顾忠伟是国家生物医学材料工程技术研究中心（四川大学）主任，同时也是国家重点基础研究发展计划（国家973计划）“生物材料”项目首席科学家（连续三届：1999-2015年），在三十多年的生物医用材料，特别是生物医用高分子材料的研究生涯中，他一直试图在科研、技术和产业之间，搭起一座持续创新的桥梁。
生物医用材料的新时代正在来临
心血管系统修复材料和器械的使用，使美国心脏病死亡率从1950年到2001年下降了近60%；造影剂及造影技术的发展，使美国恶性肿瘤的死亡率由1990年每10万人的33.3人降低至2000年的27.1人；全球上千万人依靠植入人工关节恢复了行动能力；每年因白内障植入眼内镜复明的患者已逾1000万……
这些数字的背后，都不得不提到一种特殊的材料――生物医用材料，它的广泛应用挽救了无数人的生命。
上世纪90年代以来，随着材料科学与技术、现代细胞生物学和分子生物学的进展，加之医学进展和需求的驱动，传统的无生命的医用金属、高分子、生物陶瓷等常规材料已不能满足临床应用要求。
而正在到来的是这样一个崭新的时代：应用生物学原理和生物技术，赋予材料生物结构和生物功能，特别是生物功能，充分调动人体自我康复的能力，重建或再生被损坏的组织、器官或恢复和增进其功能，实现病变或缺损组织、器官的永久康复。
顾忠伟这样给我们描述着当代生物医用材料的发展。
在他的描述中，我们知道了现代医学的进步与生物材料的发展密不可分，尤其是当代医学正在向再生和重建被损坏的人体组织和器官、恢复和增进人体功能、个性化和微创治疗等方向发展。材料科学与技术、细胞生物学和分子生物学的进展深化了材料和植入体与机体间相互作用的认识，加之医学进展和需求的驱动，使生物医用材料成了保障人类健康的必需品，其应用不仅挽救了数以千万计人的生命，提高了生命质量，且对医疗技术和保健系统的革新、降低医疗费用也具有引导作用。
另一方面，发展生物医用材料科学与产业不仅是社会、经济发展的迫切需求，而且对国防事业以及国家安全也具有重要意义，正如美国制定的“21世纪美国陆军战略技术”报告中指出：生物技术是未来30年增强战斗力的最有希望的技术，而生物医用材料是其重要组成部分。
为此，各国竞相关注，纷纷加大投入力度，争夺生物医用材料科学与产业发展的制高点。我国政府也十分重视生物医用材料科学与产业的发展，长期以来给予了极大的关心和支持：自“六五”国家自然科学基金资助以来，973计划曾4次立项，重大科学研究计划以及863计划也给予了大力支持，特别是国家发改委对生物医用材料产业化极大的关注和支持。2005年年底，国务院颁布的《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006─2020年）》把生物医用材料列入“重点领域及其优先主题”，为奠定和发展我国生物医用材料科学与产业，并在国际上占有重要地位做出了重要贡献。
所有这一切都预示着，生物医用材料的新时代正在来临，谁占领了这项技术的制高点，谁就将赢得未来。
以创新打破西方技术封锁
生物医用材料是高技术材料市场中技术附加值最高的材料，出于商业利益，发达国家对其关键技术的封锁，不亚于国防产业。
顾忠伟坦言：“我国生物医用材料及制品产业当前还比较薄弱，中国科学家必须携手努力，依靠自己的力量，打破发达国家对生物材料关键技术如同国防行业一般的严密封锁。只有建立起扎实的科学技术基础，才能振兴和发展我国现代生物医用材料产业，使我国在未来世界经济这一支柱产业中占有一席之地。”
为形成和持续发展我国高技术生物医用材料和制品产业，必须突破关键技术，为此必须建立自己的科学技术基础。特别是在我国高技术生物医用材料和制品市场基本为进口品所占据的情况下，为振兴和发展我国现代生物医用材料产业，实现跨越式发展，必须立足于科学和技术发展的方向和前沿，从战略储备出发加强基础和应用基础研究，突破关键技术，建立自己的科学技术基础，提升自主创新能力和整体综合实力。
早在上世纪70年代初，以北京大学冯新德院士、南开大学何炳林院士等为首的老一批高分子材料科学家就开创了我国现代生物材料研究，其领域主要集中于生物医用高分子。1978年，顾忠伟成为“”后的第一批研究生，在北京大学师从冯新德院士学习生物医用高分子材料。此后30多年里，他一直从事生物医用高分子的基础和应用基础研究，着重于高分子多层次结构的调控与药物/基因传递、控释等生物医学功能构筑关系与规律的研究。主持并完成国家和部省级项目等30余项，连续三次担任国家973生物医用材料项目首席科学家（1999-2004，2005-2010，2011-2015）。
顾忠伟说，他的研究重点涉及：生物医用高分子的分子设计与可控制备；自组装生物材料及纳米生物材料与软纳米技术；生物感知与仿生药物/基因传递系统。
综合起来，顾忠伟取得的突破性创新成果主要有：
――发现了脂肪族聚酯类高分子降解的规律，建立了定量的降解动力学模型；发明了调控聚酯类高分子的分子结构/链结构/聚集态结构的系列方法，构建了生物医学新功能。
顾忠伟开创性地提出了从聚酯共聚物的分子结构、链结构两个层次上进行调控的思路，建立了在络合负离子“活”性共聚合反应中同步实现链结构及分子量的精确调控方法，构筑了恒速释药功能，突破了生物降解高分子基质型载药系统以往无法实现长效恒速释药的传统观念，成功地研发了6个月/两年恒速释药的生物降解长效避孕针/皮下埋植剂，获国家计生委“七五”、“八五”科技攻关成果三等奖。
顾忠伟还建立了调控高分子聚集态结构而有效提高载药胶束稳定性的方法；解决了光敏剂高分子化导致其光动力治疗功效降低的关键难题；攻克了靶向、跨膜、DNA释放、高转染等多重瓶颈，研发了新型仿病毒基因传递系统。
上述研究成果对于加深认识高分子多层次结构及其调控方法与生物医学功能构筑的关系和规律，促进生物医用高分子的发展具有重大科学与技术意义。
――提出了定量调控肽类树状大分子功能团结构/聚集态结构以构筑生物医学多功能的新思路，建立了高代数肽类树状大分子可控合成及其结构调控的新方法。
顾忠伟开创了肽类树状大分子与线性多肽的协同自组装研究，于国际上率先发现了特定结构的线型多肽可调控肽类树状大分子聚集态结构而发生“协同自组装”现象，确证了由分子间弱相互作用形成二级结构，并驱动组装基元形成多层结构肽类组装体。这种基于肽类树状大分子组装体不仅能够构筑弱酸环境下可触发解组装的高效低毒的抗肿瘤药物控释系统，而且能携带DNA高效转染细胞，使低代数肽类树状大分子首次成为高效基因载体。
在生物医用高分子科学前沿的新一代肽类树状大分子的研究方向上，顾忠伟在可控合成、结构调控、新功能与多功能构筑等方面，做了一系列开创性工作，为发展生物医用肽类树状大分子做出了突出贡献。
这些成果在国内外都有较大的学术影响，对我国生物医用高分子新兴学科的形成和发展做出了突出贡献。顾忠伟本人也获得国际生物材料科学与工程学会联合会（IUSBSE）终身荣誉称号“生物材料科学与工程 Fellow”、英国皇家工程院杰出访问会士奖（Distinguished Visiting Fellowship award）。
建设我国生物医用材料的“西点军校”
科技资源的战略重组和系统优化将促进全社会科技资源的高效配置和综合利用，极大提高创新能力，其关键在于实施重大科技创新平台的建设。2005年，中国第一个国家级生物医用材料研究开发机构―――国家生物医学材料工程技术研究中心，在四川大学举行正式挂牌仪式，顾忠伟任中心主任。
国家生物医学材料工程技术研究中心是在张兴栋院士的领导下的四川大学生物材料工程研究中心的基础上于2000年经国家科技部批准组建的，2004年正式通过验收，如今成为我国第一个开放性国家级生物医学材料专业研发机构，意味着它将集科、工、贸、产、学、研为一体，是结合研究工作特点的按市场经济规律运作的股份制法人实体。
当时有相关专家称，该中心是我国生物医用材料科学基础和应用研究、教育及工程化技术成果孵化的重要基地，将成为我国生物医用材料的“西点军校”。而作为“校长”的顾忠伟却没有沉浸在畅想里，他对接下来的工作的艰巨性有着清醒的认识：从“仅几个教授、十来个学生”的现状到成为生物医用材料工程与技术的科技创新平台，无疑有很长的路要走。
如今，九年过去了，中心的发展成果是有目共睹的。在2007年及2011年科技部对全国百余家国家工程技术研究中心运行评估中连续两次获评优秀，2011年获“十一五”国家科技计划执行优秀团队奖表彰。在国家“973”、“863”、科技攻关和支撑计划、自然科学基金、国际科技合作等近百项国家级和省部级科研项目的支持下，中心取得了一系列标志性创新研究成果。例如：发现并确证Ca-P生物材料的骨诱导作用，初步建立生物材料骨诱导理论，并已拓展到材料对非骨组织诱导性研究；开拓和发展了一系列新型多功能纳米生物材料及其生物感知型药物/基因传递系统，揭示了高分子多层次结构及其调控方法与生物医学功能构筑的关系和规律；开创了肽类树状大分子与线性多肽的协同自组装研究，发现了特定结构的线型多肽可调控肽类树状大分子聚集态结构而发生“协同自组装”，并构建了基于低代数肽类树状大分子的高效基因载体；功能纳米生物（复合）材料及磁共振分子探针研究取得重大发现；生物活性涂层表面改性的研发成果促进了人工关节等行业技术升级；中心所属研究所在材料表面抗凝血改性及血管支架和人工心瓣膜的研发具有独创性并接近临床应用。
中心在国内外核心期刊已近900余篇，其中SCI收录700余篇，编著20余部；先后获包括国家自然科学奖二等奖、国家科技进步奖二等奖等国家和部省科技奖10余项；国家食品药品监督管理局颁发的III类医疗器械产品注册证7个；已授权发明专利30余项；为国家医疗器械行业制定国家标准4项、行业标准3项；已转移部分技术组建2亿投资的产业化基地。
