，并造成了嚴(yán)重的環(huán)境污染。因此，以可再生生物質(zhì)資源為原料，開發(fā)環(huán)境友好的生物基化學(xué)品及材料，已經(jīng)成為世界各國實現(xiàn)科技創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。美國能源部（DOE）預(yù)計到2020年，來自植物等可再生資源的化學(xué)材料要增加到10%，產(chǎn)業(yè)規(guī)模可達(dá)到千億元/年，將產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益和環(huán)保效應(yīng)。

生物基合成纖維是生物基化學(xué)纖維的一種，其制備過程為以生物質(zhì)為原料，經(jīng)化學(xué)轉(zhuǎn)化或生物轉(zhuǎn)化得到聚合單體，再通過加聚反應(yīng)或縮聚反應(yīng)合成線型高分子化合物后經(jīng)紡絲工藝而得到的纖維材料。同傳統(tǒng)石油基化纖相比，生物基合成纖維具有環(huán)境友好、原料可再生、產(chǎn)品可生物降解以及使用性能優(yōu)良等特性，比如具有良好染色性的聚對苯二甲酸丙二醇酯纖維（PTT）、吸濕排汗的生物基尼龍56纖維等，發(fā)展前景廣闊。

目前，中國作為世界最大的化纖生產(chǎn)國，2015年化纖產(chǎn)量達(dá)到4 843萬t，占世界化纖生產(chǎn)總量70%以上，但我國化纖工業(yè)90%產(chǎn)品依賴石油，用量最大的聚酯纖維原料總量60%以上依賴進(jìn)口，對外依存度高，不利于我國化纖產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。因此，大力發(fā)展生物基化學(xué)纖維及其單體制備技術(shù)，不僅能夠豐富化纖原料供給途徑，解決我國化纖原料長期“受制于人”的問題，更是實現(xiàn)我國化纖工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的需要，對培育和發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、促進(jìn)我國石油化工材料轉(zhuǎn)型升級、實施紡織化纖強國戰(zhàn)略、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會具有十分重要的意義。

在此背景下，2013年國家發(fā)改委、科技部等多部委合推動“生物基材料重大工程實施方案”―― 生物基化學(xué)纖維及原料專項實施方案，加快了我國生物基纖維的產(chǎn)業(yè)化及應(yīng)用步伐。2015年中國化纖工業(yè)協(xié)會在介紹化纖行業(yè)“十三五”發(fā)展的重點工作時強調(diào)，當(dāng)前化纖行業(yè)的重點任務(wù)就是生物基纖維的開發(fā)及利用，集中發(fā)展高新技術(shù)纖維、功能性纖維、差別化纖維，推動化纖工業(yè)跨界融合，以發(fā)展生物基纖維為突破口，重點攻克生物基纖維原料多元化及規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)，實現(xiàn)生物基原料替代率提高至2%的目標(biāo)。

綜合分析我國合成纖維的技術(shù)水平和產(chǎn)業(yè)化狀況，可以得知生物基合成纖維與對應(yīng)的石油基合成纖維的主要區(qū)別在于聚合單體來源不同，進(jìn)而單體制備、提純工藝差異較大，而紡制工藝及裝置差別不大，完全可利用現(xiàn)有紡絲裝置或經(jīng)局部改造的裝置進(jìn)行成纖加工。因此，制約我國生物基合成纖維發(fā)展的主要瓶頸是上游生物基單體原料的制備及規(guī)?；a(chǎn)技術(shù)。本文就我國生物基合成纖維單體的技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀做簡要論述并提出一些建議。

1 生物基合成纖維單體發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 生物催化生物基合成纖維單體

1.1.1 1，3-丙二醇（1，3-PDO）

1，3-PDO是PTT的重要單體原料。PTT是一種性能優(yōu)異的熱塑性聚合物，具有良好的抗腐蝕性，又具有尼龍66的彈性，且更容易印染，被認(rèn)為是極具發(fā)展前景的高分子紡織纖維材料，美國DuPont（杜邦）、日本東麗和帝人、韓國新韓工業(yè)、我國盛虹集團等國內(nèi)外企業(yè)均進(jìn)行了工業(yè)化生產(chǎn)。

目前，國內(nèi)外1，3-PDO主要有 3 種生產(chǎn)工藝，分別為德國Degussa（德固賽）的丙烯醛水合氫化法、美國Shell（殼牌）的環(huán)氧乙烷羰基化法和杜邦的生物工程法，總產(chǎn)能達(dá)到20余萬噸。由于化學(xué)法存在生產(chǎn)原料不可再生、設(shè)備投資大、反應(yīng)條件高溫高壓、生產(chǎn)過程環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，而生物工程法以可再生資源為原料，且具有生產(chǎn)成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點，因此生物工程法正逐步取代化學(xué)法，成為1，3-PDO的主要生產(chǎn)方法，產(chǎn)能不斷擴大。除杜邦外，法國Metabolic Explorer公司以及我國華美生物工程有限公司、黑龍江辰能生物工程有限公司和盛虹集團等近年來也都進(jìn)行了產(chǎn)業(yè)化裝置建設(shè)（表 1），但產(chǎn)品質(zhì)量仍未達(dá)到杜邦聚合級1，3-PDO產(chǎn)品水平，在產(chǎn)品分離精制工藝上仍需進(jìn)一步改進(jìn)。

目前，M管我國石油制乙二醇工藝較成熟，而煤制乙二醇工藝路線經(jīng)濟性最高，但從環(huán)境效益以及可持續(xù)發(fā)展的角度來看，仍應(yīng)重視研究開發(fā)生物基乙二醇技術(shù)，降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而推動我國生物基聚酯纖維產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

1.2.3 2，5-呋喃二甲酸

從我國目前的PTA產(chǎn)業(yè)鏈結(jié)構(gòu)來看，PTA的生物替代可通過兩種途徑實現(xiàn)：（1）生物質(zhì)原料通過化學(xué)催化轉(zhuǎn)化法制得PX，再氧化得到PTA（簡稱生物基PX路線）；（2）生物質(zhì)資源直接轉(zhuǎn)化為FDCA，直接替代PTA用作聚酯合成的單體原料（簡稱FDCA路線）。

