中国生物医用材料的科研与产业化现状

中国生物医用材料的科研与产业化现状生物医用材料(或称生物材料)与生物系统相互接触后可以对生物体的组织、器官或功能进行诊断、治疗、增强或替代生物体内的任意组织、器官或功能，主要包括生物医用高分子材料、生物医用陶瓷材料、生物医用金属材料和生物医用复合材料等。

生物医用材料是人工器官和医疗器械的基础，是材料科学的重要分支，目前已成为各国科学家竞相研究和开发的热点。

一、生物医用材料的分类生物医用材料按照用途可分为骨、牙、关节、肌腱等骨骼——肌肉系统修复材料；皮肤、乳房、食道、膀胱等软组织材料；人工心脏瓣膜、血管、心血管内插管等心血管系统材料；血液净化膜和分离膜、气体选择性透过膜、角膜接触镜等医用膜材料；组织粘合剂和缝线材料；药物释放载体材料；临床诊断及生物传感器材料等等。

生物医用材料按材料在生理环境中的生物化学反应情况可以分为惰性生物医用材料、生物活性材料、可降解和吸收的生物医用材料。

最为常用的分类方法是按照材料组成和性质来分，分为以下几类：1、生物医用高分子材料生物医用高分子材料是生物医用材料中发展最早，应用最广泛、用量最大的材料，按照来源可以分为天然高分子材料和合成高分子材料，按照性质可分为非降解型材料和可生物降解材料。

非降解型材料要求在生物环境中能长期保持稳定，不发生降解、交联或者物理磨损等，主要包括聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃、芳香聚酯、聚硅氧烷等等，主要用于人体软、硬组织的修复、人造血管、接触镜、膜材、粘结剂等。

生物降解高分子由于能在有水存在的环境下被酸、碱或酶或微生物促进而加速降解，使分子量下降、失去强度而破碎，可以在体内降解成为小分子或单体，或被代谢成为二氧化碳和水而排出体外，因而被广泛地用作药物载体、修复材料和体内植入器件材料等。

由于使用广泛，不用长期留存体内，可以避免发生异物反应的隐患，因此，可降解性高分子材料成为医学界和药学界所关注的材料。

用生物降解高分子材料制备的缝合线、骨钉等医用器件在植入体内后，可以自行降解和代谢、以至最终被排出体外，所以可免除在组织器官修复后必须再将它们手术取出的麻烦；用生物降解高分子材料为载体的制剂，能够对药物长期并恒速地释放，方便服用和提高疗效；用生物降解高分子为支架的组织工程化组织，可实现对器官的修复和重建。

鉴于生物降解高分子材料在生物医学领域具有极为重要和无可替代的作用，以及对农业和环境保护等领域事业的重要意义，因此，生物降解高分子材料成为目前研究最多、应用也最为广泛的生物医用高分子材料。

在第二次世界大战期间，等渗的水溶性聚乙烯基吡咯烷酮(PVP)已被作为人造血浆增容剂使用。

此后，越来越多的合成高分子材料被认为可以满足生物医用的要求，但实际上，真正可以达到临床应用和商品化的却十分有限。

目前已经使用到临床上的生物医用高分子材料如表1所示：表1 临床上使用的生物医用高分子材料用途主要使用的高分子材料人工血管聚酯纤维、真丝、聚氨酯人工心脏聚氨酯、聚氯乙烯、硅橡胶、天然橡胶人工皮肤硅橡胶骨胶原无纺布、离子型聚酯复合物、聚氨基酸人工骨多孔聚四氟乙烯、超高分子量聚乙烯、聚砜碳纤维复合物人工关节甲基丙烯酸甲酯与苯乙烯共聚物、多孔聚四氟乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯碳纤维复合物骨板、骨钉、脊椎钉聚砜碳纤维复合材料、聚乳酸、聚乙烯醇复合材料人工乳房硅橡胶、硅凝胶、氟硅橡胶各种医用插管聚乙烯、聚氯乙烯、硅橡胶、天然橡胶、聚氨酯、聚四氟乙烯从表1以看出，目前进入到临床的生物医用高分子材料依然是以不降解高分子材料为主。