作为国家级的生物医学材料工程与技术研究中心、国家973计划“生物材料”项目首席科学家所在单位，依托“生物医学工程”国家一级重点学科，同时也作为中国生物材料学会、中国材料研究学会生物医用材料分会以及四川省生物医学工程学会的挂靠单位，中心在国内外生物材料领域具有举足轻重的地位，并越来越彰显其引领作用。
中心现拥有一支以国际著名生物材料专家为学术带头人、中青年为骨干，涉及理工医等学科的多学科深交叉、结构合理的创新型研发团队。中心在职员工百余人，包括工程院院士1人、教授（研究员）17人，国家“973”首席科学家1人，享受国务院政府特殊津贴3人，四川省学术和技术带头人1人；所有科研人员都具有国外学习及工作的经历。此外，中心汇聚了众多国内外学界领袖，可谓群英荟萃、“星”光闪耀。中心聘请了师昌绪院士、卓仁禧院士、沈家骢院士、梁智仁院士等中科院/工程院院士，以及W.Bonfield教授、Jindrich （Henry） Kopecek教授、C.J. Kirkpatrick教授等20多位国内外著名的专家、院士为名誉教授、客座教授和兼职教授。
中心开展了广泛的国际交流与合作，与英、日、美、澳大利亚、荷兰、韩国等10多个国家的著名大学及科研机构签订了正式的科学研究与教育合作协议，并建立了广泛的信息交流和人员互访关系，已成为重要的生物材料国内外学术交流中心。2009年被科技部授予“生物医用材料国际科技合作与交流基地”。中心连年主办或参与主办了一系列生物材料领域的国内外学术会议：发起组织了两年一次的亚洲生物材料大会、中欧生物材料大会，以及每年一次的中日生物材料学术研讨会；主办了第19次国际生物陶瓷学会年会；特别是挂靠于中心的中国生物材料学会成功地赢得第九次世界生物材料大会在中国成都的主办权（2012年，四川成都），为我国争得了荣誉，中心张兴栋院士出任大会主席。
如今，国家生物医学材料工程技术研究中心正在发展成为一个在国际生物材料科学与工程领域有重要影响、与国际前沿同步及某些方面领先、国内综合实力处于领先地位、能够承担国家重大科研计划并解决本领域的重大关键科学问题的创新型研究群体，以及多学科交叉创新型高素质专业人才培养的国家级重要基地及科技成果孵化/转化中心，为提升我国生物材料科学与工程进入国际最前沿发挥核心作用，为我国高技术生物医用材料前沿产业的形成及持续发展，满足和保障国民健康需求和社会、经济及国防事业发展做出显著贡献。
搭建从科技通往产业的桥梁
科技的最终目的是造福人类。科学研究的一个完美方式，是把上游的基础研究和下游的具体应用紧密连接起来。
和很多高新技术研究者一样，在顾忠伟的创新链条上，技术突破似乎从来都不是最难的一环，最具挑战的事情是，怎样才能把技术转化为应用，进而形成产业。因为他始终认为，高技术研究成果只有开发为产品进入市场、服务民众，才能体现其真正的价值。所以，搭建从科技通往产业的桥梁，便成了他心中始终紧绷的一根弦。
伴随着临床的成功应用，一个生物医用材料及制品产业已经形成，它不但是整个医疗器械（生物医学工程）产业的基础，而且是世界经济中最有生气的朝阳产业。90年代后期全球的生物医用材料和医疗器械市场以每年10%～15%的速度快速增长。即使在当今全球经济低迷的大环境下，生物材料和医疗器械也是少数几个保持高增长的产业之一，充分体现了生物材料具有强大的生命力和广阔的发展前景。可以说，生物材料是世界经济中最有生气的朝阳产业。
在我国，医疗器械产业近10年来虽以高达15%～18%的年增长率持续增长，但国产产品所占世界市场份额却不到3%。就2006年而言，我国医疗器械产业的销售额约99亿美元，其中生物医用材料及医用植入器械等制品产业仅17亿美元，这与我国13亿人口对生物医用材料及其制品的巨大需求极不相符。进口产品的大量涌入迅速占领我国市场，昂贵的价格不仅沉重地增加了人民和政府医疗费用的负担，且民族产业的发展面临严峻挑战，有可能丧失我国在未来世界经济这一支柱产业中的应有之地。因此，发展生物医用材料产业，已是我国社会、经济和国家安全事业发展的迫切需求，特别是满足全民保健，建立稳定、和谐小康社会的迫切需求。
经济新常态背景下，科学技术的创新发展促使我国生物医学材料与产业迈进了崭新的时代，传统生物医学材料已逐渐走向没落，新型生物医学材料与产业已成为新常态时代我国经济发展的新引擎，构建高速成长的生物医学产业发展新途径至关重要。当前，新型生物医学材料层出不穷，其产业体系建设也日趋走向完备，不仅为人类有效治愈重大疾病提供了更多可能性，而且为人类健康生活保驾护航。本文从我国新型生物医药材料的发展概况入手，在考察生物医药产业发展现状的基础上，从技术与政策两方面探索创新我国新型生物医学材料及产业发展的必由之路。
一、我国新型生物医学材料及产业概述
从全球科技领域的发展来看，生物医学材料专指那些能够应用于人体组织的特殊高科技材料，其具有下述功能：如诊断疾病、治疗疾病、外科修复人体组织或进行理疗复健、置换人体组织或器官等等，在一定程度上还能够强化人体组织或器官的原有功能，是生命与材料科学发展的必然产物。一直以来，我国都将新型生物医学材料研究与开发视为具有高附加值、节能环保、能够拉动经济增长的朝阳产业，尤其是2012年以后，第九届世界生物材料大会在我国召开预示着我国生物医学材料建设已经迈入了世界领先发展的行列。当前，我国的新型生物医学材料主要集中在通过合成的方式构建的各种生物医学材料上，如天然高分子材料、生物合金材料、生物陶瓷等等多种复合材料，而生物医学衍生物也凭借其与自然人体组织有相似性的特点跃为生物医学材料中的重要组成部分。在我国，新型生物医学材料的市场需求极为庞大，使用者人数众多，广泛的市场前景推动了生物医学材料研发与营销力度，基于此，我国新型生物医学材料产业的崛起也已成为必然趋势。
二、我国新型生物医学材料及产业发展现状
从国内需求来看，人类对健康身体与高质量生活体验的追求一直未曾停歇，新型生物医学材料凭借其对人体组织或器官的智能化、功能化改善或替换等优势，在临床实践中得到了全面而广泛的使用。尤其是伴随我国人口老龄化时代的到来，近2亿的老龄人口对新型生物医学材料有着巨大的需求；在我国，因各种原因而发生身体创伤的人数每年超过数百万，这部分人群也属于新型生物医学材料的需求人群。因此，自2000年以后，我国新型生物医学材料产业销售逐渐出现大幅度的井喷式增长，以2013年为例，该产业销售额达1200亿美元，这一数据相当于2008年全球新型生物医学材料的产值，销售额增幅维持27%的高速增长。自2014年以来，我国新型生物医学材料的产业规模仍在迅速扩张，并已构建出长三角、珠三角、环渤海三个生物医学材料产业集群区域。从国内外市场竞争来看，我国国内对新型生物医学材料的研制与开发起步远远落后于欧美等国，生物医学材料这一交叉学科的研究基础是非常薄弱的。从学科自身特点看，新型生物医学材料作为一种高技术附加值的产业，其材料产品研发的知识成本高达总成本的70%，受知识产权保护与专业技术壁垒的影响，很多新型生物医学材料的研发仍落后于西方发达国家，技术水平较高的生物医学材料还需从国外进口使用。近年来，以强生等公司为代表的跨国公司在我国新型生物医学材料产业发展中不断推进实施并购战略，这些跨国公司凭借其产业集群发展较为集中的优势，掌握了我国国内市场的部分生产、销售份额。我国新型生物医学材料产业虽然有了较大发展，但仍处于外资跨国公司等强敌环视的不利地位，产业突围还需要不断努力。面对上述现状，考虑到生物医学材料的高技术附加值特点，单个生物医学材料企业单打独斗的研发、销售过程必然会遇到重重困难，我国新型生物医学材料及产业必须依托区域经济发展，走产业集群发展模式，才能在未来生物医药材料国内国际的激烈竞争中占据有利地位。
三、我国新型生物医学材料及产业发展创新研究
我国新型生物医学材料及产业的发展已从原有的分散、低水平研发逐渐转型为集中发展、重视技术创新、自主研发的产业发展方向上，在推动我国经济发展新常态方面成效显著。新型生物医学材料及产业的培育与塑造离不开产业发展的良好环境支持与技术支持，本文从技术创新与政策助力两个角度，探讨我国新型生物医学材料及产业发展的创新路径。
1.我国新型生物医学材料及产业发展创新的技术路径。
1.1产学研协作，推进技术创新。生物医学材料产业集群发展之路仅仅依靠生物医药材料企业自身是不可能实现的，而生物医药材料的技术创新又面临着学科交叉复杂，新型材料研发周期长，耗资巨大，对知识技术要求较高等问题，这就需要对我国国内新型生物医学材料所涉及到的各种资源进行充分整合，通过产学研协作开发方式，优势互补，推进生物医学材料的技术创新。当前，可以利用现有我国国内生物医学材料及产业的功能体系，为其技术研发提供优质环境。如整合高等院校、科研机构以及生物医学材料企业自身的现有资源，积极开展协作创新，在新型生物医学材料的研发方面共同进步，期待收获。近年来，国内部分知名高校已成为推动新型生物医学材料技术创新的生力军，各大高校在新型生物医学材料领域的研究均有不同程度的突破，清华大学、武汉理工大学、四川大学等院校均凭借其在新型生物医学材料研究方面的出色表现而荣获国家自然科学奖、国家科技进步奖等重要奖项，将这些研究成果转化为生产力，加快合作下的产业园区建设，实施产学研协作策略，对我国新型生物医药材料及产业的技术创新将起到重要的推动作用。
