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在本世紀70年代， 逐步發(fā)展形成的現(xiàn)代生物技術(shù)（ 亦稱生物工程技術(shù)）， 從廣義上說， 它包括人類對動物、植物以及微生物有目的利用、控制和改造。隨后80年代， 美國和口本便分別召開了 “用生物方法合成材料”和“使用生物技術(shù)創(chuàng)制新材料”等專題學術(shù)研公寸會。由此可見， 現(xiàn)代生物技術(shù)在材料學與上程中的應用前景頗為看好。例如現(xiàn)代生物技術(shù)在金屬材料行業(yè)中的系統(tǒng)應用已經(jīng)成功地形成生物冶金分支學科。所謂生物冶金或稱細菌冶金， 即細菌萃取金屬或生物浸出金屬， 是一種利用細菌的氧化作用把不溶性金屬化合物轉(zhuǎn)變成可溶性化合物， 再用濕法冶金從溶液中回收金屬的方法。又如開發(fā)研究生物降解高分子材料， 及時防止和解決當今世界上極為嚴重的“白色污染”的決定性措施， 亦是現(xiàn)代生物技術(shù)在有機高分子材料行業(yè)中的應用熱點。至于現(xiàn)代生物技術(shù)在尤機非金屬材料行業(yè)的應用前景， 是又可望又可即的。
1 生物提純硅酸鹽礦物原料
生物提純是指現(xiàn)代生物技術(shù)利用生物浸出法在非金屬礦選礦過程中的應用。這種技術(shù)的應用原理主要就是利用微生物能夠讓金屬礦物進行液化的功能， 使得生物技術(shù)在礦物融濾過程中得到廣泛的應用。由于這些鐵雜質(zhì)一般都以黃鐵礦的形態(tài)存在于硅酸礦物質(zhì)中， 人們可以利用氧化鐵硫桿菌和其他菌類對黃鐵礦變成可溶性化合物， 在形成這一反應時。根據(jù)調(diào)查顯示， 這種真菌可以對高嶺土壤中鐵的含量至少降低4 %左右， 并且讓高嶺土的白亮度有很大的提高， 這成為陶瓷和造紙行業(yè)產(chǎn)品的質(zhì)量關(guān)鍵的因素。根據(jù)上述分析， 現(xiàn)代生物技術(shù)將會為硅酸鹽礦物原料。
2生物礦化過程
生物礦化過程是在一定的細菌分泌和特殊機質(zhì)的作用下的成礦過程， 也是在特定的機質(zhì)下長成晶體結(jié)構(gòu)。以珍珠貝的珍珠層為例， 珍珠層的結(jié)構(gòu)是由霞石的碳酸鈣晶體組成， 并在這種情況下形成了大小不一的螺旋形， 由于這種基質(zhì)的網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)中存在不規(guī)則的鈣物質(zhì)， 能夠使碳酸鈣在一定的距離成核并且按照自身的生長規(guī)律形成霞石螺旋。碳酸鈣的生物礦化過程既是一個化學過程， 也是一個生物過程，這是兩者共同作用過程的結(jié)果。日本研究人員還培育出一種海藻和一種單胞藻， 它們都可以聯(lián)系生產(chǎn)處石灰石顆粒， 每天這些形狀的石灰石最佳生產(chǎn)率為15毫克每升和90 毫克每升， 并可以對回收后的細胞進行再生產(chǎn)。根據(jù)上述材料表明， 人類可以在人工手段下實現(xiàn)細胞固定化技術(shù)， 并利用生物的成礦能錄生產(chǎn)石灰石質(zhì)納木材料和生物裝飾材料， 也可能利用生物的成礦功能進行復合材料的生產(chǎn)。
3 用稻殼制備高純度高性能碳化硅
