2013年醫用材料研發進展

　　醫用材料近年來受到研究人員的關注，主要得益于其具有重要的經濟和臨床應用效益。

　　一、具有重要的經濟戰略地位

　　伴隨著社會經濟的發展，人口老齡化加劇，中、青年創傷增加，新技術的不斷注入等因素，人類對醫療保健的需求也迅速增長。十多年來，國際醫療保健費用的增長均高于同期GDP的增長。人類對醫療保健的迫切需求大大推動了高技術材料市場中技術附加值最高的材料——生物醫用材料及其制品產業的高速發展，其年增長率已高達15%-20%。

　　加大力度發展生物醫用材料及其制品產業，提供優質價廉的產品，不僅能夠拉動內需，還將培育出國民經濟新的增長點，產生巨大的經濟效益。發展生物醫用材料科學與產業對國防事業以及國家安全也具有重要意義，正如美國制定的“21世紀美國陸軍戰略技術”報告中指出：生物技術是未來30年增強戰斗力的最有希望的技術，而生物醫用材料是其重要組成部分。生物醫用及其制品產業正在逐漸向世界經濟的支柱性產業進軍。

　　二、植入性醫療器械發展的根本

　　醫用材料相對于植入性醫療器械，是流水之源、樹木之根。沒有生物相容性好且具有其他所預期性能的材料，就不可能有植入性醫療器械。

　　用作植入性醫療器械的醫用材料有：金屬、高分子聚合物、陶瓷和生物源性材料及其衍生物等等幾類。

　　在介入領域，包括在國內外逐步普及的冠脈支架、不銹鋼、鈷合金、鈦和鈦合金、鋯是制作介入類植入性器械的基本金屬材料，藥物載體涂層一般用高分子聚合物。

　　至于骨科、齒科和其他外科植入產品的材料，除了上述幾類金屬外，超高分子量聚乙烯(UHMWPE)、聚醚醚酮(PEEK)、聚甲基丙烯酸甲脂(PMMA)等聚合物也有廣闊的應用領域;氧化鋁、氧化鋯等致密型陶瓷主要用作植入部件基底材料;羥基磷灰石等表面涂層材料也已有近30年的應用歷史。

　　人工生產的無機和有機材料、骨形態蛋白(BMP)等生物因子和生物源性材料，包括同種異體骨和異種骨2大類，用作骨的填充和修復，構成了所謂的骨科生物修復材料，在西方國家發展迅速，其市值占世界骨科市場份額的14%，超過常見骨科創傷產品的l1%。

　　根據醫用材料行業報告，2013年全球醫用材料重要的技術研究進展主要有7個：

　　進展一：日本利用藻類生產塑料，耐熱易加工性能毫不遜色

　　2013年1月9日，日本研究人員宣布，他們以能進行光合作用的藻類“裸藻”為主要原料，成功生產出塑料。

　　研究人員認為，與利用石油制造塑料相比，這種新技術排放的二氧化碳更少。

　　裸藻是一類兼具動物和植物特點的單細胞真核生物，在原生動物學中稱為眼蟲。它們容易培養，而且光合作用效率比陸地植物更高。

　　日本產業技術綜合研究所和宮崎大學等機構組成的聯合研究小組發現，裸藻能在細胞內大量生產高分子糖。提取這種糖之后，再與油脂反應，就可以合成塑料。

　　合成的塑料成分有70%來自植物，不僅與來自石油的塑料一樣容易加工，耐熱性也毫不遜色。

　　進展二：帝人改良植物性生物聚碳酸酯樹脂技術，提高耐熱性及耐沖擊性

　　2013年4月，帝人公司日前改良了植物源生物聚碳酸酯樹脂產品“PLANEXT”的技術。通過改變分子設計，使得耐熱性及耐沖擊性比以往的PLANEXT有了提高，解決了與用石油制造的聚碳酸酯樹脂相比所存在的問題。改良型產品名為“PLANEXTD-7000”。