1.2完善技术引进，加强模仿创新。近年来，我国新型生物医学材料及产业虽然有了突飞猛进的发展，但是对于生物医学材料这种知识密集型产业而言，我国该产业目前的发展仍与西方发达国家有显著差距，尤其在一些高端生物医学材料产品制造方面。基于此，我国当务之急应认清生物医学材料及产业发展的实际情况，在完善国外技术引进的基础上，通过模仿创新谋求更大发展。这不仅符合我国新型生物医学材料技术薄弱，自主研发的核心能力差的当前国情，而且有利于我国生物医学材料企业或科研单位对引进的行业高端技术进行分析研究，尽快获得其技术的核心要素，加以改良创新以提升自身技术水平。这种通过技术引进而开展模仿创新的新型生物医学材料及产业发展的方式，并不是完全照搬照抄西方先进技术，而是立足于我国生物医药材料发展实际，对引进的先进技术进行本土化、中国化的消化吸收，为我国新型生物医学材料及产业的技术成熟、技术创新奠定坚实的基础。
1.3确定发展重点，促进技术成果转化创新。我国新型生物医学材料及产业的发展过程中一直存在技术水平低、重复研究现象普遍的突出问题，这要求无论是我国政府，还是生物医学材料企业，都应该确定新型生物医学材料及产业未来发展的方向，合理定位，明确发展重点，才能有效集中我国生物产业研发的优势资源，有的放矢，通过自主研发、创新实现并促进新型生物医学材料技术成果的转化。通过对当前国际生物医学材料及产业的发展趋势研究，我国新型生物医学材料及产业的技术创新与发展重点应该集中在再生生物医学材料与智能化生物医学材料方面，尤其是建立在干细胞、生物材料基础上的可供置换或移植的生物器官、组织等材料等研发，这些材料在未来新型生物医学材料及产业市场上前景广阔。
2.我国新型生物医学材料及产业发展创新的政策路径。
2.1转变政府对医学材料及产业的管理方式。实践中，政府部门对新型生物医学材料及产业的支持和管理对产业的创新发展至关重要。政府通过行政管理的方式，引导、支持生物医学材料及产业向集群化运作，通过资源整合与调配，协调企业与科研机构、高校之间的优势互补研发的关系，并通过健全生物医学材料行业法律法规、市场准入条件与技术标准等方式，维护生物医学材料及产业市场良性运转；政府对新型生物医学材料及产业研发的资金支持更是该产业创新发展的源泉所在。但我国政府对新型生物医学材料及产业的管理方式仍存在多头管理、条块分割等突出问题，不利于生物医学材料企业突破传统谋求发展。基于此，我国政府应积极转变生物医药材料及产业管理的方式，利用互联网信息化发展的优势，构建大生物医药材料产业理念，改革传统组织体制，深化产业融合度，建设区域化生物医学材料及产业协调发展的政府管理体制。
2.2引进高端人才带动产业发展。如前所述，新型生物医学材料及产业的发展关键在于技术创新，而技术创新水平与程度则取决于我国新型生物医学材料的研究开发人才。对我国生物工程的当前发展而言，人才的匮乏已成为制约生物学、材料学发展的主要因素。因此，我国应立足于现有高等院校与研究所等人才培养机构，注重新生代生物医学材料人才的发觉与培养；同时，还应注重对高端精英人才的引进，通过开辟渠道、整合资源等多种方式，加大对生物医学材料实验室与研究的基地的投资力度，吸收更多的有识之士加入到我国新型生物医学材料及产业的建设中来。
2.3创新驱动引领生物医学材料产业集聚效应。生物医学材料及产业发展离不开产业上、下游相关行业及环境的大力支持，纵观国际上生物医学材料较为发达成熟的跨国公司发展历史，产业高度集聚无疑是其发展的必由之路。另外，通过技术创新拓展新型生物医学材料产品的品种，淘汰单一产品生产企业，而推行多种产品并行开发销售的战略决策，也是生物医学材料产业得以发展壮大的关键所在。基于此，我国政府应立足于当前新型生物医学材料及产业的发展现状，通过政策引导与规划，不断扩大新型生物医学材料产业集群的规模，在现有产业集聚领域的基础上，进一步构建高端生物医学材料产业园，以品牌生物医药材料产品为主要发展方向，建设产业集聚效应明显、产业特色鲜明、信息资源融通的多个新型生物医学材料产业集群。
2.4政策导向促进生物医药产业科学发展。十二五规划中，新型生物医学材料及其产业发展就被作为新兴产业而纳入到我国政府重点培育的项目工程，随着新型生物医学材料及产业对我国经济发展影响力的增强，我国政府开始从政策角度入手，单独制定了《新材料产业“十二五”发展规划》、《生物产业发展规划》等重要文件，着力主导新型生物医学材料及产业的发展方向与发展趋势，对该产业的资金支持力度也由十一五规划中的4亿元投入提升到十二五规划中的5.1亿元的投入，十三五规划中国家无疑将继续增加对新型生物医学材料及产业的资金支持力度，我国新型生物医学材料及产业发展的关键机遇时期已经到来。另外，在产学研协作、科技创新与人才引进等方面，都离不开政府的大力引导与支持，我国新型生物医学材料及产业将走上良性循环的发展之路。
四、结语
生物医药科技的发展将给人类健康生活提供新保障，从无生命的生物医学材料发展到有生命的生物人体组织，无不彰显着生物医药科技的进步与创新带来的巨大力量。由此可见，未来我国生物医学产业的飞速发展必将成为经济变革的重要推助力。在推动生物医学工程不断前进的过程中，必须明确未来我国生物医学材料发展战略与发展方向，以解决人民群众医疗保健需求为根本目标，走科技创新融合与生物医药产业集群发展之路，注重政府、医药企业与研究机构等多方组织的协同共建与资源整合，以此构建我国生物医学材料及产业的成熟体系。
参考文献：
[1]梅梅,吕鹏辉.我国生物医学材料产业科技成果计量分析[J]中华医学图书情报杂志.2012(1).
[2]本刊通讯员.新型生物材料及其与再生医学交叉的前沿[J]中国材料进展.2012(6).
前言
三维打印（Three Dimension Printing，简称3DP）属于一种快速成型（Rapid Prototyping，简称RP）技术，它由计算机辅助设计（CAD）数据通过成型设备以材料逐层堆积的方式实现实体成型。“三维打印”在技术界也叫“增材制造”、“自由成形”、“快速成形”或“分层制造”等[1]。三维打印起源可追溯于上世纪八十年代，1984年查尔斯・赫尔发明了将数字资源打印成三维立体模型的技术，并于1986年成立了3D Systems公司，开发了第一台商用立体光敏3D打印机，1988年，斯科特・克伦普发明了熔融沉积成型技术（FDM）并于1989年成立了Stratasys公司，随后在2012年合并以色列3D打印公司Objet。3D Systems和Objet是目前世界上最大、最先进的两家3D打印公司。我国清华大学颜永年教授于1988开始研究3D打印成型技术，华中科技大学王运赣教授以及西安交通大学卢秉恒院士等，纷纷于上世纪90年代起就开始涉足3D打印成型技术的研究。
1998年，清华大学的颜永年教授又将3D打印成型技术引入生命科学领域，提出生物制造工程学科概念和框架，并于2001年研制出用于生物材料快速成型的3D打印设备，为制造科学提出了一个新的发展方向--生物制造。生物制造的一个重要手段即是生物3D打印。生物三维打印是以活细胞（living cells）、生物活性因子（proteins and bio-molecules）及生物材料 （biomaterials）为基本成形单元，设计制造具有生物活性的人工器官、植入物或细胞三维结构，是制造科学与生物医学交叉融合的新兴学科，它是目前3D打印技术研究的最前沿领域，也是3D打印技术中最具活力和发展前景的方向[2，3]。
1 3D打印技术的分类
目前比较典型的3D打印快速成形技术主要分为三种[4]：
1.1 粉末粘结3D打印光固化材料3D打印与熔融材料3D打印
粉末粘结3D打印是目前应用最为广泛的3D打印技术，其工艺过程如下：首先，在工作平台上均匀铺洒单位厚度的粉末材料；其次，依据实体模型离散层面的数字信息将粘结剂喷射到粉末材料上，使粉末材料粘结，形成单位实体截面层；再次，将工作台下降一个单位层厚；最后，重复第一步至第三步，逐层堆砌，形成三维打印产品。其存在缺点是，通过粉末粘连成形的零件精度和强度偏低，一般需要后续工艺提高其强度，但后续处理工艺会导致零件体积收缩，变形严重。
1.2 光固化3D打印（光敏三维打印）
该技术使用液态光敏树脂作为原料制作零件模型，光敏材料三维打印成形基于喷射成形技术和光固化成形技术，喷头沿X方向往复运动，根据零件的截面形状，选择性喷射光固化实体材料和光固化支撑材料形成截面轮廓，在紫外光照射下光固化材料边打印边固化，层层堆积至制件成形完毕。但其应用于骨骼类产品打印的主要缺点是，当前具有生物活性的骨骼类材料如羟基磷灰石，生物玻璃等材料自身不是光敏性材料，需与光敏材料混合使用，因此影响产品的生物活性在打印后将受到很大影响。
1.3 熔融材料3D打印成形
熔融材料三维打印成形基于熔融涂覆成形（FDM）专利技术，分别加热两种丝状热塑性材料至熔融态，根据零件截面形状，选择性涂覆实体材料和支撑材料形成截面轮廓，并迅速冷却固化，层层堆积至制件成形完毕，其原理与光敏材料3D打印成形类似 [16]。目前熔融材料三维打印成形，可采用由磷灰石和骨骼所需的有机盐配置而成的骨水泥，不需要额外添加紫外光照射固化所需的光敏介质，有利于保证材料后续的生物相容性和生物活性。但由于挤压式喷头的喷嘴处压力大，容易造成阻塞现象，因此对喷嘴和材料浆料的粒径要求较高。
除三维打印外，应用比较广泛的商业化快速成形工艺还包括立体光刻成形（SLA）、选择性激光烧结成形（SLS）堆叠、实体制造（LOM）、熔融堆积成形（FDM）等，但这些工艺大多需要配备价格昂贵的激光辅助系统，且成型工艺实质上还是类似于上述三种材料叠加-固化技术。因此，三维打印技术被认为是最具生命力的快速成形技术，发展潜力巨大，在医学中的应用前景广阔，其推广应用将对传统的医疗产品生产模式带来颠覆性的影响。
2 三维仿生重构建模技术的发展