從仿生學的角度來看， 人們可以利用稻殼制造出高濃度、高性能的碳化硅。主要的步驟為： 首先， 將稻殼進行碳化， 使稻殼中的纖維素進行分解， 形成不定性碳化物； 其次， 在還原性和惰性的條件下， 對稻殼進行高文煉燒下形成碳化硅。在稻殼中所存在的二氧化硅凝膠會與多糖基質(zhì)進行緊密的結(jié)合， 多糖的談話會在二氧化硅的表層發(fā)生， 并且二氧化硅一直處于高化學活性的多孔和微粒狀態(tài)下， 因此， 在對它進行煉燒時，可以最快速度與二氧化硅產(chǎn)生反應。德國的一位建筑師利用自己設計的一種水下裝置放到海中， 在經(jīng)過兩到三個月的時間用過海藻作用可以產(chǎn)生2 5尺長、五尺寬、2寸厚的生物大理石材料板。近期， 日本的工業(yè)技術(shù)研究所成功利用稻殼制備出碳化硅的新工藝， 這種技術(shù)與原來的硅石和煤氣還原法相比， 同時達到了降低成本和實現(xiàn)了對稻殼的最大利用。在稻殼中存在碳、二氧化硅等有效化學成分， 這就具備了形成碳化硅的先決條件， 但是一旦在發(fā)生反應時磷成分過多時， 就無法形成碳化硅， 那么就必須研究減少磷產(chǎn)生的方法。這種工藝的原理是以弱酸性緩沖劑進行爆破性處理， 在多種酶的作用下可以溶出碳， 然后再對其進行氧化處理， 在無氧加熱條件下形成高濃度、高性能的碳化硅。
4 生物混凝土
在很早以前， 我國就應經(jīng)學會利用存在于粘土中的細菌對粘土進行發(fā)酵來增強它的可塑性。目前， 我國很多學者都預言幾千年后老鼠建造洞穴的材料將用比混凝土還牢固的白蟻排泄物。這種材料是天然的高分子非金屬材料的符合混凝土， 也是細菌作用下形成的生物混凝土。與此同時， 在日本也有相關(guān)報道曾預言提出這種單材質(zhì)發(fā)酵技術(shù)的應用。新型生物混凝土具有多層結(jié)構(gòu)：第一層是防水層，能夠防止雨水滲入，避免對建筑結(jié)構(gòu)造成破壞；第二層是生物層，能夠收集雨水以供植物生長，例如它可以為微型藻類、菌類、地衣和苔蘚等提供天然生物屏障；第三層是覆蓋層，能夠讓雨水通過這一層滲入生物層，并可防止水分流失。與傳統(tǒng)混凝土相比，這種新產(chǎn)品的最大優(yōu)勢是既能吸收二氧化碳，改善城市環(huán)境空氣質(zhì)量；又可美化墻體，改變城市色彩單一的外觀面貌；還能提升建筑物的保溫性，降低能源消耗。
5 生物鐵氧體功能陶瓷材料
在常溫條件下， 可以利用海洋水中想磁性細菌合成比較均勻的磁性微粒， 磁性微粒通常情況下也被稱為生物鐵氧體功能陶瓷材料， 它與人工制成的磁微粒材料相比， 它的表面積比較大， 而且表面部位被堅硬的有機薄膜覆蓋， 在這種情況下很難將鐵浸。
6 結(jié)語
將現(xiàn)代生物技術(shù)應用到非金屬材料領(lǐng)域中比較重要的工程， 這也將大大推動生物非金屬材料工業(yè)的發(fā)展和進步。我們必須積極探索現(xiàn)代生物技術(shù)的作用， 抓住現(xiàn)代生物技術(shù)的特點， 現(xiàn)代生物技術(shù)作為一種低能耗、高效益的新興技術(shù)， 必將在非金屬材料領(lǐng)域大面積的應用， 以推動我國經(jīng)濟和科技的發(fā)展。
參考文獻：
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碳納米材料是近年來的研究熱點，隨著人們對碳納米材料研究的深入，其在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用也在拓展，本書綜述了在碳納米材料在生物醫(yī)學中的應用前景、研究進展以及面臨的主要挑戰(zhàn)。