2，5-呋喃二甲酸（FDCA）被認(rèn)為是PTA理想的生物基替代。由于FDCA具有呋喃環(huán)結(jié)構(gòu)，其比含苯環(huán)結(jié)構(gòu)的PTA更容易降解（表 7）。

目前，1，3-PDO、乳酸、丁二酸等生物基合成纖維單體已經(jīng)實現(xiàn)大規(guī)模工業(yè)化生產(chǎn)，但FDCA由于生產(chǎn)成本高、技術(shù)難度大，仍處于研究階段，開發(fā)效果好、價格低廉的催化劑是該技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的關(guān)鍵。FDCA的制備方法根據(jù)反應(yīng)原料的不同，主要分為以下幾種：以5-羥甲基糠醛（HMF）為起始原料、以糠酸糠醛為起始原料、以己糖二酸為起始原料和以二甘醇酸為起始原料。其中，上述起始原料都可以由生物質(zhì)資源制備得到，HMF可以由己糖（葡萄糖、果糖等）脫水環(huán)化生成，糠酸糠醛可以由戊糖（木糖等）脫水制備，己糖二酸可以由己糖（葡萄糖、半乳糖等）氧化制備，二甘醇酸可以由生物基乙醇脫水轉(zhuǎn)化成乙烯后氧化得到環(huán)氧乙烷，再水合轉(zhuǎn)化成二甘醇后氧化制備而成。

我國中科院大連化物所、華南理工大學(xué)、荷蘭Avantium公司等單位在FDCA及PEF材料的制備方面做了深入研究，其中，荷蘭Avantium公司的技術(shù)較為成熟。2015年，Avantium與三井物產(chǎn)株式會社簽署了一份協(xié)議，將在亞洲進(jìn)行100%生物基化學(xué)品FDCA和PEF的商業(yè)化開發(fā)。與PET相比，生產(chǎn)PEF能減少約40% ～ 50%的不可再生資源使用，同時減少約45% ～ 55%的溫室氣體排放。2016年3月，荷蘭Avantium和巴斯夫宣布兩家公司簽署了一份合作意向協(xié)議并進(jìn)行了獨家談判，旨在生產(chǎn)與銷售FDCA和下游產(chǎn)品PEF，產(chǎn)品可用于包裝和纖維領(lǐng)域，但尚未見產(chǎn)業(yè)化裝置建設(shè)報道。

2 生物基合成纖維單體發(fā)展建議

近年來，我國生物基合成纖維及其單體原料得到大力發(fā)展，尤其是纖維加工及應(yīng)用市場趨向成熟，PLA纖維、PTT纖維、PDT纖維、PBT纖維、PHBV和PLA共混纖維等品種已達(dá)世界水平，實現(xiàn)了對石油基化學(xué)纖維的部分替代，已應(yīng)用于紡織、醫(yī)用材料、衛(wèi)生防護(hù)等領(lǐng)域。但從產(chǎn)業(yè)整體來看，我國生物基單體原料仍呈現(xiàn)一頭在外、長期依賴進(jìn)口的局面，這主要是由于生物基單體制備技術(shù)仍不夠成熟、關(guān)鍵技術(shù)和裝備存在差距、產(chǎn)品提純過程復(fù)雜，使得原料成本過高無法與石油基產(chǎn)品競爭，且產(chǎn)品不穩(wěn)定，仍需進(jìn)一步實現(xiàn)技術(shù)升級，加快生物基合成纖維的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程。

2.1 開發(fā)以低成本生物質(zhì)資源為原料生產(chǎn)生物基纖維單體工藝

目前大多數(shù)生物基聚合單體的生產(chǎn)還是基于可食用淀粉類生物質(zhì)資源，這種路線存在原料成本高、占用大量耕地面積等缺點。因此，為提高生物基合成纖維成套工藝技術(shù)的經(jīng)濟性，可開展利用低成本非糧生物質(zhì)資源制備生物基纖維單體技術(shù)，并實現(xiàn)全組分利用。解決的關(guān)鍵問題包括開發(fā)高效廉價的秸稈原料預(yù)處理技術(shù)、選育優(yōu)良的纖維素酶生產(chǎn)菌株、構(gòu)筑能利用五碳糖的菌株以及混合發(fā)酵工藝調(diào)控實現(xiàn)相對高濃度發(fā)酵，從而可降低生產(chǎn)成本。

2.2 開發(fā)生物發(fā)酵產(chǎn)物的高效分離技術(shù)

生物質(zhì)資源通過生物過程所得產(chǎn)品的典型特點是濃度低、雜質(zhì)多、分離成本高、廢水量大，這對于最終生物產(chǎn)品的生產(chǎn)成本有重要影響。因此，針對特定的發(fā)酵產(chǎn)品開發(fā)低能耗清潔分離工藝，對于提高生物基產(chǎn)品的競爭力具有舉足輕重的作用。目前，具有良好應(yīng)用前景的分離技術(shù)包括膜分離技術(shù)、離子交換技術(shù)等。

2.3 開發(fā)生物質(zhì)原料化學(xué)轉(zhuǎn)化專有催化劑

目前，以生物質(zhì)為原料，通過化學(xué)催化轉(zhuǎn)化制備生物基合成纖維單體也是當(dāng)前該領(lǐng)域的研究熱點，如木質(zhì)纖維素催化熱解制備PX、5-羥甲基糠醛催化氧化制備FDCA等，而構(gòu)建綠色高效穩(wěn)定的催化體系是制約該領(lǐng)域發(fā)展的關(guān)鍵問題之一。所以，今后應(yīng)重點研究高性能的催化材料和與之匹配的溶劑體系；研究催化劑的尺寸形貌、活性中心與載體之間的電荷傳遞規(guī)律，達(dá)到催化反應(yīng)選擇斷裂鏈接木質(zhì)纖維素等生物基原料的C―O鍵或/和C―C鍵的目的；借助反應(yīng)動力學(xué)和現(xiàn)代原位譜學(xué)表征方法，開展反應(yīng)機理和催化劑構(gòu)效關(guān)系方面的研究。