基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D打印技术的重要研究内容之一。3D打印生物构件的实现首先需要在计算机环境下有效重构和建模，生成可用于驱动打印喷头的指令数据进而操控成型设备实现产品成型。随着医学影像技术的发展，人体组织的二维断层图像数据可以方便地获取以进行医学诊断和治疗。但是，二维断层图像只是表达了某一截面的解剖信息，医生可以凭经验由多幅二维图像去估计病灶的大小及形状，“构思”病灶与其周围组织的三维几何关系，可三维打印设备却无法根据这些断点数据进行立体三维成型，因此，基于医学图像的三维重构建模技术是生物3D打印技术的重要前驱步骤。
由于CT或MRI等检测设备扫描得到的二维图像信息不能直接用于快速成型，只有通过专用软件将二维断层图像序列重建为三维虚拟模型，并生成为快速成型机可以接受的STL（Stereo Lithography）格式图形文件，才能最终制造出生物产品三维实体模型。近十多年来，欧美等发达国家的科研机构对于医学图像三维重建的研究十分活跃，其技术水平正从后处理向实时跟踪和交互处理发展，并且已经将超级计算机、光纤高速网、高性能工作站和虚拟现实结合起来，代表着这一技术领域未来的发展方向。
在市场应用领域，国外已经研制了三维医学影像处理的商品化系统，其中，比较典型的有比利时Materialise公司的Mimics、美国Able Software公司的3D.Doctor和VGstudio MAX。在国内，中国科学院自动化研究所医学影像研究室自主开发的3D Med是基于普通微机的三维医学影像处理与分析系统，系统能够接收CT、MRI等主要医疗影像设备的图像数据，具有数据获取、数据管理、二维读片、距离测量、图像分割以及三维重建等功能。清华大学计算机系研发的人体断面解剖图像三维重构系统能给外科手术中的影像诊断提供一定的参考。中国科技大学在应用Delphi开发三维重构软件的研究上取得了很好的成果。国内企业也研发了一些三维医学影像处理系统。如西安盈谷科技有限公司“AccuRad TM pro 3D高级图像处理软件”于2005年4月投入市场。它能对二维医学图像进行快速的三维重建，并能对临床影像的数据进行科学有效的可视化和智能化挖掘和处理，为临床提供更多有价值的信息。但目前国外优秀软件如Mimics、3D Doctor、VGStudio MaX等的价格非常昂贵，且其技术严格保密。国内的产品大多没有自主知识产权和成熟的商业应用模式。
3 3D打印技术在生物医学工程中的应用
3D打印技术在生物医学工程中应用广泛，其应用领域大致包括：体外器官模型、仿生模型制造；手术导板、假肢设计；个性化植入体制造；组织工程支架制造；生物活体器件构建以及器官打印；药物筛选生物模型等。如图1所示为3D打印在生物医学工程中的各种应用情况[5-7]。
3.1 体外器官模型、仿生模型制造。该类应用主要用于医疗诊断和外科手术策划，它能有效地提高诊断和手术水平，缩短时间、节省费用。便于医生、患者之间的沟通，为诊断和治疗提供了直观、能触摸的信息，从而使手术者之间、医生和病人之间的交流更加方便。
3.2 手术导板、假肢设计。该类应用便于订制精确的个性化假体，实现个性化医疗需求。根据患者缺损组织数据量身订制的假肢，可提高假肢设计的精确性，提高手术精确度，确保患者的功能恢复，减少患者的痛苦。
3.3 个性化植入体制造。人体许多部位的受损组织，需要个性化定制。如人类面部颌骨（包括上下颌骨） 形态复杂， 极富个性特征， 形成了个体间千差万别的面貌特点。人类的头颅骨，需要准确与颅内大脑等软组织精确匹配扣合，人体的下肢骨、脊柱骨等会严重影响患者今后的步态及功能恢复。因此这类修复体可通过3D打印技术实现个性化订制和精确 “克隆”受损组织部位和形状。
3.4 组织工程支架制造。如通过3D打印技术设计和制备具有与天然骨类似的材料组分和三维贯通微孔结构，使之高度仿生天然骨组织结构和形态学特征，赋予组织工程支架高度的生物活性和骨修复能力。
3.5 生物活体器件构建以及器官打印。此方面的应用大多涉及活体细胞的生物3D打印技术。细胞三维结构体的3D构建可以通过活细胞及其外基质材料的打印构建活体生物器件。如英国赫瑞瓦特大学和一家干细胞技术公司合作，首次将3D打印拓展到人类胚胎干细胞范围。这一突破使得利用人类胚胎干细胞来“打造”移植用人体组织和器官成为可能。美国康奈尔大学研究人员最近在其发表的研究论文中称，他们利用牛耳细胞在3D打印机中打印出人造耳朵，可以用于先天畸形儿童的器官移植。
3.6 药物筛选生物模型。药物筛选指的是采用适当的方法，对可能作为药物使用的物质（采样）进行生物活性、药理作用及药用价值的评估过程。作为筛选，需要对不同化合物的生理活性做大规模横向比较，因此有研究人员指出通过3D打印技术，精确设计仿生组织药物病理作用模型，可以使人们开在短时间内大规模高通量筛选新型高效药物。最近，四川大学联合加州大学圣地亚哥分校等科研机构，通过3D打印技术设计了一款肝组织仿生结构药物解毒模型（如图1-c），该研究成果发表在最近一期的Nature Communications上，受到3D打印研究领域的广泛关注。
3D打印在生物医学工程中应用：（a）3D打印磷酸钙骨组织工程支架； （b）3D打印细胞、活体器官构件；（c）3D打印肝组织仿生结构药物解毒模型。
4 结束语
三维打印技术正处在蓬勃兴起的阶段，3D打印技术在生物医学工程中得到了广泛的应用，其应用以及发展现状表明：3D打印在体外器官模型、组织工程与再生医学、个性化医疗以及新药研发等方面展现出广阔的应用前景。抓住生物材料及植入器械的三维打印技术新一轮发展浪潮，发展我国生物三维打印技术，对发展我国生物材料医疗器械产业步入国际先进水平具有十分重要的意义。
参考文献
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目前，功能高分子材料的研究正在不断地加强和深入。一方面，对重要的功能高分子材料继续改进和推广，使它们的性能不断提高，应用范围不断扩大。另一方面，与人类自身密切相关、具有特殊功能的材料的研究也在不断加强，并且取得了一定的进展，总之功能高分子材料的应用范围正在逐渐扩展，必将对人们的生产和生活产生越来越大的影响。
一、功能高分子材料的介绍以及其研究现状
1.功能高分子材料的简介
功能高分子材料是指具有传递、转换或贮存物质、能量和信息作用的高分子及其复合材料，或具体地指在原有力学性能的基础上，还具有化学反应活性、光敏性、导电性、催化性、生物相容性、药理性、选择分离性、能量转换性、磁性等功能的高分子及其复合材料，通常也可简称为功能高分子，也可称为精细高分子或特种高分子。
2.功能高分子材料的研究现状
在原来高分子材料的基础上，可将功能高分子材料分为两类：一类是以改进其性能为目的的高功能高分子材料；另一类是为赋予其某种新功能的新型功能高分子材料。
2.1高功能高分子材料
2.1.1光功能高分子材料
光功能高分子材料是指能够对光进行透射、吸收、储存、转换的一类高分子材料，可制成各种透镜、棱镜、塑料光导纤维、塑料石英复合光导纤维、感光树脂、光固化涂料及黏合剂等。这类材料主要包括光记录材料、光导材料、光加工材料、光转换系统材料、光学用塑料、光导电用材料、光合作用材料、光显示用材料等。在光的作用下，实现对光的传输、吸收、贮存、转换的高分子材料即为光功能高分子材料
2.1.2生物医用高分子材料
生物医用高分子材料需要满足的基本条件：除具有医疗功能外，还要强调安全性，即要对人体健康无害。不会因与体液或血液接触而发生变化；对周围组织不会引起炎症反应；不会产生遗传毒性和致癌；不会产生免疫毒性；长期植入体内也应保持所需的拉伸强度和弹性等物理机械性能；具有良好的血液相容性；能经受必要的灭菌过程而不变形；易于加工成所需要的、复杂的形态。
2.1.3电功能高分子材料
导电高分子材料通常是指一类具有导电功能、电导率在10-6 S/cm以上的聚合物材料。这类高分子材料具有密度小、易加工、耐腐蚀、可大面积成膜，以及电导率可在绝缘体-半导体-金属态（10-9到105 S/cm）的范围里变化。按照材料结构和制备方法的不同可把导电高分子材料分为结构型（或本征型）导电高分子材料和复合型导电高分子材料两大类。
2.2新型功能高分子材料
2.2.1高吸水性高分子材料
高吸水性树脂是一种三维网络结构的新型功能高分子材料，它不溶于水而大量吸水膨胀形成高含水凝胶。高吸水性树脂的主要性能是具有吸水性和保水性。它可吸收自身重量数百倍至上千倍的水，自身含有强亲水性基团同时具有一定交联度。，此外，高吸水性树脂的保水性能极好，即使受压也不会渗水，而且具有吸收氨等臭气的功能。高吸水性树脂在石油、化工、轻工、建筑等部门被用作堵水剂、脱水剂、增粘剂、密封材料等；在农业上可以做土壤改良剂、保水剂、植物无土栽培材料、种子覆盖材料，并可用以改造沙漠，防止土壤流失等；在日常生活中，高吸水性树脂可用作吸水性抹布、餐巾、鞋垫、一次性尿布等。
2.2.2形状记忆功能高分子材料
形状记忆功能高分子材料 自19世纪80年现热致形状记忆高分子材料，人们开始广泛关注作为功能材料的一个分支——形状记忆功能高分子材料。形状记忆功能材料的特点是形状记忆性，它是一种能循环多次的可逆变化。即具有特定形状的聚合物受到外力作用，发生变形并被保持下来；一旦给予适当的条件（力、热、光、电、磁），就会恢复到原始状态。
2.2.3生物可降解高分子材料
生物降解高分子材料具有无毒、可生物降解及良好的生物相容性等优点，所以其应用领域非常广，市场潜力非常大 。高分子的降解主要是各种生物酶的水解，其中聚乳酸类高分子是已开发应用于生命科学新型生物可降解材料，生物降解高分子材料除了在包装、餐饮业、农业、医药领域的应用外，在一次性日用品、渔网具、尿布、卫生巾、化妆品、手套、鞋套、头套、桌布、园艺等多方面都存在着潜在的市场，有很好的发展前景。
二、新型高分子材料的应用