第1部分 介紹了碳納米材料在生物醫(yī)學中的應用，含第1-11章：1.碳納米材料在生物醫(yī)藥中的應用前景，基于納米柱、納米金剛石以及納米炸彈的物理化學性質(zhì)，2.作為藥物載體的碳納米材料；3.功能性碳納米材料在光熱療法、細胞毒性以及藥物傳遞中的應用；4.具有特殊結(jié)構(gòu)的碳納米管在生物醫(yī)藥中的應用；5.水溶性的陽離子型富勒烯衍生物的光動力治療；6.基于碳納米管場發(fā)射X射線的微焦點計算機斷層掃描技術(shù)在醫(yī)學成像中的應用；7.義齒基托材料：納米管/聚合丙烯酸甲酯復合樹脂；8.石墨烯在生物醫(yī)學中的應用；9.仿生石墨烯納米傳感器；10.功能性碳納米點在生物醫(yī)學中的應用；11.納米金剛石材料在生物醫(yī)學中的應用。第2部分 介紹了納米科技在生物醫(yī)藥方面的應用：從碳納米材料到仿生體系，含第12-18章：12.三維碳納米結(jié)構(gòu)的仿生工程；13.Janus納米結(jié)構(gòu)在生物醫(yī)藥中的應用；14.蛋白質(zhì)納米圖案構(gòu)筑；15.水溶膠粘合劑的仿生設計：從化學到應用，16.利用仿生膜測量脂質(zhì)雙分子層的滲透率；17.用于藥物檢測的熒光納米傳感器；18.仿生表面細胞工程。
本書的第一作者Mei Zhang是美國Case Western Reserve University的研究人員，主要從事碳納米材料方面的研究，在Science等國際頂級期刊發(fā)表過多篇論文。本書可作為生物醫(yī)藥工程以及材料科學與工程等相關(guān)專業(yè)研究人員的參考書。
王兆剛，博士研究生
（中國科學院半導體研究所）
關(guān)鍵詞：納米材料 生物醫(yī)學 應用
1應用于生物醫(yī)學中的納米材料的主要類型及其特性
1.1納米碳材料
納米碳材料主要包括碳納米管、氣相生長碳纖維也稱為納米碳纖維、類金剛石碳等。
碳納米管有獨特的孔狀結(jié)構(gòu)［1］，利用這一結(jié)構(gòu)特性，將藥物儲存在碳納米管中并通過一定的機制激發(fā)藥物的釋放，使可控藥物變?yōu)楝F(xiàn)實。此外，碳納米管還可用于復合材料的增強劑、電子探針（如觀察蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)的afm探針等）或顯示針尖和場發(fā)射。納米碳纖維通常是以過渡金屬fe、co、ni及其合金為催化劑，以低碳烴類化合物為碳源，氫氣為載體，在873 k～1473 k的溫度下生成，具有超常特性和良好的生物相溶性，在醫(yī)學領(lǐng)域中有廣泛的應用前景。類金剛石碳（簡稱dlc）是一種具有大量金剛石結(jié)構(gòu)c—c鍵的碳氫聚合物，可以通過等離子體或離子束技術(shù)沉積在物體的表面形成納米結(jié)構(gòu)的薄膜，具有優(yōu)秀的生物相溶性，尤其是血液相溶性。資料報道，與其他材料相比，類金剛石碳表面對纖維蛋白原的吸附程度降低，對白蛋白的吸附增強，血管內(nèi)膜增生減少，因而類金剛石碳薄膜在心血管臨床醫(yī)學方面有重要的應用價值。
1.2納米高分子材料
納米高分子材料，也稱高分子納米微?；蚋叻肿映⒘?，粒徑尺度在1 nm～1000 nm范圍。這種粒子具有膠體性、穩(wěn)定性和優(yōu)異的吸附性能，可用于藥物、基因傳遞和藥物控釋載體，以及免疫分析、介入性診療等方面。