2.4 完善上下游產(chǎn)業(yè)鏈，加快推進(jìn)較成熟技術(shù)的產(chǎn)業(yè)化示范工作

生物基化學(xué)纖維及其原料從研發(fā)、技術(shù)、工程化到產(chǎn)業(yè)化，科技和工程交叉復(fù)雜，所涉及到的基因技術(shù)、工業(yè)微生物技術(shù)、生化技術(shù)處于產(chǎn)業(yè)化前期基礎(chǔ)研究階段，難度大，流程長，關(guān)鍵環(huán)節(jié)較多。因此，我國企業(yè)應(yīng)承擔(dān)起生物基纖維產(chǎn)業(yè)產(chǎn)、學(xué)、研的責(zé)任，為實現(xiàn)生物基纖維“三個替代”（原料替代、過程替代、產(chǎn)品替代）的目標(biāo)提供技術(shù)支撐，這對推動我國綠色經(jīng)濟增長、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會意義重大。

篇10

信息、生物、新材料三大前沿領(lǐng)域

信息、生物、新材料是21世紀(jì)前30年發(fā)展最快、最熱門的三大領(lǐng)域，它們集結(jié)了當(dāng)今世界最強勢的研究力量。但在這些關(guān)系未來發(fā)展的關(guān)鍵領(lǐng)域中，我國許多核心技術(shù)仍依賴追蹤、模仿和引進(jìn)國外技術(shù)，原始創(chuàng)新能力明顯不足。

從更寬的視野來看，不僅僅是這三個領(lǐng)域的發(fā)展需要高揚“自主創(chuàng)新”的信心與勇氣。實際上，整個中國科技正面臨著前所未有的發(fā)展壓力：對外要適應(yīng)國際科技競爭的緊迫形勢，對內(nèi)要滿足經(jīng)濟社會發(fā)展進(jìn)程中的重大戰(zhàn)略性需求。而原始創(chuàng)新能力和技術(shù)創(chuàng)新能力的薄弱，已成為當(dāng)前和未來相當(dāng)長時期內(nèi)影響我國整體競爭力的極大障礙。

面向未來15年的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要》即將，科技部等有關(guān)部門正在著手制定科技“十一五規(guī)劃”——關(guān)于中國科技“未來”的探討與關(guān)注，在最近一年多來達(dá)到了前所未有的程度。就是在這樣帶著幾分焦灼、幾分期待、幾分信心的探討氛圍中，“自主創(chuàng)新”成為人們關(guān)于中國科技發(fā)展的共識。

帶著這個共識，再來看中國科技發(fā)展面臨的“壓力”，在很大程度上已經(jīng)變成了未來發(fā)展的重大機遇。未來10年，中國在這三大領(lǐng)域中最有可能實現(xiàn)自主創(chuàng)新的關(guān)鍵技術(shù)群究竟有哪些？有限的科技經(jīng)費究竟應(yīng)當(dāng)投入到哪些突破口？

下一代移動通信技術(shù)

移動通信是人類社會發(fā)展中的一大奇跡。2004年12月，全球（蜂窩）移動通信用戶總數(shù)已達(dá)17億以上，超過已有百年發(fā)展歷史的固定通信用戶數(shù)。過去10年，移動通信技術(shù)完成了由第一代模擬通信技術(shù)向第二代數(shù)字通信技術(shù)的過渡，當(dāng)前正處于由其巔峰狀態(tài)向第三代（3G）移動通信技術(shù)過渡的進(jìn)程中。

目前，世界發(fā)達(dá)國家紛紛投入力量進(jìn)行第三代及下一代移動通信標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)和產(chǎn)品的開發(fā)。

——3G移動通信：國際電信聯(lián)盟（ITU－T）批準(zhǔn)為3G的三大標(biāo)準(zhǔn)分別是歐洲的WCDMA，美國高通公司的CDMA2000和中國大唐電信的TD－SCDMA。3G已在全球30多個國家開始商用。

——增強型3G（Enhanced3G）：為了克服3G技術(shù)不能很好支持流媒體等業(yè)務(wù)的不足，國際電信聯(lián)盟已在制定增強型3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。專家預(yù)測，增強型3G技術(shù)將進(jìn)入商用。

——4G（或Beyond3G）：下一代移動通信即所謂超3G（以下統(tǒng)稱Beyond3G）技術(shù)的研究是國際上的熱點。Beyond3G具有更高的速率與更好的頻譜利用率。歐盟、日本、韓國等國家已開始4G框架的研究，預(yù)期Beyond3G技術(shù)可望在2010年后開始商用。

中國移動用戶總數(shù)已達(dá)3.34億，居世界第一，總體技術(shù)水平與國際同步，處于由第二代向第三代的過渡時期。我國3G移動通信技術(shù)已經(jīng)具備了實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化的能力，我國大唐電信2000年5月提出的TD－SCDMA標(biāo)準(zhǔn)已成為國際電信聯(lián)盟正式采納的三大標(biāo)準(zhǔn)之一。此外，在國家“863”計劃的支持下，開展了Beyond3G技術(shù)的研究，預(yù)期該技術(shù)可望在2010年后開始商用。

Beyond3G技術(shù)對我國經(jīng)濟社會發(fā)展和國防建設(shè)具有十分重要的意義。德爾菲專家調(diào)查統(tǒng)計結(jié)果顯示，我國研發(fā)水平比領(lǐng)先國家落后5年左右，通過自主開發(fā)或聯(lián)合開發(fā)，在未來5年可能形成自主知識產(chǎn)權(quán)。以華為、中興為代表的一批高技術(shù)通信設(shè)備制造業(yè)公司，在第三代移動通信設(shè)備（3G）等研發(fā)方面緊跟國際前沿，打破了國外公司對高技術(shù)通信設(shè)備的壟斷，開始參與國際通信標(biāo)準(zhǔn)的制定，開發(fā)具有自主知識產(chǎn)權(quán)的核心技術(shù)，具備了參與國際競爭的能力，具備實現(xiàn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)跨越式發(fā)展的契機。

