文章類型｜科學(xué)知識講解

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關(guān)鍵詞｜生物材料 組織工程

“生物材料”是近些年來十分火熱的科學(xué)工程領(lǐng)域，許多工程領(lǐng)域加入點(diǎn)“生物材料”的佐料就瞬間高大上起來，比如機(jī)械設(shè)計(jì)與制造加上生物材料就變成了醫(yī)療器械，3D打印加上生物材料就進(jìn)行了再生醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，真的是炙手可熱的一個(gè)學(xué)科，今天您認(rèn)真閱讀本文，只需8分鐘，就算進(jìn)入生物材料的大門了。來一起領(lǐng)略這個(gè)神奇的學(xué)科吧！

什么是生物材料？

生物材料（biomaterial）是兩大類材料的統(tǒng)稱，第一類叫“生物體材料”（biological material），是指從生物體中提取的成分，如纖維蛋白、膠原蛋白、磷脂等，第二類叫“生物醫(yī)用材料”（biomedical material），是指可應(yīng)用于醫(yī)學(xué)的功能性材料，包括用于診斷、治療、修復(fù)、替換、增強(qiáng)組織器官功能。

生物材料=生物體材料+生物醫(yī)用材料

”生物材料學(xué)“是研究什么的呢？

生物材料學(xué)是一門綜合性新興學(xué)科，學(xué)科交叉十分廣泛，包括生命科學(xué)、材料學(xué)、工程學(xué)、醫(yī)學(xué)等，精要地說，研究4方面的內(nèi)容：

1. 生物的生理環(huán)境、組織結(jié)構(gòu)、器官功能和替代方法；

2. 生物醫(yī)用材料的合成、改性、加工、應(yīng)用；

3. 生物材料的生物相容性；

4. 生物材料的生物學(xué)評價(jià)方法；

支架材料就屬于典型的生物醫(yī)用材料

生物材料發(fā)展三階段：

1. 惰性生物材料：在生物環(huán)境中幾乎不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，各方面性能又與所替代處接近，分為醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用非金屬材料、醫(yī)用高分子材料、醫(yī)用復(fù)合材料四類；

2. 生物可降解材料：在生物環(huán)境中慢慢降解掉，實(shí)現(xiàn)生物化；

3. 組織工程支架材料：可降解，良好的細(xì)胞相容性，特定的三維多孔結(jié)構(gòu)和可塑性，支架中的細(xì)胞能獲取營養(yǎng)、進(jìn)行氣體交換和排出代謝產(chǎn)物。包括天然可降解無機(jī)材料、天然可降解高分子材料、合成可降解高分子材料、復(fù)合材料四類。

那么，什么是“組織工程”呢？

組織工程是應(yīng)用工程科學(xué)和生命科學(xué)的原理和方法，研究和開發(fā)生物替代物的一門學(xué)科，它的核心是構(gòu)建細(xì)胞和生物材料的三維空間復(fù)合體，形成具有生物力的活體組織，以達(dá)到永久替代。

組織工程三大要素：種子細(xì)胞、支架材料、細(xì)胞生物調(diào)節(jié)因子。

組織工程研究的核心內(nèi)容：

1. 合適的種子細(xì)胞的來源；
   

2. 可供細(xì)胞貼附生長的生物支架或細(xì)胞外基質(zhì)；

3. 促進(jìn)組織再生的生長因子；

4. 研究組織相容性問題。

神奇的組織工程

納米技術(shù)也逐漸進(jìn)入生物材料領(lǐng)域

隨著納米科技的不斷發(fā)展，納米材料也逐漸應(yīng)用到了醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，納米材料有三個(gè)核心特點(diǎn)：

1. 納米尺度的結(jié)構(gòu)單元或特征維度尺寸在納米數(shù)量級；

2. 有大量界面和自由表面；

3. 納米單元之間存在著或強(qiáng)或弱的相互作用。
   

納米陶瓷、納米碳、納米高分子和納米復(fù)合材料等所展示的優(yōu)異性能已在生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域中應(yīng)用，尤其在釋放藥物載體、組織工程支架、人工器官、介入性診療、血液凈化、生物大分子分離和免疫分析、生物傳感器等眾多方面都有廣泛和誘人的應(yīng)用前景。

生物材料的未來

未來的發(fā)展有幾大方向：生物材料功能化、組織工程支架、藥物控制釋放載體材料、納米生物材料。

科技觀察員評論

運(yùn)用3D打印技術(shù)可制備醫(yī)用復(fù)合材料（如聚脂/HA的3D復(fù)合材料等），組織工程支架材料和藥物載體等，對于組織工程支架材料的微觀結(jié)構(gòu)的可控和力學(xué)性能都可以通過3D打印技術(shù)改變原料結(jié)構(gòu)和高分子嘗試來進(jìn)行調(diào)節(jié)。藥物載體可運(yùn)用3D打印技術(shù)采用分層制造的思維，制造出具有復(fù)雜空隙的載體，可為新藥的研發(fā)提供新的工具。