1.3納米復合材料
目前，研究和開發(fā)無機—無機、有機—無機、有機—有機及生物活性—非生物活性的納米結(jié)構(gòu)復合材料是獲得性能優(yōu)異的新一代功能復合材料的新途徑，并逐步向智能化方向發(fā)展，在光、熱、磁、力、聲［2］等方面具有奇異的特性，因而在組織修復和移植等許多方面具有廣闊的應用前景。國外已制備出納米zro2增韌的氧化鋁復合材料，用這種材料制成的人工髖骨和膝蓋植入物的壽命可達30年之久［3］。研究表明，納米羥基磷灰石膠原材料也是一種構(gòu)建組織工程骨較好的支架材料［4］。此外，納米羥基磷灰石粒子制成納米抗癌藥，還可殺死癌細胞，有效抑制腫瘤生長，而對正常細胞組織絲毫無損，這一研究成果引起國際的關(guān)注。北京醫(yī)科大學等權(quán)威機構(gòu)通過生物學試驗證明，這種粒子可殺死人的肺癌、肝癌、食道癌等多種腫瘤細胞。
此外，在臨床醫(yī)學中，具有較高應用價值的還有納米陶瓷材料，微乳液等等。
2納米材料在生物醫(yī)學應用中的前景
2.1用納米材料進行細胞分離
利用納米復合體性能穩(wěn)定，一般不與膠體溶液和生物溶液反應的特性進行細胞分離在醫(yī)療臨床診斷上有廣闊的應用前景。20世紀80年代后，人們便將納米sio2包覆粒子均勻分散到含有多種細胞的聚乙烯吡咯烷酮膠體溶液中，使所需要的細胞很快分離出來。目前，生物芯片材料已成功運用于單細胞分離、基因突變分析、基因擴增與免疫分析（如在癌癥等臨床診斷中作為細胞內(nèi)部信號的傳感器［5］）。倫敦的兒科醫(yī)院、挪威工科大學和美國噴氣推進研究所利用納米磁性粒子成功地進行了人體骨骼液中癌細胞的分離來治療病患者［6］。美國科學家正在研究用這種技術(shù)在腫瘤早期的血液中檢查癌細胞，實現(xiàn)癌癥的早期診斷和治療。
2.2用納米材料進行細胞內(nèi)部染色
比利時的de mey博士等人利用乙醚的黃磷飽和溶液、抗壞血酸或檸檬酸鈉把金從氯化金酸（haucl4）水溶液中還原出來形成金納米粒子，（粒徑的尺寸范圍是3 nm～40 nm），將金納米粒子與預先精制的抗體或單克隆抗體混合，利用不同抗體對細胞和骨骼內(nèi)組織的敏感程度和親和力的差異，選擇抗體種類，制成多種金納米粒子—抗體復合物。借助復合粒子分別與細胞內(nèi)各種器官和骨骼系統(tǒng)結(jié)合而形成的復合物，在白光或單色光照射下呈現(xiàn)某種特征顏色（如10 nm的金粒子在光學顯微鏡下呈紅色），從而給各種組織“貼上”了不同顏色的標簽，為提高細胞內(nèi)組織分辨率提供了各種急需的染色技術(shù)。
2.3納米材料在醫(yī)藥方面的應用
2.3.1納米粒子用作藥物載體
一般來說，血液中紅血球的大小為6000 nm～9000 nm，一般細菌的長度為2000 nm～3000 nm［7］，引起人體發(fā)病的病毒尺寸為80 nm～100 nm，而納米包覆體尺寸約30 nm［8］，細胞尺寸更大，因而可利用納米微粒制成特殊藥物載體或新型抗體進行局部的定向治療等。專利和文獻資料的統(tǒng)計分析表明，作為藥物載體的材料主要有金屬納米顆粒、無機非金屬納米顆粒、生物降解性高分子納米顆粒和生物活性納米顆粒。