中國下一代網(wǎng)絡(luò)體系

下一代網(wǎng)絡(luò)（NGN）泛指以IP為核心，同時可以支持語音、數(shù)據(jù)和多媒體業(yè)務(wù)的因特網(wǎng)、移動通信網(wǎng)絡(luò)和固定電話通信網(wǎng)絡(luò)的融合網(wǎng)絡(luò)。

世界各國和國際通信標(biāo)準(zhǔn)化組織都在積極開展下一代網(wǎng)絡(luò)的研究開發(fā)工作。國際電信聯(lián)盟電信標(biāo)準(zhǔn)化部門（ITU－T）、歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會（ETSI）、互聯(lián)網(wǎng)工程任務(wù)組（IETF）、第三代伙伴組織計劃（3GPP）等，都在致力于下一代網(wǎng)絡(luò)體系的研究。目前，美國、日本、韓國、新加坡以及歐盟都已啟動了下一代互聯(lián)網(wǎng)研究計劃，全面開展各項核心技術(shù)的研究和開發(fā)。

我國在下一代網(wǎng)絡(luò)的研究方面已取得了較大進(jìn)展?！熬盼濉逼陂g，863計劃建成了“中國高速信息示范網(wǎng)”（CAINONET）、國家自然科學(xué)基金委支持的“中國高速互連研究試驗網(wǎng)NSFCNET”等重大項目，目前已開始基于NGN的軟交換技術(shù)在移動和多媒體通信中的應(yīng)用研究。中興、華為等企業(yè)還推出了基于軟交換的NGN解決方案；在下一代互聯(lián)網(wǎng)研究上，中興、港灣網(wǎng)絡(luò)等推出的高端路由交換機，可應(yīng)用于國家骨干IP網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，以及大中型寬帶IP城域網(wǎng)核心骨干和匯聚。國內(nèi)公司還開始自行設(shè)計高端分組交換定制ASIC芯片。我國已成為少數(shù)幾個能夠提供全系列數(shù)據(jù)通信設(shè)備的國家之一。

下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對促進(jìn)我國高新技術(shù)的發(fā)展，以及對改造和提升我國傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)具有舉足輕重的作用，對國家安全至關(guān)重要。從總體上看，我國互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)跟隨國外發(fā)展，在技術(shù)選擇上缺乏系統(tǒng)研究，走過一些彎路，至今與國外仍存在較大差距。無論網(wǎng)絡(luò)用戶規(guī)模、網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)或網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品都尚有很大的發(fā)展空間。從全局著眼，應(yīng)不失時機地開展中國下一代網(wǎng)絡(luò)體系的研究、應(yīng)用試驗、關(guān)鍵技術(shù)研究和產(chǎn)品開發(fā)。不能像第一代互聯(lián)網(wǎng)那樣，技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)都是外國的，給國家安全造成隱患。

納米級芯片技術(shù)

當(dāng)前，集成電路的發(fā)展仍遵循“摩爾定律”，即其集成度和產(chǎn)品性能每18個月增加一倍，按照器件特征尺寸縮小、硅片尺寸增加、芯片集成度提高和設(shè)計技術(shù)優(yōu)化的途徑繼續(xù)發(fā)展。

自上世紀(jì)90年代以來，全球集成電路制造技術(shù)升級換代速度加快。當(dāng)前國際上CMOS集成電路大規(guī)模生產(chǎn)的主流技術(shù)是130nm，英特爾等部分技術(shù)先進(jìn)的芯片制造公司已在用90nm進(jìn)行高性能芯片生產(chǎn)。2005年，美國AMD公司已開始量產(chǎn)90nm的高性能芯片，國際上對65nm技術(shù)的開發(fā)也已成功。伴隨130nm到90nm技術(shù)的升級，考慮到擴大生產(chǎn)規(guī)模和降低成本，大多數(shù)公司將使用12英寸替代8英寸硅基片，這也必將帶來半導(dǎo)體設(shè)備的大量更新。

近年來我國一些先進(jìn)集成電路制造公司的崛起，使國內(nèi)集成電路制造工藝技術(shù)與國際先進(jìn)水平的差距有了顯著的縮小，但整體水平仍與先進(jìn)國家相差2～3代。目前，我國集成電路設(shè)計公司年設(shè)計能力已超過500種，主流設(shè)計水平達(dá)到180nm，130nm技術(shù)正在開發(fā)中，90nm技術(shù)的研發(fā)也開始著手進(jìn)行。從產(chǎn)業(yè)發(fā)展看，我國集成電路已初步形成由十多家芯片生產(chǎn)骨干企業(yè)、十多家重點封裝廠、二十多家初具規(guī)模的設(shè)計公司、若干家關(guān)鍵材料及專用設(shè)備儀器制造廠組成的產(chǎn)業(yè)群體，設(shè)計、芯片制造、封裝三業(yè)并舉的蓬勃發(fā)展態(tài)勢。以中科院計算所為代表的研究機構(gòu)和企業(yè)在CPU研發(fā)方面所取得的新進(jìn)展，標(biāo)志著我國集成電路設(shè)計具有較強能力，與國際先進(jìn)水平的差距進(jìn)一步縮小。目前我國芯片業(yè)大多集中在低端的交通、通信、銀行、信息管理、石油、勞動保障、身份識別、防偽等領(lǐng)域，IC卡芯片所占比重一直占據(jù)芯片總體市場的20％左右。

世界第一顆0.13微米工藝TD－SCDMA3G手機核心芯片10月9日在重慶問世

今后的IC是納米制造技術(shù)的時代，而納米級芯片技術(shù)是我國趕超國際的關(guān)鍵，它的成功將會是我國IC工業(yè)發(fā)展史上的重要里程碑和持續(xù)發(fā)展的動力，專家認(rèn)為應(yīng)優(yōu)先發(fā)展。

中文信息處理技術(shù)