　　PLANEXT是環保型樹脂，植物成分高達70%，所用的原料是用從玉米粒等中提取的淀粉制成的一種化合物異山梨醇(Isosorbide)。其成形性及抗化學藥品性均十分出色，作為一種具有表面硬度及剛性的生物塑料，被應用于以汽車及電子產品為代表的廣泛用途。

　　帝人公司日前改良了植物源生物聚碳酸酯樹脂產品“PLANEXT”的技術。通過改變分子設計，使得耐熱性及耐沖擊性比以往的PLANEXT有了提高，解決了與用石油制造的聚碳酸酯樹脂相比所存在的問題。改良型產品名為“PLANEXTD-7000”。

　　進展三：研究者研制出可殺死癌細胞的新型生物納米材料

　　2013年7月初，同濟大學醫學院生物醫學工程與納米科學研究院王祎龍博士、時東陸教授與美國辛辛那提大學、密西根大學的同行緊密合作，研制出一種新型表面雙功能化的非對稱納米復合微球。這種新穎的結構為表面選擇性偶合生物分子提供了一個獨特的方法，為多功能納米材料載體的構建提供了全新的思路。

　　這種新型納米結構的優勢在于，更方便、高效地將多種功能整合于同一個納米載體中，使之能同時實現靶向、示蹤、磁熱療、載藥和可控釋藥。

　　進展四：科學家發明新型治療椎間盤功能退化和背痛的醫用材料

　　2013年7月18日，科學家發明新型治療椎間盤功能退化和背痛的醫用材料。

　　隨著我們年齡的增長，脊椎間起緩沖作用的疏松物質會發生分解從而導致背部疼痛并且影響運動。注射髓核(NP)細胞-存在于椎間盤中的果凍狀組織，可以減緩上述那種功能退化并且減緩疼痛，但是就目前采用的方法，注射的細胞在幾天內就會從注射部位泄漏。當三種液體成分混合時便形成凝膠。在用兔子進行的預實驗中，液體在5min后開始凝固，20min后定型。研究者認為其中的一種液體成分，一個在健康椎間盤間發現的叫做層粘連蛋白的化學修飾蛋白，可能能夠延長髓核細胞在靶部位停留時間并且保護其不變性。

　　進展五：國內首臺生物3D打印機誕生

　　2013年8月，杭州電子科技大學生物工程專業的徐銘恩教授，帶領團隊，研發出了國內首臺生物3D打印機，能夠直接打印出人體活細胞。利用這些細胞的基礎，打印機還可以打印諸如骨骼修復器件、人工器官等醫用材料。

　　這些從打印機里誕生的材料，將來可以幫助人們進行組織修復，臟器移植，美容整形。

　　進展六：科學家開發出新型生物貼可使得骨質再生

　　2013年11月11日，刊登在國際雜志Biomaterials上的一篇研究論文中，來自愛荷華大學的研究者通過研究開發出了一種新型的生物貼，其可以將DNA置于納米尺寸的顆粒中，通過將骨質產生的指令運輸到細胞中實現損傷/缺失骨質的再生。

　　進展七：4D打印，百變醫用材料

　　2013年10月，來自麻省理工大學建筑學系的蒂比茨(SkylarTibbits)在2013年美國TED(技術、娛樂、設計)大會上提出了 “4D打印”的概念。他將一根帶有關節的3D打印復合材料長繩扔進水中，長繩便如變形金剛般神奇地自動變形為事先設計好的形狀。為3D打印的物體添加“時間”緯度，讓物體變得擁有“記憶功能”，從而在特定條件刺激下可以自動組裝為預先設定的形態，這便被稱為“4D打印”。

　　4D打印在醫學領域具有較高的應用價值，目前一些企業已經開始啟動基于4D打印技術的帶有記憶功能的生物心臟支架的研發工作。