磁性納米顆粒作為藥物載體，在外磁場的引導下集中于病患部位，進行定位病變治療，利于提高藥效，減少副作用。如采用金納米顆粒制成金溶液，接上抗原或抗體，就能進行免疫學的間接凝聚實驗，用于快速診斷［9］。生物降解性高分子納米材料作為藥物載體還可以植入到人體的某些特定組織部位，如子宮、陰道、口（頰、舌、齒）、上下呼吸道（鼻、肺）、以及眼、耳等［10］。這種給藥方式避免了藥物直接被消化系統(tǒng)和肝臟分解而代謝掉，并防止藥物對全身的作用。如美國麻省理工學院的科學家已研制成以用生物降解性聚乳酸（pla）制的微芯片為基礎(chǔ)，能長時間配選精確劑量藥物的藥物投送系統(tǒng)，并已被批準用于人體。近年來生物可降解性高分子納米粒子（nps）在基因治療中的dna載體以及半衰期較短的大分子藥物如蛋白質(zhì)、多肽、基因等活性物質(zhì)的口服釋放載體方面具有廣闊的應用前景。藥物納米載體技術(shù)將給惡性腫瘤、糖尿病和老年癡呆癥的治療帶來變革。
2.3.2納米抗菌藥及創(chuàng)傷敷料
ag+可使細胞膜上蛋白失去活性從而殺死細菌，添加納米銀粒子制成的醫(yī)用敷料對諸如黃色葡萄球菌、大腸桿菌、綠濃桿菌等臨床常見的40余種外科感染細菌有較好抑制作用。
2.3.3智能—靶向藥物
在超臨界高壓下細胞會“變軟”，而納米生化材料微小易滲透，使醫(yī)藥家能改變細胞基因，因而納米生化材料最有前景的應用是基因藥物的開發(fā)。德國柏林醫(yī)療中心將鐵氧體納米粒子用葡萄糖分子包裹，在水中溶解后注入腫瘤部位，使癌細胞部位完全被磁場封閉，通電加熱時溫度達到47℃，慢慢殺死癌細胞。這種方法已在老鼠身上進行的實驗中獲得了初步成功［11］。美國密歇根大學正在研制一種僅20 nm的微型智能炸彈，能夠通過識別癌細胞化學特征攻擊癌細胞，甚至可鉆入單個細胞內(nèi)將它炸毀。
2.4納米材料用于介入性診療
日本科學家利用納米材料，開發(fā)出一種可測人或動物體內(nèi)物質(zhì)的新技術(shù)?？蒲腥藛T使用的是一種納米級微粒子，它可以同人或動物體內(nèi)的物質(zhì)反應產(chǎn)生光，研究人員用深入血管的光導纖維來檢測反應所產(chǎn)
生的光，經(jīng)光譜分析就可以了解是何種物質(zhì)及其特性和狀態(tài)，初步實驗已成功地檢測出放進溶液中的神經(jīng)傳達物質(zhì)乙酰膽堿。利用這一技術(shù)可以辨別身體內(nèi)物質(zhì)的特性，可以用來檢測神經(jīng)傳遞信號物質(zhì)和測量人體內(nèi)的血糖值及表示身體疲勞程度的乳酸值，并有助于糖尿病的診斷和治療。
2.5納米材料在人體組織方面的應用
納米材料在生物醫(yī)學領(lǐng)域的應用相當廣泛，除上面所述內(nèi)容外還有如基因治療、細胞移植、人造皮膚和血管以及實現(xiàn)人工移植動物器官的可能。
目前，首次提出納米醫(yī)學的科學家之一詹姆斯貝克和他的同事已研制出一種樹形分子的多聚物作為dna導入細胞的有效載體，在大鼠實驗中已取得初步成效，為基因治療提供了一種更微觀的新思路。
納米生物學的設想，是在納米尺度上應用生物學原理，發(fā)現(xiàn)新現(xiàn)象，研制可編程的分子機器人，也稱納米機器人。納米機器人是納米生物學中最具有誘惑力的內(nèi)容，第一代納米機器人是生物系統(tǒng)和機械系統(tǒng)的有機結(jié)合體，這種納米機器人可注入人體血管內(nèi)，進行健康檢查和疾病治療（疏通腦血管中的血栓，清除心臟脂肪沉積物，吞噬病菌，殺死癌細胞，監(jiān)視體內(nèi)的病變等）［12］；還可以用來進行人體器官的修復工作，比如作整容手術(shù)、從基因中除去有害的dna，或把正常的dna安裝在基因中，使機體正常運行或使引起癌癥的dna突變發(fā)生逆轉(zhuǎn)從而延長人的壽命。將由硅晶片制成的存儲器（rom）微型設備植入大腦中，與神經(jīng)通路相連，可用以治療帕金森氏癥或其他神經(jīng)性疾病。第二代納米機器人是直接從原子或分子裝配成具有特定功能的納米尺度的分子裝置，可以用其吞噬病毒，殺死癌細胞。第三代納米機器人將包含有納米計算機，是一種可以進行人機對話的裝置。這種納米機器人一旦問世將徹底改變?nèi)祟惖膭趧雍蜕罘绞健?/p>