包括漢字和少數(shù)民族文字在內(nèi)的中文信息處理技術(shù)，是漢語言學(xué)和計算機科學(xué)技術(shù)的融合，是一門與語言學(xué)、計算機科學(xué)、心理學(xué)、數(shù)學(xué)、控制論、信息論、聲學(xué)、自動化技術(shù)等多種學(xué)科相聯(lián)系的邊緣交叉性學(xué)科。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，中文信息處理技術(shù)已滲透到社會生活的各個方面。1994年，微軟開始進(jìn)入中文軟件市場，微軟的WORD把國產(chǎn)WPS擠出了市場，繼而Windows中文版又把國產(chǎn)中文之星擠垮。微軟憑借其強大的優(yōu)勢地位，使國產(chǎn)的中文信息處理軟件舉步維艱。中文版的Windows、Office等占據(jù)了大部分的中文軟件市場，使中文信息處理逐漸喪失了其特殊地位。

經(jīng)過二三十年的努力，我國的中文信息處理，包括中文的編碼、字型、輸入、顯示、輸出等的基本處理技術(shù)已經(jīng)實用化，目前正在逐漸擺脫“字處理”階段，處于向更高級階段快速發(fā)展的時期。包括中文的文字識別機和手寫文字識別、語音合成、語音識別、語言理解和智能接口等技術(shù)的研究已獲得進(jìn)展。中文的全文檢索、內(nèi)容管理、智能搜索、中文和其他文字之間的機器翻譯等技術(shù)也正在開發(fā)、研制，并取得了較大進(jìn)展，涌現(xiàn)了聯(lián)想、方正、四通、漢王、華建等公司。

隨著中國加入WTO與世界各國交流的逐漸擴大以及網(wǎng)絡(luò)信息時代的來臨，中文信息處理技術(shù)越發(fā)顯得重要，其自動化水平的提高，將大大促進(jìn)我國科技、國民經(jīng)濟和社會發(fā)展，同時使中華民族的文化在信息時代得到新的發(fā)展。未來無疑應(yīng)當(dāng)加強中文信息處理技術(shù)的研發(fā)投入與政策傾斜。

人類功能基因組學(xué)研究

20世紀(jì)末啟動的人類基因組計劃被公認(rèn)為生命科學(xué)發(fā)展史上的里程碑，其規(guī)模和意義超過了曼哈頓原子彈計劃和阿波羅登月計劃。隨著人類基因組、水稻基因組以及其他重要微生物等50多種生物基因組全序列測定工作的完成，國際基因組研究進(jìn)入到功能基因組學(xué)新階段。

功能基因組學(xué)已成為21世紀(jì)國際研究的前沿，代表基因分析的新階段。它是利用結(jié)構(gòu)基因組所提供的信息和產(chǎn)物，發(fā)展和應(yīng)用新的實驗手段，通過在基因組或系統(tǒng)水平上全面分析基因的功能，使生物學(xué)研究從對單一基因或蛋白質(zhì)的研究轉(zhuǎn)向多個基因或蛋白質(zhì)同時進(jìn)行系統(tǒng)的研究，是在基因組靜態(tài)的堿基序列弄清楚之后轉(zhuǎn)入對基因組動態(tài)的生物學(xué)功能學(xué)研究。從1997年迄今已發(fā)表的有關(guān)功能基因組學(xué)的論文數(shù)以千計，其中不少發(fā)表在《細(xì)胞》《自然》《科學(xué)》等國際著名刊物上。

目前功能基因組研究的重點集中在四個方面：一是基因測序技術(shù)研究。預(yù)計今后幾年內(nèi)，測序技術(shù)將繼續(xù)發(fā)展，特別是有一些重要的改進(jìn)將直接用于功能基因組的研究；二是單核苷多態(tài)性（SNP）以及在此基礎(chǔ)上建立的SNP單體型研究；三是基因組有序表達(dá)的規(guī)律研究。主要包括基因的深入鑒定、基因表達(dá)與轉(zhuǎn)錄組研究、蛋白和蛋白質(zhì)組研究、代謝網(wǎng)絡(luò)和代謝分子研究、基因表達(dá)調(diào)控研究等；四是計算生物學(xué)和系統(tǒng)生物學(xué)研究。

近幾年來，在國家“863”計劃、國家重大科技專項等的資助下，我國功能基因組學(xué)研究取得了一系列進(jìn)展。中華民族占世界人口的1／5，有豐富的遺傳疾病家系資源，這是我國發(fā)展功能基因組研究的有利因素?！笆濉逼陂g，我國參與國際蛋白質(zhì)組計劃、國際人類基因組單體型圖計劃，高質(zhì)量按時完成了項目中所承擔(dān)的21號染色體區(qū)域的任務(wù)，建立并完善了中華民族基因組和重要疾病相關(guān)基因SNPs及其單倍型的數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，在國際一流雜志上發(fā)表了一批高水平學(xué)術(shù)論文，申報了一批國家專利，收集、保存了一批寶貴的遺傳資源，并初步建立了遺傳資源收集網(wǎng)絡(luò)和資源信息庫的采集管理系統(tǒng)，組建了一批國家級基地，培養(yǎng)了一支隊伍，建立了一批技術(shù)平臺。但總體而言，我國在功能基因組研究及應(yīng)用方面的原始創(chuàng)新成果數(shù)量較少，還不能為醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供足夠的知識和產(chǎn)品。

未來研究重點包括：

——功能基因組研究。重點開展植物功能基因組研究、人類功能基因組研究和重要病原微生物及特殊微生物功能基因組研究；

——蛋白質(zhì)組學(xué)研究。蛋白質(zhì)組學(xué)是一個新生領(lǐng)域，目前還處于初期發(fā)展階段，仍有許多困難有待克服。我國應(yīng)選擇具有特色的領(lǐng)域開展研究；

——生物信息技術(shù)。我國的研究重點應(yīng)集中在生物信息數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建、生物信息的開發(fā)、加工、利用及生物信息并行處理方面；