现代高分子材料是相对于传统材料如玻璃而言是后起的材料，但其发展的速度应用的广泛性却大大超越了传统材料。高分子材料不仅可以用于结构材料，也可以用于功能材料。
这些新型的高分子材料在人类的社会生活、医药卫生、工业生产和尖端技术等方方面面都有广泛的应用。在生物的医用材料界中研制出的一系列的改性聚碳酸亚丙酯 （PM-PPC）的新型高分子材料是腹壁缺损修复的高效材料；在工业污水的处理中，可以利用新型高分子材料的物理法除去油田中的污水；开发的苯乙烯、聚丙烯等热塑性树脂及聚酰亚胺等热固性树脂复合材料，这些材料比模量和比强度比金属还高，是国防、尖端技术等方面不可缺少的材料；同样，在药物的传递系统中应用新型的高分子材料，在包转材料中的应用，在药剂学中应用等等。
三、开发新型高分子材料的重要意义
从上世纪30年代高分子材料的出现开始到现代，世界工业科学不再只是满足与对基础高分子材料的开发研究，从90代开始，科学家们就将注意力转到了高智能的高分子材料的开发上。新型高分子材料的开发主要是集中在制造工艺的改进上，以提高产品的性能，减少环境的污染，节约资源。目前而言，合成树脂新品种、新牌号和专用树脂仍然层出不穷，以茂金属催化剂为代表的新一代聚烯烃催化剂开发仍然是高分子材料技术开发的热点之一。在开发新聚合方法方面，着重于阴离子活性聚合、基团转移聚合和微乳液聚合的丁业化。同时，也更加重视在降低和防止高分子材料生产和使用过程中造成的环境污染。新型高分子材料的开发，不但能够满足现代工业发展对于材料工业的高要求，更重要的是能够促进能源与资源的节约，减少环境的污染，提高生产的能力，体现现代科技的高速发展。加快高分子材料回收、再生技术的开发和推广应用，大力开展有利于保护环境的可降解高分子材料的研究开发。
四、结束语
材料是人类用来制造各种产品的物质，是人类生活和生产的物质基础，是一个国家工业发展的重要基础和标志。我国国民经济和高技术已进入高速发展时期，需要日益增多的高性能、廉价的高分子材料，环境保护则要求发展环境协调、高效益的高分子材料制备和改性新技术，实施高分子材料绿色工程。作为材料重要组成部分的高分子材料随着时代的发展，技术的进步，越来越能影响人类的生活，工业的进步。
参考文献
随着现代科学技术的不断进步，一种新型制造技术-3D打印技术得以形成，并且以其自身多样化的成型技术，在航空航天、能源油气、医疗生物以及高端珠宝等领域内发挥着重要的作用。一下就3D打印在医疗器械领域内的应用情况开展具体分析。
1 3D打印及生物打印技术简介
所谓3D打印，即人们常提到的“快速成型技术”，该项技术是基于材料堆积法之上所形成的一种创新型制造技术，与传统去除材料加工技术相比，更具独特性。就其原理来看，主要是以三维CAD数据为支持，在快速成型机的作用下将材料堆积成实体，从而实现快速成型。在不同的系统条件下，3D打印原理一致，但所应用的成型材料、成型原理以及系统状态存在一定差异，可以将其看作是立体化的打印机。
在3D打印中，生物3D打印是比^先进的技术形式，广泛应用于细胞打印、组织器官打印、手术器械打印等，其中，手术器械打印相对成熟，而活体组织打印的难度较大，需要保证结构的生物活性。但随着科学技术的发展，基于高分辨率纳米打印技术的基础上，DNA打印得以开发，若能够实现DNA芯片的大批次生产，势必能够为癌症、遗传性疾病以及肝炎等的诊断和预防提供可靠的依据，为医学的发展做出不可磨灭的贡献。
2 3D打印在医疗器械领域的应用现状
3D打印以其自身精准度高、个性化和复杂成型等特点，受到医疗器械领域的高度关注，甚至与医疗器械一次性、量身定做等要求相符合，因而3D打印的出现，在医疗器械领域内引发了一场革命，个性化手术工具则是3D打印在医疗器械领域得以应用的最鲜明特征。
个性化手术工具以手术导板为典型代表，常见的关节类导板、脊柱导板等，与此同时，导向定位导板的之多，能够促进放射剂量分布不均等问题，对于医学上肿瘤残留和疾病复发等问题的克服具有重要意义。基于的3D打印的个性化手术工具能够在一定程度上简化手术操作，实现精确化控制，在提高手术效率以及减少患者感染与并发症几率方面具有重要优势，受到医疗领域的广泛关注。
就个性化的植入物来看，3D打印个性化的骨科植入物假体是目前3D打印技术在医学领域中最成功技术之一。在骨外科中，骨病损状态是形式多样、千差万别的，因此用于骨缺损修复的植入物也只能是个体化的，必须“量体裁衣，度身定做”。3D打印除了用于骨科，在整复外科、口腔科、眼科也能发挥出独特的作用。2011年比利时和荷兰的科学家成功为一个83岁的女性植入了3D打印的下颌骨，该人工下颌骨仅比生理下颌骨重30克，手术历时4小时，比传统的手术节约近16小时，且患者功能恢复良好。Hasselt大学预计，在未来，为患者量身定制的各种植入物将被广泛使用。在不远的未来，定制化植入物将成为常态。
就可视化手术规划来看，良好的术前策划是手术成功的关键，特别对于风险较大的手术，或新开展的手术，抑或诊断尚不十分清晰的手术，术前策划尤为重要。3D打印为术前策划提供了比CT、核磁等更为直观的手段，方便医师进行术前手术模拟和手术策划。可视化手术规划不仅方便术前会诊，利于选择最佳手术方案，而且还为年轻医生的培训提供了直观有效的手段。
就活体人造器官打印来看，3D打印可应用到的领域非常广阔，而活体人造器官的3D打印已经超出了大多数人的想象。美国康奈尔大学3D打印出一种人造耳，可以植入牛的身体，与牛的细胞结合在一起；英国普林斯顿大学科学家已经成功制造出能够接收无线电波的仿生耳，未来的仿生耳有望能够听到真正的声音；英国爱丁堡赫瑞-瓦特大学专家研发出的3D打印技术，可以用胚胎干细胞，并成功制造出首个3D打印微型人体肝脏。具有生命特征的活性人造器官的3D打印的发展有赖于生物材料、干细胞、组织培养等多学科的科技突破，目前的成果表明在不远的将来急需器官移植的的病人有可能轻易获得肝脏、心脏和其他器官；人类这一期待已久的技术突破已经不是遥不可及了。
3 3D打印应用于医疗器械领域所面临的挑战
3D打印自身具有准确、高效的优势，以其独特的制造能力满足了医疗器械领域的个性化需求，为人工组织器官制造以及人工假体等方面的制造创造了有利条件。但就3D打印在医疗器械领域的实际应用情况来看，仍面临着诸多挑战。
第一，材料研发难度较大。3D打印的原材料具有一定特殊性，不仅能够实现液化、丝化和粉末化，还应当能够实现重新结合，以满足3D打印的诸多要求，保证医疗器械制造的精准度与有效性。以金属粉末为例，粒度分布、松装密度、流动性等都是影响3D打印效果的重要因素。而对于活体器官来说，所选用的材料应当有助于维持细胞活性与功能，以满足医学需求，降低各类风险的发生。由此可知，3D打印在医疗器械领域的应用面临着严峻形势，尤其是材料研发难度大，3D打印开发具有一定特殊性。
第二，应用成本较高。3D打印设备本身造价相对昂贵，日常维护费用偏高；3D打印机的研制还需要围绕材料的特殊要求进行；目前3D打印材料大多由快速成型设备厂家直接提供，尚未实现第三方供应材料的模式，从而，再一次推高了原材料的价格，给3D打印的进一步普及应用带来了困难。
第三，精度、效率方面还不尽人意。3D打印的精度受到材料、工艺、设备能力等多方面限制，难以实现高精度零部件直接面向产品的制造，仍需要后期其它加工模式的补充与配合；打印精度与速度之间存在严重冲突。因此，如何在保证产品的表面质量、力学和物理性能的基础上，实现快速制造是设备开发商应解决的问题。
第四，多种不同特性和不同功能材料的复合打印技术有待突破，特别是在医疗3D打印方面这一需求是显而易见的，例如金属与陶瓷的复合打印、金属或陶瓷与高分子材料的复合打印，软硬组织的复合打印，不同功能的活性组织在细胞级别的打印组装等等，相信这些近似科学幻想的追求在不远的将来都将有实现的可能。
4 结束语
总而言之，信息技术、数控技术以及材料技术等的发展进步，为制造领域的发展奠定了坚实的基础，3D打印在医疗器械领域的应用也更为广泛，尤其是该项技术在应用效率、成本控制和精准度等方面的不断完善，3D打印势必能够在医疗器械领域内开创新的局面。
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2生物医用高分子材料的表面修饰
生物医用材料一旦植人体内，就会遇到生物相容性间题，即生命体系与材料界面之间在分子水平和细胞水平上的相互作用。生命体系为含水体系，然而具有良好加工性能和力学性能的高分子材料往往具有较强的疏水性。因此，当这些材料与机体组织接触时，会产生较高的界面能。为了使材料的表面能降低，可采用等离子体辐射、电子束辐射、激光紫外辐射等技术处理高分子材料表面，从而在材料表面引人OH，COOH和CHO等极性基团，以降低材料表面水接触角，提高亲水性，使之更适用于医用目的(抗凝血材料、眼科材料和软组织接触材料等)。值得特别注意的是，会上多次报道了P认和PLAGA的表面处理，以改善其表面亲水性和细胞相容性，来满足组织工程的客观需要。
3合成高分子一生物高分子杂化材料
1.1背景、意义：
生物材料作为生命科学研究最为重要的一个领域，当今已引起越来越多材料界科学工作者和临床医生的兴趣，生物材料是一种植入躯体各系统或与各系统结合而设计的物质，它与躯体不起药理反应。这一定义规定了生物材料是指置换或恢复活组织及其功能，对机体是惰性的植入材料[1]。
目前运用于医用的材料主要有高分子材料、陶瓷材料和金属材料。生物高分子、陶瓷材料由于本身固有缺陷，作为承力的硬组织修复替代材料还有相当的距离，所以金属医用材料仍然是当前临床上最主要的硬组织植人材料，而且在将来的相当长的一段时间内，其地位是不可替代和动摇的.医用金属材料主要有不锈钢、钛合金和镁合金医用植入材料。