瑞典正在用多層聚合物和黃金制成醫(yī)用微型機器人，目前實驗已進入能讓機器人撿起和移動肉眼看不見的玻璃珠的階段［13］。
納米材料所展示出的優(yōu)異性能預示著它在生物醫(yī)學工程領(lǐng)域，尤其在組織工程支架、人工器官材料、介入性診療器械、控制釋放藥物載體、血液凈化、生物大分子分離等眾多方面具有廣泛的和誘人的應用前景。隨著納米技術(shù)在醫(yī)學領(lǐng)域中的應用，臨床醫(yī)療將變得節(jié)奏更快，效率更高，診斷檢查更準確，治療更有效。
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近年來隨著生物基塑料的研發(fā)和應用，一些傳統(tǒng)的塑料制品已經(jīng)被其替代，生物基塑料已經(jīng)在解決資源和環(huán)境問題上發(fā)揮了重要作用。本文分析了生物基塑料的研究狀況及當前發(fā)展中遇到的主要問題，并對生物基塑料的未來發(fā)展前景進行展望，以期為經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻。
一、生物基塑料的概念
1.生物基塑料的定義
2003年11月日本的生物塑料協(xié)會將生物塑料定義為生物分解塑料和生物基塑料。所謂生物分解塑料（BDP）是指，在一定環(huán)境條件下，這類塑料能夠由細菌、藻類、真菌等微生物的作用分解，而不會帶來環(huán)境問題，目前生物分解塑料既來源于石油又來自可再生資源。所謂的生物基塑料（BBP）是指可再生資源例如淀粉、蛋白質(zhì)、纖維素、木質(zhì)纖維素、生物聚合物及二氧化碳等，以這些材料為原料加工而成的塑料，就被稱為生物基塑料。所謂生物塑料就是指綠色的生物材料，它不會對環(huán)境造成污染，或能夠減輕對環(huán)境的污染，是給空氣帶來二氧化碳負擔的“碳中性”材料。
2.具有代表性生物基塑料產(chǎn)品的特點比較
3.生物基塑料的檢測標準
對生物基塑料的檢測方法主要是通過對其進行C-14分子標記，然后測量其產(chǎn)品中各組分的碳原子是生物碳或化石碳及含量在總有機碳中的百分比（質(zhì)量分數(shù)）。例如計算以淀粉為原料制造的淀粉基塑料的生物基含量：
50%淀粉與50%聚乙烯的淀粉基塑料，其中淀粉生物C含量為41%、聚乙烯生物C含量為82%，其生物基含量的計算方法為（50%×41%）÷（50%×82%+50%×41%）=33.3%。日本的生物含量的等級分為4個：25%～50%，50%～75%，75%～90%，>90%，其中25%～50%的產(chǎn)品所占的比例最大。
二、當前生物基塑料發(fā)展狀況