——生物芯片技術(shù)及產(chǎn)品。通過微加工技術(shù)和微電子技術(shù)在固體芯片表面構(gòu)建的微型生物化學(xué)分析系統(tǒng)，以實現(xiàn)對細(xì)胞、蛋白質(zhì)、DNA以及其他生物組分的準(zhǔn)確、快速、大信息量的檢測。常用的生物芯片包括基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、生化反應(yīng)芯片和樣品制備芯片等。生物芯片的主要特點是高通量、微型化和自動化。我國生物芯片研究緊跟國際前沿，它將對我國生命科學(xué)研究、醫(yī)學(xué)診斷、新藥篩選具有革命性的推動作用，也將對我國人口素質(zhì)、農(nóng)業(yè)發(fā)展、環(huán)境保護(hù)等作出巨大的貢獻(xiàn)。

專家認(rèn)為，我國人類功能基因組學(xué)研究的研發(fā)水平比領(lǐng)先國家落后5年左右，若能高度重視，充分利用我國已有的技術(shù)和資源優(yōu)勢，未來10年我國可能實現(xiàn)人類功能基因組學(xué)研究的跨越發(fā)展。

蛋白質(zhì)組學(xué)研究

隨著被譽為解讀人類生命“天書”的人類基因組計劃的成功實施，生命科學(xué)的戰(zhàn)略重點轉(zhuǎn)移到以闡明人類基因組整體功能為目標(biāo)的功能基因組學(xué)上。蛋白質(zhì)作為生命活動的“執(zhí)行者”，自然成為新的研究焦點。以研究一種細(xì)胞、組織或完整生物體所擁有的全套蛋白質(zhì)為特征的蛋白質(zhì)組學(xué)自然就成為功能基因組學(xué)中的“中流砥柱”，構(gòu)成了功能基因組學(xué)研究的戰(zhàn)略制高點。

目前蛋白質(zhì)組學(xué)的主要內(nèi)容是建立和發(fā)展蛋白質(zhì)組研究技術(shù)方法，進(jìn)行蛋白質(zhì)組分析。為了保證分析過程的精確性和重復(fù)性，大規(guī)模樣品處理機器人也被應(yīng)用到該領(lǐng)域。整個研究過程包括樣品處理、蛋白質(zhì)的分離、蛋白質(zhì)豐度分析、蛋白質(zhì)鑒定等步驟。

附圖

自1995年蛋白質(zhì)組一詞問世到現(xiàn)在，蛋白質(zhì)組學(xué)研究得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國的蛋白質(zhì)組研究也在迅速開展，并取得了許多有意義的成果，中國科學(xué)家已經(jīng)在重大疾病如肝癌，比較蛋白質(zhì)組學(xué)的研究等方面取得了重要成就，在“973”計劃的資助下，我國已經(jīng)開始了二維電泳蛋白組分離研究、圖像分析技術(shù)和蛋白質(zhì)組鑒定質(zhì)譜技術(shù)研究等。

如何抓住國際上蛋白質(zhì)組學(xué)研究剛剛啟動的時機，迅速地進(jìn)入到蛋白質(zhì)組學(xué)研究的國際前沿，是擺在我國生命科學(xué)研究發(fā)展方向上的一個重要課題。

目前我國在該領(lǐng)域的研發(fā)基礎(chǔ)較好，只比先進(jìn)國家落后5年左右。蛋白質(zhì)組學(xué)屬科學(xué)前沿，專家建議結(jié)合我國現(xiàn)行的基因組研究及其他有我國特色或優(yōu)勢的領(lǐng)域開展研究，不要重復(fù)或追隨國際已有的工作，而應(yīng)走自己的路，未來10年內(nèi)有可能取得重大科學(xué)突破。

生物制藥技術(shù)

生物制藥被稱為生物技術(shù)的“第一次浪潮”，其誘人前景引起了全世界各國政府、科技界、企業(yè)界的高度關(guān)注。

在過去的30年間，全球生物技術(shù)取得了令人矚目的成就。據(jù)美國著名咨詢機構(gòu)安永公司2004年和2005年發(fā)表的第十八和第十九次全球生物技術(shù)年度報告分析，2003年全球生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)營收達(dá)410億美元。目前已有190余種生物技術(shù)產(chǎn)品獲準(zhǔn)上市，激發(fā)起投資者對生物技術(shù)股與融資的興趣。

近20年來，我國醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)取得了長足的進(jìn)步，據(jù)《中國生物技術(shù)發(fā)展報告2004》統(tǒng)計，我國已有25種基因工程藥物和基因工程疫苗，具有自主知識產(chǎn)權(quán)的上市藥物達(dá)9種，重組人ω－干擾素噴鼻劑2003年4月獲得國家臨床研究批文，可用于較大規(guī)模高危人群的預(yù)防。但總體上與世界先進(jìn)水平相比還存在很大的差距，醫(yī)藥生物技術(shù)產(chǎn)品的銷售收入僅占醫(yī)藥工業(yè)總銷售額的7.5％左右。

為加快我國生物制藥技術(shù)的發(fā)展，今后的研究開發(fā)重點是：

——生物技術(shù)藥物（包括疫苗）及制備技術(shù)。圍繞危害人民健康的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)和腫瘤等重大疾病和疑難病癥的防治與診斷，應(yīng)用基因工程、細(xì)胞工程、發(fā)酵工程和酶工程等技術(shù)，開發(fā)單克隆抗體、基因工程藥物、反義藥物、基因治療藥物、可溶性蛋白質(zhì)藥物和基因工程疫苗，拓寬醫(yī)藥新產(chǎn)品領(lǐng)域；

——高通量篩選技術(shù)。目前，國外許多制藥公司已把高通量篩選作為發(fā)現(xiàn)先導(dǎo)化合物的主要手段。典型的高通量篩選模式為每次篩選1000個化合物，而超高通量篩選可每天篩選10萬多個化合物。隨著分析容量的增大，分析檢測技術(shù)、液體處理及自動化、連續(xù)流動以及信息處理將成為未來高通量篩選技術(shù)研究的重點；