而医用不锈钢中的镍(N i) 离子就是一种众所周知的有害元素, 除了对人体产生过敏反应外, 还存在致畸、致癌的危害性 [2～4]。钛合金在性能方面虽然具有明显的优势 ,但由于其价格较贵(相当于不锈钢的两倍) , 并且会在使用中产生应力遮挡效应[5]，从而很难得到广泛使用。因此镁合金有望成为最主要的金属医用植入材料。
镁合金作为医用植入材料,与现在已投入临床使用的各种金属植入材料相比,具有以下突出的优点:
1)资源丰富,价格低廉,金属镁锭的价格在2万元/吨以下,而钛锭的价格在6万元/吨以上[6];
2)良好的生物相容性和生物可降解性[7,8];
3)是人体内仅次于钾、钠、钙的细胞内正离子,参与蛋白质合成,能激活体内多种酶,调节神经肌肉和中枢神经系统的活动,保障心肌正常收缩。
镁几乎参与人体内所有新陈代谢过程[9]。初步的细胞毒性研究表明:镁对于骨髓细胞的生长没有抑制作用,也没有发现细胞溶解现象[10]。最近还有研究者指出:金属镁可以促进骨细胞的形成,加速骨的愈合等。
1.2国内外研究情况：
目前,国内将镁及镁合金作为生物医用材料的研究和应用还很少,主要是因为镁的化学性质极为活泼,其标准电极电位为-2.37V。镁在腐蚀介质中产生的氧化膜疏松多孔,不能对基体起到良好的保护作用,尤其是在含有Cl-的腐蚀介质中,MgO表面膜的完整性会遭到破坏,导致腐蚀加剧[6]。
所以,将镁及镁合金作为长期植入材料还存在一定的困难。但随着研究的深入,发现通过提高镁及镁合金的耐蚀性,可以实现其作为长期植入材料的应用[12]。
另外,根据镁及镁合金的耐蚀性能较差的特点,可以将其发展成为生物医用可降解植入材料及器件,如可降解心血管支架及周边支架、内固定用接骨板和骨钉以及组织工程用支架材料等[13]。
有研究者提出将镁及镁合金作为可降解血管支架材料[14],镁是人体必需的常量元素之一[15],因此其腐蚀产物是生物可吸收的,力学性能也符合植入材料要求。
而作为支架,由于血液的流动性,降解过程中产生的氢气可能不会成为发展可降解金属镁支架研究面临的主要问题。B Heublein[14]将镁合金植入鼠心脏血管处,研究了镁合金在鼠体内的炎症反应和植入期间因金属腐蚀而生成氢气的影响,认为生物可吸收镁基合金有可能成为一种用于制作心血管支架的新型材料。
但在研究这种新材料时必须注意,体外模拟可降解实验过程并不能用于预测体内腐蚀情况[16],且体内情况又相当复杂,因此镁作为可降解材料的应用将面临较大的困难。
2. 本课题研究的主要内容和拟采用的研究方案、研究方法或措施
2.1课题主要内容简介：
按照一定的配比配置好所要熔炼的原料，将配比好的合金成分熔炼凝固，根据《稀土在镁及镁合金中的应用》[17]中的阐述，采用RE损耗量最低的溶剂进行熔炼，对熔炼好的镁合金进行压缩，制成一定形状和尺寸的热压板材料，并对热压板材料进行宏观与微观的金相分析，观察其内部的相组成及各相的形状。
将各试样切割成若干小块分组做：均匀化处理、淬火、和时效处理。之后将各不同热处理方法处理过的试样也进行金相分析并且与先前的铸态分析结果对比，得出不同热处理状态下的镁合金功能材料组织的变化情况。并根据组织的变化确定最佳的熔炼方法和热处理工艺。
2.2 研究方案：
通过镁合金热压板材料在不同热处理状态下组织结构分析，针对镁合金热压板材料的组织缺陷改进热处理工艺，为进一步探索镁合金热压板材料作为优良的生物植入体提供一定的理论基础。
2.3 研究方法：
将配比熔炼后的镁合金材料分为三组，一组作为对比样，另外的分别做固溶处理后淬火处理、固溶处理后时效处理，通过对每组试样都做金相、SEM能谱分析。仔细对比分析材料显微组织的变化情况，测量晶粒度的大小，观察第二相数量和形态及其与热处理前比较发生的改变。通过透射电镜观察材料中亚结构的变化情况，例如位错组态、孪晶、层错等，了解第二相形态、分布及其尺寸类型等进行物相鉴定，确认第二相的成分，得
出一种较好的热处理工艺。
3.本课题研究的重点及难点，前期已开展工作
3.1 研究的重点及难点：
本课题研究的重点是通过对不同热处理过程后的镁合金的热压板材料的晶粒度的测量，相组成的鉴定等组织分析来确定一种热处理工艺，使得用该工艺得到较均匀、致密的镁合金组织而运用于人体，作为支架材料。
其难点是热处理所需的最佳时间长度还在探索之中;用于做金相分析和透射分析的试样制备有难度，特别是金相试样的抛光和透射试样的最终减薄;对透射花样的分析和标定也是难点之一。
3.2 前期已开展工作：
已经查阅了相当资料(包括外文资料)并对将要测试的镁合金进行初期试验配比熔炼[18]。
4.完成本课题的工作方案及进度计划
1)第13周：查阅文献资料(包括外文资料),熔炼试样
2)第4周：写开题报告并答辩
3)第511周：实验过程及期中小结报告
4)第1214周：整理实验数据并分析、讨论
5)第1516周：书写论文，准备答辩
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所谓功能性高分子材料，一般是指具有某种特别的功能或者是能在某种特殊环境下使用的高分子材料，但这是相对于一般用途的通用高分子材料而言。这一定义只是一个概括，不一定很确切，较多的人认为所谓功能性高分子材料是指具有物质能量和信息的传递、转换和贮存作用的高分子材料及其复合材料。如有光电、热电、压电、声电、化学转换等功能的一些高分子化合物。可以看出，这是一类范围相当大、用途相当广、品种相当多，而又是在生活、生产活动中经常遇见的一类高分子材料。
二．功能高分子材料
功能高分子材料按照功能特性通常可分成：分离材料和化学功能材料；电磁功能高分子材料；光功能高分子材料；生物医用高分子材料。功能高分子材料是高分子学科中的一个重要分支，它的重要性在于所包含的每一类高分子都具有特殊的功能。
随着时代的发展，在医学领域中越来越迫切地需要开发出能应用于医疗的各种新型材料，经多年的研究已发现有多种高分子化合物可以符合医用要求，我们也把它归属于功能性高分子材料。
一般归纳起来医用高分子材料应符合下列要求：化学稳定性好，在人体接触部分不能发生影响而变化；组织相容性好，在人体内不发生炎症和排异反应；不会致癌变；耐生物老化，在人体内材料长期性能无变化；耐煮沸，灭菌、药液消毒等处理方法；材料来源广、易于加工成型。
经多年研究，能较好符合上述要求的高分子化合物主要有两大类，一类是有机硅化合物，第二类是有机氟化物，最主要的两种产品是硅橡胶和聚四氟乙烯，例如美国GE公司开发了一批主要是有机硅方面的用于医学领域的功能高分子化合物。
三．生物医用高分子材料
目前，除人脑外的大部分人体器官都可用高分子材料来制作。对生物医用高分子材料，除了要求具有医疗功能外，还要强调安全性，即要对人体健康无害。目前在血液相容性高分子、组织相容性高分子、生物降解吸收高分子、硬组织材料用高分子和生物复合高分子材料、医用高分子现场固化材料、医用粘合剂、固定化酶、高分子药物释放和送达体系等都有相应的研究。随着环保概念的提出，生态可降解高分子材料的开发和应用也随之日益受到重视。如聚乳酸塑料PLA，在废弃后自然条件下，通过微生物的分解作用，只需六个月至两年时间即可完全降解，降解反应的产物为水、二氧化碳、乳酸等是植物生长良好的促进剂，对环境无任何污染。
离子交换与吸附树脂是一类带有可离子化基团或其他功能性基团如亲油基团的二维网状交联聚合物。常用的离子交换与吸附树脂多为球状珠粒，其粒径为0.3-1.2mm。此外，还要具有高的机械性能、较好的化学稳定性、热稳定性、亲水或亲油性、渗透稳定性和高的交换/吸附容量。在水/油中具有足够大的凝胶孔或大孔结构，由于它具有高效快速分析和分离功能，目前已广泛用于硬水软化、废水净化、高纯水制备、海水淡化特别是在食品工业、制药行业、治理污染和催化剂中应用的更为广泛，而且发展迅速。除一般用的离子交换树脂外，近来还发展了具有特殊吸附功能的离子吸附树脂：如高吸油树脂等，这些高分子吸附剂可以从有机溶剂或有机无机混合相体系中吸附有机溶剂如各种油类。
随着医用科技的蓬勃发展和环境污染的日益严重，当今材料技术的发展趋势一是从均质材料向复合材料发展，二是由结构材料往功能材料、多功能材料并重的方向发展。这种发展趋势使得医用复合材料和环境处理材料得到了快速发展。
四．医用高分子材料的发展方向
可生物降解医用高分子材料因其具有良好的生物降解性和生物相容性而受到高度重视，无论是作为缓释药物还是作为促进组织生长的骨架材料，都将得到巨大的发展。其中高分子纳米粒子以其特有的优点是近年来国内外一个极为重要的研究热点。
任何一种材料都是通过其表面与环境介质相接触的，因此材料的开发与应用必然涉及其表面问题的研究。一般高分子材料的表面对外界响应性较弱，但有些高分子表面的结构形态会因外界条件(如pH、温度、应力、光及电场等)的改变在极短时间内发生相应的变化，从而造成表面性质的改变，此乃智能高分子表面。因此设计这类智能表面将是生物医用高分子材料发展的一个重要方面。通常，在组织工程的应用中，高分子材料支架要负载上生长因子，以促进组织在生物体内的再生，另一方面，把特殊的粘附因子，如粘连蛋白结合到支架上，可使聚合物表面能够促进对某种细胞的粘附，而排斥其它种类的细胞，即支架对细胞进行有选择的粘附。为了使生长因子和粘附因子能够结合到可降解高分子材料上，就需要对材料进行表面改性，而有时表面改性很困难，因此，可利用与天然聚合物杂化的方法来达到上述目的，同时由于这些材料有良好的机械性能，又可以弥补天然聚合物强度不高、稳定性差的缺点。可见，生物杂化材料在这方面的表现是相当突出的，必将成为医用生物高分子材料发展的一个主要趋势。
参考文献：
1、焦剑.功能高分子材料.化学工业出版社，2007.7
2、俞耀庭，张兴栋等.生物医用材料.天津：天津大学出版社，2000.