可降解生物医用高分子材料最重要的用途就是组织工程和药物载体，大多数仍然处于实验室研究阶段。

2、生物医用陶瓷材料生物医用陶瓷材料指的是陶瓷、玻璃和碳索等无机非金属医用材料，主要包括惰性生物陶瓷、活性生物陶瓷和功能性生物陶瓷等3类，主要用于骨修复，此类材料化学性质稳定，可在生物体内长期留存。

3、生物医用金属材料生物医用金属材料是用作生物医用材料的金属或合金，这类材料具有很高的机械强度和抗疲劳性能，是临床上应用最为广泛的承力植入材料，除了要求它具有良好的力学性能及相关物理性质外，优良的抗生理腐蚀性和生物相容性也是其必须具备的条件。

生物医用金属材料应用中的主要问题表现为：由于生理环境的腐蚀会造成的金属离子向周围组织扩散及植入材料自身性质的退变，前者可能导致毒副作用，后者常常导致植入的失败。

已经用于临床的生物医用金属材料主要有纯金属(钛、钽、铌、锆等)、不锈钢、钴基合金，以及钛基合金等。

目前比较常见的生物医用金属材料包括各种人工关节、颅骨缺损修补面以及冠脉搭桥支架等等。

4、生物医用复合材料生物医用复合材料又称为生物复合材料，是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医用材料，并且与其所有单体的性能相比，复合材料的性能都有较大程度的提高。

制备该类材料的目的就是进一步提高或改善某一种生物医用材料的性能，主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制，除应具有预期的物理化学性质之外，还必须满足生物相容性的要求，不仅要求组分材料自身必须满足生物相容性要求，而且复合之后也不允许出现有损材料生物学性能的性质。

按基材，生物医用复合材料可分为高分子基、金属基和无机非金属基3类，它们既可以作为生物复合材料的基材，又可作为增强体或填料，它们之间的相互搭配或组合形成了大量性质各异的生物医用复合材料。

利用生物技术，一些活体组织、细胞和诱导组织再生的生长因子被引入了生物医用材料，大大改善了其生物学性能，并可使其具有药物治疗功能，已成为生物医用材料一个十分重要的发展方向。

根据材料植入体内后引起的组织反应类型和水平，生物医用材料又可分为生物惰性的、生物活性的、可生物降解和吸收的3种类型。

人和动物中绝大多数组织均可视为复合材料，生物医学复合材料的发展为获得真正仿生的生物医用材料开辟了广阔的途径。

目前较为常见的人工髋关节就是金属为基材，在需要润滑的部位具有聚四氟乙烯层，甚至在与细胞直接接触部位的材料还会经过进一步的处理以提高细胞亲和性。

5、生物衍生材料生物衍生材料是由经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医用材料，也称为生物再生材料。

生物组织可取自同种或异种动物体组织。

特殊处理包括维持组织原有构型而进行的固定、灭菌和消除抗原性的轻微处理，以及拆散原有构型、重建新的物理形态的强烈处理。

由于经过处理的生物组织已失去生命力，因此生物衍生材料是无生命力的材料。

但是，生物衍生材料或是具有类似于自然组织的构型和功能，或是其组成类似于自然组织，所以，在维持人体动态过程的修复和替换中具有重要作用。

生物衍生材料主要用于人工瓣膜、血管修复体、皮肤掩膜、纤维蛋白制品、骨修复体、巩膜修复体等等。

但是，该类材料目前遇到的主要问题就是生物安全性，比如患有疯牛病或者口蹄疫的动物尸体的制品，是否能安全用于人体，是否灭活完全且不会出现排异或者蛋白质过敏现象等等。

二、我国生物医用材料的研究水平发展现状随着我国国民经济的发展，国力的提高，国家对科研投入的增加，我国的科研水平也得到了极大提高；而国民生活水平的提高，使人们对疾病治疗和健康保证的需求也在不断提高，由此保证了我国生物医用材料研究和生产发展所需的经济基础和动力。