——天然藥物原料制備。目前，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)人類患有3萬多種疾病，其中1／3靠對癥治療，極少數(shù)人能夠治愈，而大多數(shù)人缺乏有效的治療藥物。以往多用合成藥物，隨著科技的進(jìn)步，人們自我保健意識增強，對天然藥物的追求與日俱增。當(dāng)前世界各國都在加強天然藥物的研發(fā)。

生物信息學(xué)研究

在生命科學(xué)的研究中，以計算機為工具對生物信息進(jìn)行儲存、檢索和分析，對基因組研究相關(guān)生物信息獲取、加工、儲存、分配、分析和解釋——上世紀(jì)80年代一經(jīng)產(chǎn)生，生物信息學(xué)就得到了迅猛發(fā)展。其研究一方面是對海量數(shù)據(jù)的收集、整理與服務(wù)；另一方面是利用這些數(shù)據(jù)，從中發(fā)現(xiàn)新的規(guī)律。

具體地講，生物信息學(xué)是把基因組DNA序列信息分析作為源頭，找到基因組序列中代表蛋白質(zhì)和RNA基因的編碼區(qū)；同時，闡明基因組中大量存在的非編碼區(qū)的信息實質(zhì)，破譯隱藏在DNA序列中的遺傳語言規(guī)律；在此基礎(chǔ)上，歸納、整理與基因組遺傳信息釋放及其調(diào)控相關(guān)的轉(zhuǎn)錄譜和蛋白質(zhì)譜的數(shù)據(jù)，從而認(rèn)識代謝、發(fā)育、分化、進(jìn)化的規(guī)律。另外生物信息學(xué)還利用基因組中編碼區(qū)的信息進(jìn)行蛋白質(zhì)空間結(jié)構(gòu)的模擬和蛋白質(zhì)功能的預(yù)測，并將此類信息與生物體和生命過程的生理生化信息相結(jié)合，闡明其分子機理，最終進(jìn)行蛋白質(zhì)、核酸的分子設(shè)計、藥物設(shè)計和個體化的醫(yī)療保健設(shè)計。

生物信息學(xué)的發(fā)展已經(jīng)將基因組信息學(xué)、蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)計算與模擬以及藥物設(shè)計有機地連接在一起，它將導(dǎo)致生物學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)、計算機科學(xué)等多種科學(xué)文化的融合，造就一批新的交叉學(xué)科。

科學(xué)家們普遍相信，本世紀(jì)最初的若干年是人類基因組研究取得輝煌成果的時代，也是生物信息學(xué)蓬勃發(fā)展的時代。據(jù)預(yù)測，到2005年生物信息的全球市場價值將達(dá)到400億美元。

我國生物信息學(xué)研究起步較早。20世紀(jì)80年代末，國內(nèi)學(xué)者就在《自然》上報道了免疫球蛋白基因超家族計算機分析的工作。目前，多家大學(xué)和研究機構(gòu)也相繼成立了生物信息中心或研究所，各種原始數(shù)據(jù)庫、鏡像數(shù)據(jù)庫和二級數(shù)據(jù)庫也已經(jīng)逐步建立，同時我國還建立了相關(guān)的工作站和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，實現(xiàn)了與國際主要基因組數(shù)據(jù)庫及研究中心的網(wǎng)絡(luò)連接，開發(fā)了用于核酸、蛋白結(jié)構(gòu)、功能分析的計算工具以及蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)預(yù)測、并行化的高通量基因拼接和基于群論方法開發(fā)的基因預(yù)測等多種軟件。中國學(xué)者還運用自主開發(fā)的電腦克隆程序，開展了大規(guī)模EST數(shù)據(jù)分析，建立了一系列基因組序列分析新算法和新技術(shù)，并在國內(nèi)外著名科學(xué)雜志上發(fā)表了一系列論文，取得了引人注目的進(jìn)展，尤其在人類基因組基因數(shù)目的預(yù)測上獲得了與目前的實驗事實相當(dāng)吻合的結(jié)果，在國際上獲得普遍認(rèn)可。

農(nóng)作物新品種培育技術(shù)

最近幾年，農(nóng)業(yè)生物技術(shù)的發(fā)展對農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整產(chǎn)生的巨大影響，已引起各國政府和科學(xué)家的高度重視。農(nóng)業(yè)生物技術(shù)領(lǐng)域研究中最活躍的是育種技術(shù)——應(yīng)用現(xiàn)代分子生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)進(jìn)行品種改良，創(chuàng)造更加適合人類需要的新物種，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病蟲害新品種。這使得新品種層出不窮，品種在農(nóng)業(yè)增產(chǎn)中的貢獻(xiàn)率將由現(xiàn)在的30％提高到50％。國際水稻研究所已經(jīng)培育出每公頃7500公斤的超級水稻，非洲培育出增產(chǎn)10倍的超級木薯。

我國該領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究和高技術(shù)研究取得了一批創(chuàng)新成果：如植物轉(zhuǎn)基因技術(shù)、細(xì)胞培育技術(shù)、秈稻的全基因組測序、花粉管通道轉(zhuǎn)基因方法等，使研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的轉(zhuǎn)基因農(nóng)作物新品種成為現(xiàn)實和可能。目前，已培育出畝產(chǎn)達(dá)到807.4公斤的超級雜交稻；2004年轉(zhuǎn)基因抗蟲棉的種植面積已占全國棉花種植面積的50％左右；利用細(xì)胞工程技術(shù)培育的抗白粉病、赤霉病和黃矮病等小麥新品種已累計推廣1100多萬畝；植物組織培養(yǎng)和快繁脫毒技術(shù)在馬鈴薯、甘蔗、花卉生產(chǎn)中發(fā)揮了重要的作用。

專家認(rèn)為，我國農(nóng)作物新品種培育的研發(fā)基礎(chǔ)較好，整體科研技術(shù)與國外處于同等水平，只要充分利用資源，發(fā)揮優(yōu)勢，很可能在該領(lǐng)域取得突破。

納米材料與納米技術(shù)