文章编号：1005－6629(2009)02－0053－04中图分类号：O63 文献标识码：E
材料、能源、信息分别是现代文明的三大支柱，而材料是人类社会文明发展历史上里程碑式的阶段性标志。所谓的形状记忆材料听上去似乎有点玄乎，给人一种具有生物智能特性的错觉。那么，它究竟是不是真的如此神奇呢？它的神奇之处在哪？
自1981年，有人发现高分子材料聚乙烯具有独特形状记忆功能，至1984年，形状记忆高分子材料(Shape memory polymers，简称SMP)的概念在日本提出。可以说，SMP是当代材料化学发展的产物。时至今日，其功能已经得到了人们的广泛关注。
1形状记忆高分子的“记忆”机理
形状记忆是指具有初始形状的制品，经形变固定之后，通过加热等外部条件刺激手段的处理，又可使其恢复初始形状的现象。研究最早也最为广泛的是热致形状记忆高分子(简称TSMP)。以此为例来阐述。
1.1 橡胶弹性理论对SMP形状记忆特性的解释[1]
图1 线形高分子材料的温度与形变的关系图
如图，Tg为玻璃化温度(材料达到玻璃态与橡胶态时的临界温度)，Tt是粘流温度。橡胶在室温下处于高弹态，而塑料是玻璃态。这是由两者分子结构和相对分子质量等因素的不同造成的。如果材料的玻璃化温度高于室温，则材料在室温下处于玻璃态。如果材料的玻璃化温度低于室温，在室温下它就处于高弹态。
橡胶在室温下就处于高弹态，一根橡胶管在适当的外力作用下可伸长数倍而当外力解除之后便可回复到原长。但是，如果把一个橡胶管放在液氮里，它便会失去弹性，拿出来以后进行敲打，它也会像玻璃一样极易被打碎。把它放到室温下，使其温度慢慢升到室温，它仍会恢复为具有弹性的橡胶管。这便是所发现的橡胶的形状记忆功能：橡胶的交联网络起到记忆其原来形状的作用，而其玻璃态具有固定其形变的作用。
一般塑料的加工要先升温到粘流态，吹塑后冷却为一定形状的制品，也是一样的道理。
1.2 SMP的形状记忆机理
从分子结构及其相互作用的机理方面加以解释，形状记忆高分子可看作是两相结构, 即由记忆起始形状的固定相和随温度变化能可逆的固化和软化的可逆相组成。
固定相的作用在于成形制品原始形状的记忆与回复, 而可逆相的作用则是形变的发生与固定。固定相可为聚合物的交联结构、部分结晶结构、超高分子链的缠绕等结构。可逆相可以是产生结晶与结晶熔融可逆变化的部分结晶相,或发生玻璃态与橡胶态可逆转变的相结构。在高分子形状记忆材料中,由于聚合物分子链间的交联作用,即材料中固定相的作用束缚了大分子的运动,表现出材料形状记忆的特性。并且,由于可逆相在转变温度Tg会发生软化-硬化可逆变化,材料才可能在Tg以上变为软化状态, 当施加外力时分子链段取向改变, 使材料变形。当材料被冷却至Tg以下,材料硬化、分子链段的微布朗运动被冻结、改变取向的分子链段被固定,使得材料定型。当成形的材料再次被加热时,可逆相结晶熔融,材料发生软化,分子链段取向逐渐消除,材料又恢复到了原始形状。
图2 图为形状记忆高分子在60℃下, 45秒内回复原状[2]
由高分子材料形状记忆原理可知，可逆相对形变特性影响较大，而固定相对于其形状恢复特性影响较大。从这个理论出发,就可以解释为什么凡是既具有固定相又具有可逆相结构的聚合高分子材料, 都可显示出一定的形状记忆特性。
2形状记忆高分子的“记忆”分类
形状记忆材料除了形状记忆高分子之外，还包括形状记忆合金(SMA)和形状记忆陶瓷(SMC)。相比较而言，前两者的应用更为广泛。
表1热致形状记忆高分子的类型
而与SMA相比，形状记忆高分子不仅形变量大、赋形容易、形状响应温度便于调整，而且具有保温、绝缘性能好、不锈蚀、易着色、可印刷、质轻价廉等特点。以前的研究着重于对热致形状记忆高分子的研究，笔者按具体的组成物质将其分类，见表1。
随着研究发展的深入，除了热致形状记忆高分子，人们还发现了其他类型的形状记忆高分子。根据回复机理来定义的形状记忆高分子材料类型。具体见表2。
表2 形状记忆高分子的分类[4]
3 形状记忆高分子的具体应用解析
尽管只有短短27年的发展史，SMP的应用已涉及社会的很多领域。
3.1SMP在医疗装备中的应用[5]
首先，可以利用形状记忆聚合物的记忆特性，制作外科医疗器械或介入诊疗(介入诊断及治疗)器材。比如, 美国利弗莫尔国家实验室将聚合物聚氨酯、聚降冰片烯或聚异戊二烯等注射成为螺旋形,加热后拉直再冷却定型,即制得血栓治疗仪中的关键部件――微驱动器。装配到治疗系统上后，利用光电控制系统加热，使其恢复到螺旋形可拉出血栓。这种方法快捷、彻底，没有毒副作用，是治疗血栓的有效途径之一。
其次,利用低温形状记忆特性的聚合物聚氨酯、聚异戊二烯、聚降冰片烯等可以制备用作矫形外科器械或用作创伤部位的固定材料，比如代替传统的石膏绷带。利用聚氨酯塑料的生物降解性能，通过内窥镜可将由形状记忆聚合物制成的器件, 如断骨的外套管、血管的内扩管、血液的过滤网等精确地定位植入人体。此类材料在体温的作用下能回复形状,达到治疗目的。这种治疗方法, 不仅可以减小放置器件时所需的外切口, 而且由于器件本身在人体中可以逐步地通过降解而消失,不需要为取出器件而进行第二次手术，大大降低了危险性。
美国麻省理工学院报道了用形状记忆材料来固定骨折部位的方法。将二次成型后的聚乳酸制件放入带有裂纹的骨髓腔内。利用消毒后的盐水对其进行加热，使骨髓腔内的形状记忆材料恢复到最初的形状，变得较厚，从而和骨髓腔的内表面紧密接触而不会滑移，固定作用良好。
另外，形状记忆高分子材料还在手术缝合，止血、药物释放体系、人工组织及器官以及抗原响应等许多新兴的高技术领域得到应用。
3.2SMP在纺织工业中的应用
形状记忆聚氨酯在纺织品中的应用形式既可以进行纺丝以赋予纱线记忆功能，也可以作为织物涂层剂，或作为整理剂对织物进行功能性整理。利用它的透气性可受温度控制的特性，在室温下就可以改善织物的穿着舒适度。具有良好的防水透气、抗褶皱、耐磨性能。
3.2.1在防水透气织物中的应用[2]
形状记忆聚氨酯的透气性可受温度控制，在响应温度范围附近其透气性有明显的改变：将响应温度设定在室温,则涂层织物能在低温(低于响应温度) 时因低透气性起到保暖作用;在高温(高于响应温度) 时, 因高透气性起到散热作用。聚氨酯的分子间隔随体温的升高或降低而扩张或收缩,正如人体皮肤根据体温张开或闭合毛孔一样,起到调温保暖的作用。薄膜的孔径远远小于水滴平均直径,因此还可起到防水效果,使织物在各种温度条件下都能保持良好的穿着舒适性。日本三菱重工公司已有相关聚氨酯涂层织物“Azekura”的报道。
3.2.2在防皱整理中的应用[6]
利用聚合物的形状记忆恢复功能,以此类织物纱线或经形状记忆整理的织物制成的服装,具有不同于传统意义上的防皱功能。当此类服装具有足够强的形状记忆功能时,服装在常温下形成的折皱可以通过升温来消除折痕,回复至原来的形状。我们甚至可以设计高分子并将响应温度调在室温或人体温度范围内,从而可即刻消除形成的折皱。
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3.3在数码通讯产品中的应用
图3 概念手机
如图，这款手机的材料是具有形状记忆功能的聚乳酸复合物（PLA）。聚乳酸(PLA)可称为是一种生物塑料，无毒、无刺激，具有良好的生物相容性，可生物分解吸收，强度高，不污染环境，可塑性好，易于加工成型。应用聚乳酸材料制成的手机等设备不怕摔、挤、压，但是毕竟属于塑料制品，抗腐蚀性会受到一定局限，进一步研究后有待推出市场。
3.4 其他应用
3.4.1 “光驱动分子阀”
作为光能转变为力能的转换器，光致感应形状记忆高分子凝胶不能产生很大的感应力。但是如果在多孔质的聚乙烯醇薄膜上接枝光致变色分子的凝胶，经此处理过的聚乙烯醇薄膜固定后，根据水的透过速度测定光照效果后我们可以发现：光照前，由于凝胶的小孔堵塞，水的透过速度很小；光照时，由于凝胶膨胀，水的透过速度增大6O倍；光照停止后，水的透过速度又减小。这就表明利用SMP材料的光照效应可制造可控启闭阀。
3.4.2 “光缓释剂”
高分子凝胶放入含有药物的水溶液内，药物则浸入凝胶中，然后取出凝胶。依据药物从凝胶向水溶液的释放速度受光照的影响情况来研究光照效果。结果表明，光的存在与否对药物的释放有显著的影响。利用此效应，药物以合适的速率和剂量放到人体病灶位置，可达到更好的医疗效果。
4应用展望
随着SMP技术的愈加成熟，人们开始研制通过加温处理使汽车外壳、机壳和建筑物某些部件自动除去凹痕的制品；同时还萌生了用形状记忆聚合物制造机器人四肢的想法, 设想用跳跃来代替机器人现在那种步履蹒跚的行走方式。环保方面,将热致感应形状记忆高分子材料应用于环保,利用其形状记忆特性回收电子产品的新思路也很有意义。设计用SMP材料替代电子产品的紧固件如螺钉、螺纹套管、夹子回收时通过加热的方法自行脱落。解决电子废弃物因体积较小、构造复杂而产生的处理困难的问题，同时实现回收利用, 节约成本, 减少电子废弃物的环境污染。
参考文献:
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[3]朱光明.形状记忆聚合物及其在生物医学工程中的应用[J].生物医学工程学杂志，2005，22(5):1082-1084.
[4]徐祖耀等.形状记忆高分子材料[M].上海.上海交通大学出版社，2002年：314-340.
[5]李志宏等.形状记忆高分子材料及其在医疗装备中的应用[J].医疗卫生装备,2007年9月第28卷第9期，26-28.