近年来，国家对生物医用材料研究的投入大幅度增加，使我国生物医用材料科研水平得到了很大的提高。

如今，我国在国际刊物上发表的生物医用材料论文数量正在快速增加，论文被引用的次数也在不断上升，在国际上具有了一定的影响力。

根据2008年国际生物医用材料领域顶级刊物Biomaterials(SCI IF6.646)上发表的论文统计分析(表2)，中国的论文数量达到了世界各国发表论文总数的9.4%，可以表明：我国的某些生物医用材料研究已经达到了国际前沿水平，并且在国际上占有一定的地位。

表2 2008年Biomaterials（第29卷）发表的论文统计期数论文总数/篇中国大陆的论文论文数*/篇所占比例3652449.59.4%注：*——中外合著文章按0.5篇计算生物医用材料最顶级的学术会议是4年举行一次的世界生物材料大会，于2008年5月28日至6月1日在荷兰阿姆斯特丹成功召开了其第八次会议，中国代表团120余人出席了大会。

第八次世界生物材料大会是一次规模空前的盛会，与会国家和地区达81个，正式注册代表3千多人，接受论文2880篇，其中中国大陆学者论文215篇，安排口头报告706篇，其中中国大陆代表论文20篇。

我国张兴栋院士应邀在大会上作了题为“Ca-P生物材料的骨诱导作用及机理研究”的报告，这是中国科学家32年来在世界生物材料大会上的首个大会报告。

此外，中国科学家还主持了“组织诱导生物材料”和“神经再生生物材料”等专题讨论会，张兴栋院士在“组织诱导生物材料”讨论会上作了主题报告。

王迎军、崔福斋、黄楠、冷扬等4位中国生物材料专家被大会授予了“国际生物材料科学与工程‘Fellow’”荣誉称号，自此中国“Fellow”达到16人。

这从一个方面说明了我国生物材料界的国际地位空前提高。

而中国成都成功申办了第九次世界生物材料大会，并在第八次世界生物材料大会上顺利进行了交接工作。

这更加说明中国在生物医用材料研究上具有了一定的国际地位，得到了国际同行的认可。

三、我国生物医用材料的生产水平发展现状随着我国生物医用材料科研水平的突飞猛进，产业化水平也得到了很大提高，不但有很多新的生物医用材料产品问世，每年也有很多的相关专利申请，同时也有不少企业因此发展壮大，甚至达到了在股市上市的要求。

但是，在表面的繁荣之下，我国生物医用材料的生产水平实际上却依然十分低下，仍然处于产量低、品种少，规格不全，且质量差、水平十分低下的境地；而生物医用器械的生产则更是仿制多、创新少，大多数生产原料、加工设备和检测仪器还主要依赖进口(如表3所示)，生产企业如同进口原材料的加工和组装车间。

表3 我国医疗器械的生产分析举例产品材料来源可吸收缝合线PLGA（乳酸-羟基乙酸共聚物），PLA（聚乳酸）大部分进口或进口原料后加工骨钉PLGA，PLA绝大部分进口冠脉支架支架：不锈钢/钴铬合金进口或进口管材加工涂层：高分子大部分进口导丝：不锈钢进口导管：聚氯乙烯进口球囊：尼龙进口药物：雷帕霉素/紫杉醇国产血液透析器中空纤维：聚醚砜/聚砜进口或进口原料后纺丝外壳：聚碳酸酯进口或进口原料加工粘合剂——高分子进口我国生物医用材料的生产现状是由多方面原因造成的。

首先就是政策方面的因素。

目前国家对生物医用材料十分重视，但是主要的重点依然在科研上，对科研的扶持力度非常大；而对于生产来说，现在的扶持还是着眼于经费支持。

但是，生物医用材料从科研到生产，周期长，投入大、见效慢，是与企业追求利润最大化的目标不一致的。

这种情况下，利用政策倾斜的方式来扶持就比直接给予有限的经费支持更为有效。