納米科技是上世紀(jì)末才逐步發(fā)展起來的新興科學(xué)領(lǐng)域，它的迅猛發(fā)展將在21世紀(jì)促使幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域產(chǎn)生一場革命性的變化。納米材料是未來社會發(fā)展極為重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，許多科技新領(lǐng)域的突破迫切需要納米材料和納米科技支撐，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)提升也急需納米材料和技術(shù)的支持。

近年來，科技強國在該領(lǐng)域均取得了相當(dāng)重要的進(jìn)展。

在納米材料的制備與合成方面，美國科學(xué)家利用超高密度晶格和電路制作的新方法，獲得直徑8nm、線寬16nm的鉑納米線；法國科學(xué)家利用粉末冶金制成了具有完美彈塑性的純納米晶體銅，實現(xiàn)了對納米結(jié)構(gòu)生長過程中的形狀、尺寸、生長模式和排序的原位、實時監(jiān)測；德國科學(xué)家巧妙地利用交流電介電泳技術(shù)，將金屬與半導(dǎo)體單壁碳納米管成功分離；日本用單層碳納米管與有機熔鹽制成高度導(dǎo)電的聚合物納米管復(fù)合材料。

在納米生物醫(yī)學(xué)器件方面，科學(xué)家用特定的蛋白質(zhì)或化合物取代用硅納米線制成場效應(yīng)晶體管的柵極用以診斷前列腺癌、直腸癌等疾病，成百倍地提高了診斷的靈敏度。另外，納米技術(shù)在醫(yī)學(xué)應(yīng)用、納米電子學(xué)、納米加工、納米器件等方面也有新進(jìn)展。與此同時，國外大企業(yè)紛紛介入，推動了納米技術(shù)產(chǎn)業(yè)化的進(jìn)程。

當(dāng)前納米材料研究的趨勢是，由隨機合成過渡到可控合成；由納米單元的制備，通過集成和組裝制備具有納米結(jié)構(gòu)的宏觀試樣；由性能的隨機探索發(fā)展到按照應(yīng)用的需要制備具有特殊性能的納米材料。

納米材料和技術(shù)很可能在以下四個領(lǐng)域的應(yīng)用上有所突破：一是IT產(chǎn)業(yè)（芯片、網(wǎng)絡(luò)通訊和納米器件）；二是在生物醫(yī)藥領(lǐng)域應(yīng)用納米生物傳感的早期診斷和治療，到2010年將給人類帶來新的福音；三是在顯示和照明領(lǐng)域的應(yīng)用已有新的進(jìn)展，納米光纖、納米微電極等已產(chǎn)生極大影響；四是納米材料技術(shù)與生物技術(shù)相結(jié)合，在基因修復(fù)和標(biāo)記各種蛋白酶等方面蘊育新的突破，預(yù)計2010年納米技術(shù)對國際GDP的貢獻(xiàn)將超過2萬億美元。

我國納米材料研究起步較早，基礎(chǔ)較好，整體科研水平與先進(jìn)國家相比處于同等水平，部分技術(shù)落后5年左右。目前有300多個從事納米材料基礎(chǔ)研究和應(yīng)用的研究單位，并在納米材料研究上取得了一批重要成果，引起了國際上的廣泛關(guān)注。據(jù)英國有關(guān)權(quán)威機構(gòu)提供的調(diào)查顯示，我國納米專利申請件數(shù)排名世界第三位。

國內(nèi)目前已建成100多條納米材料生產(chǎn)線，產(chǎn)品質(zhì)量大都達(dá)到或接近國際水平。與發(fā)達(dá)國家相比，我國的差距一是在納米材料制備與合成方面尚處于粗放階段，缺乏應(yīng)用目標(biāo)的牽引，集成不夠；二是納米材料計量、測量和表征技術(shù)明顯落后于國外，對標(biāo)準(zhǔn)試樣和標(biāo)準(zhǔn)方法的建立重視不夠，對表征手段的建立投資不足；三是納米材料的基礎(chǔ)研究、應(yīng)用研究和開發(fā)研究出現(xiàn)脫節(jié)，納米材料研究缺乏針對性；四是學(xué)科交叉、技術(shù)集成不夠。

鏈接：

信息技術(shù)正在發(fā)生結(jié)構(gòu)性變革

目前，信息技術(shù)正在發(fā)生結(jié)構(gòu)性的變革，在信息器件向高速化、微型化、一體化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的同時，軟件和信息服務(wù)成為發(fā)展重點。大規(guī)模集成電路正快速向系統(tǒng)芯片發(fā)展；移動通信技術(shù)正在向第三代、第四展，將提供更優(yōu)質(zhì)、更快速、更安全的服務(wù)，并帶來巨大的經(jīng)濟利益；電信網(wǎng)、計算機網(wǎng)和有線電視網(wǎng)三網(wǎng)融合趨勢進(jìn)一步加快，無線網(wǎng)絡(luò)成為世界關(guān)注的重點；全球化的信息網(wǎng)絡(luò)將像電力、電話一樣為社會公眾提供各種信息服務(wù)，越來越深刻地改變著人們的學(xué)習(xí)、工作和生活方式，也將對產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整產(chǎn)生重大影響。

微電子技術(shù)、計算機技術(shù)、軟件技術(shù)、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等領(lǐng)域的發(fā)展方興未艾，極有可能引發(fā)新一輪產(chǎn)業(yè)革命。

大顯神通的新材料

高性能結(jié)構(gòu)材料是具有高比強度、高比剛度、耐高溫、耐腐蝕、耐磨損的材料，對支撐交通運輸、能源動力、電子信息、航空航天以及國家重大工程起著關(guān)鍵性作用。

新型功能材料是一大類具有特殊電、磁、光、聲、熱、力、化學(xué)以及生物功能的材料，是信息技術(shù)、生物技術(shù)、能源技術(shù)和國防建設(shè)的重要基礎(chǔ)材料。當(dāng)前國際上功能材料及其應(yīng)用技術(shù)正面臨新的突破，諸如信息功能材料、超導(dǎo)材料、生物醫(yī)用材料、能源材料、生態(tài)環(huán)境材料及其材料的分子、原子設(shè)計正處于日新月異的發(fā)展之中。