生物医用复合材料根据应用需求进行设计，由基体材料与增强材料或功能材料组成，复合材料的性质将取决于组分材料的性质、含量和它们之间的界面。常用的基体材料有医用高分子、医用碳素材料、生物玻璃、玻璃陶瓷、磷酸钙基或其他生物陶瓷、医用不锈钢、钴基合金等医用金属材料；增强体材料有碳纤维、不锈钢和钛基合金纤维、生物玻璃陶瓷纤维、陶瓷纤维等纤维增强体，另外还有氧化锆、磷酸钙基生物陶瓷、生物玻璃陶瓷等颗粒增强体。
植入体内的材料在人体复杂的生理环境中，长期受物理、化学、生物电等因素的影响，同时各组织以及器官间普遍存在着许多动态的相互作用，因此，生物医用组分材料必须满足下面几项要求：(1)具有良好的生物相容性和物理相容性，保证材料复合后不出现有损生物学性能的现象；(2)具有良好的生物稳定性，材料的结构不因体液作用而有变化，同时材料组成不引起生物体的生物反应；(3)具有足够的强度和韧性，能够承受人体的机械作用力，所用材料与组织的弹性模量、硬度、耐磨性能相适应，增强体材料还必须具有高的刚度、弹性模量和抗冲击性能；(4)具有良好的灭菌性能，保证生物材料在临床上的顺利应用。此外，生物材料要有良好的成型、加工性能，不因成型加工困难而使其应用受到限制。
2生物医用复合材料的研究现状与应用
2.1陶瓷基生物医用复合材料
陶瓷基复合材料是以陶瓷、玻璃或玻璃陶瓷基体，通过不同方式引入颗粒、晶片、晶须或纤维等形状的增强体材料而获得的一类复合材料。目前生物陶瓷基复合材料虽没有多少品种达到临床应用阶段，但它已成为生物陶瓷研究中最为活跃的领域，其研究主要集中于生物材料的活性和骨结合性能研究以及材料增强研究等。
Al2O3、ZrO3等生物惰性材料自70年代初就开始了临床应用研究，但它与生物硬组织的结合为一种机械的锁合。以高强度氧化物陶瓷为基材，掺入少量生物活性材料，可使材料在保持氧化物陶瓷优良力学性能的基础上赋予其一定的生物活性和骨结合能力。将具有不同膨胀系数的生物玻璃用高温熔烧或等离子喷涂的方法，在致密Al2O3陶瓷髋关节植入物表面进行涂层，试样经高温处理，大量的Al2O3进入玻璃层中，有效地增强了生物玻璃与Al2O3陶瓷的界面结合，复合材料在缓冲溶液中反应数十分钟即可有羟基磷灰石的形成［2］。为满足外科手术对生物学性能和力学性能的要求，人们又开始了生物活性陶瓷以及生物活性陶瓷与生物玻璃的复合研究，以使材料在气孔率、比表面积、生物活性和机械强度等方面的综合性能得以改善。近年来，对羟基磷灰石(HA)和磷酸三钙(TCP)复合材料的研究也日益增多［3，4］。30%HA与70%TCP在1150℃烧结，其平均抗弯强度达155MPa，优于纯HA和TCP陶瓷，研究发现HA-TCP致密复合材料的断裂主要为穿晶断裂，其沿晶断裂的程度也大于纯单相陶瓷材料。HA-TCP多孔复合材料植入动物体内，其性能起初类似于β-TCP，而后具有HA的特性，通过调整HA与TCP的比例，达到满足不同临床需求的目的。45SF1/4玻璃粉末与HA制备而成的复合材料，植入兔骨中8周后取出，骨质与复合材料之间的剪切破坏强度达27MPa，比纯HA陶瓷有明显的提高。
生物医用陶瓷材料由于其结构本身的特点，其力学可靠性(尤其在湿生理环境中)较差，生物陶瓷的活性研究及其与骨组织的结合性能研究，并未能解决材料固有的脆性特征。因此生物陶瓷的增强研究成为另一个研究重点，其增强方式主要有颗粒增强、晶须或纤维增强以及相变增韧和层状复合增强等［3，5～7］。当HA粉末中添加10%～50%的ZrO2粉末时，材料经1350～1400℃热压烧结，其强度和韧性随烧结温度的提高而增加，添加50%TZ-2Y的复合材料，抗折强度达400MPa、断裂韧性为2.8～3.0MPam1/2。ZrO2增韧β-TCP复合材料，其弯曲强度和断裂韧性也随ZrO2含量的增加而得到增强。纳米SiC增强HA复合材料比纯HA陶瓷的抗弯强度提高1.6倍、断裂韧性提高2倍、抗压强度提高1.4倍，与生物硬组织的性能相当。晶须和纤维为陶瓷基复合材料的一种有效增韧补强材料，目前用于补强医用复合材料的主要有：SiC、Si3N4、Al2O3、ZrO2、HA纤维或晶须以及C纤维等，SiC晶须增强生物活性玻璃陶瓷材料，复合材料的抗弯强度可达460MPa、断裂韧性达4.3MPam1/2，其韦布尔系数高达24.7，成为可靠性最高的生物陶瓷基复合材料。磷酸钙系生物陶瓷晶须或纤维同其它增强材料相比，不仅不影响材料的增强效果，而且由于其具有良好的生物相容性，与基体材料组分相同或相近，不会影响到生物材料的性能。HA晶须增韧HA复合材料的增韧补强效果同复合材料的气孔率有关，当复合材料相对密度达92%～95%时复合材料的断裂韧性可提高40%。
随着科技的进步，纳米技术在生物医药和科学技术等领域的应用较为广泛。尤其是生物医药领域，对于临床医学和基础医学的发展起到了积极的推动作用。虽然在不少科学家和医学研究家们对纳米技术进行了详细的研究，并将其运用于生物医学领域，取得了不错的成效。但是对于纳米技术的研究还不够深入，相较于发达国家而言，我国的纳米医学技术还处于发展的初级阶段。需要对纳米医学技术在今后发展中面临的机遇和挑战进行分析。
一、纳米技术在生物医药领域的应用
（一）纳米生物学
纳米生物学是以纳米作为尺度，其研究内容主要包括：其一，细胞器结构、细胞器功能。比如细胞核和线粒体内部结构和功能分析。其二，交换细胞信息，包括生物体的物质、细胞能量信息等。其三，针对生物反应问题，对其反应机理问题进行研究和分析。比如有关于生物复制和生物调控的机理分析。其四，发展分子工程。包括纳米生物分子机器人和信息处理系统等。将纳米显微术引入生物医药领域，可以为生物学家研究进行研究提供技术支撑。比如ScanningProbeMicro-scopes,简称SPMs，中文简称扫描探针显微镜，这是一种新型的纳米生物技术，标志着显微技术和纳米技术的发展。除此之外，扫描显微镜(STM)的内部结构较小、不复杂，因此操作流程较为简单，生物学家可以借助扫描显微镜展开原子级分辨探究，从而提高生物细胞观测能力和分辨能力。仔细观察原子级的内部结构对于进一步探索和研究生物原子微观知识具有推动作用。在自然条件下，利用扫描显微镜可以对生物的蛋白质、多糖等分子展开直接观察。借助STM弹道电子发射电镜可以对单个原子进行操作，这是一种典型的人工改变单个生物结构和分子结构的行为方式。这种方式可以实现治疗疾病这一超前设想。
（二）生物医学工程
将纳米技术引入生物医药领域，可以帮助传统医生解决复杂的难题。比如纳米机器人和生物传感器。纳米机器人简称分子机器人，是酶和纳米齿轮的结合体，将其引入生物科学领域，能够充当微型医生一角，为医生解决以前的疑难杂症问题。这种纳米机器人不仅可以直接注入血液，还可以成为一种传输身体健康与否的工具。一方面，血液在传输过程中能够判断分子机器人的健康状况，机器人能够获得能量，达到疏通血管血栓的目的。另一方面，医生通过外界信号编制好的程序能够探知和杀死人身体中的癌细胞，从而全面系统地监视身体构造和疾病情况。这种先进医学工程能够为现代医学的发展打下坚实的基础。除此之外，利用纳米技术还可以进行器官的修复工作，比如对修复的器官进行整容手术或者基因配置，从而将错误或者不符合的基因去除，引入正确的染色体装置，进而保障机体的健康运作。
（三）纳米治疗技术
将纳米技术引入生物医药领域是一场全新的革命运动，能够在日后的临床治疗方面起到一定的积极作用。比如德国柏林“沙里特”临床医院，早先就有过利用纳米技术治疗癌症的成功案例。研究人员将氧化钠纳米微粒注入鼠类的肿瘤里，然后将他们放置在磁场中。由于受磁场的影响，患有肿瘤的鼠类的温度会随着纳米微粒升温而增加。实践表明，纳米微粒在可变磁场中的温度能够上升到46℃。这样的高温足够将癌细胞杀死。肿瘤附近的机体组织是健康的，没有受损坏，因此纳米微粒不会烧毁这些健康组织，健康组织的温度也不会受到伤害，这就需要研究人员将目光转移到人体试验中，实现消除人体癌症的目的。
二、纳米技术在生物医学领域中应用的展望
随着社会经济的不断发展以及科学技术的不断进步，纳米技术和生物医学之间的联系不断加强，两者的有机结合不仅能够改善生物医学技术的不足，还可以促进生物医学的进一步发展，为更多的临床实验奠定基础。
（一）生物检测诊断材料的应用
不可否认，将纳米材料与生物诊断技术进行有效融合，能够提高医学检测技术水平。实践证明。两者之间的配合还需要结合生物医学工程和先进医疗器材，医学工程是促进纳米技术与生物医学互相融合的基础，对生物医学工程进行深入研究和分析，能在一定程度上催生新医疗器材的出现。如此一来，机械设备的使用用途和功能将会得到不断扩大，这在很大程度上取决于纳米材料的功能。由此可见，将纳米材料合理运用于生物医疗诊断中，势必会进一步催生一大批更为先进的医疗诊断器材。
（二）纳米技术植入人体器官
利用先进的纳米材料可以制成性能优良的人造器官和人工血液等。将这些器官和血液植入人体，能够帮助人类远离疾病，免遭疾病的伤害。比如将传感器和基因技术进行有机结合，能够将微利器官（比如听觉和视觉上遭到损害的机体）直接植入体内，从而帮助他们恢复视觉和听觉，从而达到正常人的状态。
三、纳米医药技术在发展中面临的机遇和挑战
就机遇而言，我国是首位将纳米晶体合成碳纳米管的国家，这个碳纳米管的长度属于世界最长，其性能良好。在医药学研究方面，我国科学家们利用纳米技术研制出了一批具有抗菌效果的医疗器材和设备，并为现代医疗技术的发展提供了先进的理论和技术支撑。在纳米药物载体的研究方面，我国已有有关于“动物体内”应用的报道。这已标志着我国纳米医疗技术进入了世界领先地位。就挑战而言，与发达国家相比，我国的纳米技术还不够成熟，还需要进一步加强对纳米材料、纳米传感器等方面的研究，以此作为进一步推动我国生物医药科技进步的基础。
四、结语
纳米医药技术对于进一步推动我国临床医学和基础医学的发展具有积极的影响。因此国家相关部门以及科研成员应该以积极主动的态度投入到生物医药纳米技术领域，进一步推动我国生物医药科技的进步。
参考文献：
[1]董大敏.纳米技术与社会发展意义的辩证思考[J].商业经济,2011,23:27-28+32.