隨著，公眾環(huán)保意識的逐步增強，探尋資源的可再生方法已經(jīng)得到了越來越多人的關(guān)注，將一些常見的可再生資源例如谷物、木材、甜菜等制造成生物聚合物，實現(xiàn)資源的再生。目前，生物基塑料的研究已經(jīng)完成了由初級研究到商業(yè)化、規(guī)?；较虻陌l(fā)展，截止到2012年全球生產(chǎn)制造的生物基塑料產(chǎn)量達500Kt左右，其所能帶來的能量達1060kt，根據(jù)美國Fredonia集團的研究報告表明，生物基塑料的需求量在未來的幾年里其增長率仍會大幅度提高。歐洲的生物塑料協(xié)會預測在未來的幾年里生物基塑料的生產(chǎn)規(guī)模仍然會擴大，今后可被生物分解的生物基塑料中制造業(yè)產(chǎn)品如兒童玩具、汽車裝飾用品、汽車零件及家用電器等的需求量最大且增長速度最快，預測增長速度會超過20%。目前生物基塑料在我國的應用主要是在以下5個行業(yè)：一包裝行業(yè)；二制造業(yè)；三紡織業(yè)；四農(nóng)用地膜；五醫(yī)學業(yè)。
三、生物基塑料使用的主要技術(shù)
1.“生物成型”技術(shù)
作為世界知名的可口可樂公司承諾在2020年，本公司所使用的所有的PET容器都將使用生物材料，該產(chǎn)品主要是由美國著名的生物技術(shù)公司Virent、Gevo共同研發(fā)生物合成PX工藝，實現(xiàn)PTA的綠色化。Virent公司已經(jīng)成功的采用了“生物成型”技術(shù)，將玉米、甘蔗等含糖作物與糠醛生物共同轉(zhuǎn)化為PX，實現(xiàn)了完全由可再生材料合成生物基PET。
2.分子重組技術(shù)
目前，國際上知名的生物化工企業(yè)Virent、Gevo、Avantium等已經(jīng)成功的應用生物技術(shù)從植物、農(nóng)作物的廢棄物等資源中進行分子重組轉(zhuǎn)化為PX，并通過氧化技術(shù)生產(chǎn)出PTA，從而實現(xiàn)了100%的PET生物基產(chǎn)品。
3.“YXY”技術(shù)
美國生物化工Avantium公司與美國高校共同研發(fā)了“YXY”技術(shù)，該技術(shù)將植物源獲得的呋喃糖通過生物技術(shù)轉(zhuǎn)化為2，5-呋喃羧酸，從而與MEG酯化聚合生成PEF，目前 已經(jīng)實現(xiàn)了PEF聚酯瓶的商業(yè)化生產(chǎn)。
四、幾類生物基塑料的國內(nèi)外研究進展
目前國內(nèi)外研究較多且開發(fā)和技術(shù)相對成熟的生物基塑料主要有：淀粉基生物降解塑料、聚乳酸、聚丁二酸丁二醇酯等。
1.淀粉基生物降解塑料
淀粉基生物降解塑料是淀粉經(jīng)過改性、接枝反應后與其他聚合物共混加工而成的一種塑料產(chǎn)品， 具有投資少、成本低、方便快捷、等特點。目前共研發(fā)出填充型、光-生物雙降解型、共混型及全淀粉型四種可降解塑料。經(jīng)過30年的研發(fā)歷史，淀粉生物降解塑料已廣泛應用于化工、農(nóng)業(yè)以及化妝行業(yè)等。
2.聚乳酸生物降解塑料
聚乳酸是以乳酸為原料合成的材料，具有無毒、無害、高強度、易加工成型及可全降解性能等特點。因此，聚乳酸是一種能真正達到生態(tài)和經(jīng)濟雙重效應的環(huán)保材料，是近年來國內(nèi)外著重研究和關(guān)注的生物降解塑料。但價格較高對其大規(guī)模應用有一定的限制。
3.聚丁二酸丁二醇酯生物降解塑料
丁二酸和丁二醇經(jīng)縮聚形成聚丁二酸丁二醇酯， 其具有優(yōu)良的力學性能和耐熱性，并且其加工定型和穩(wěn)定性方面也比其他生物基塑料好?？傮w而言，其綜合性能優(yōu)異， 性價比合理， 具有良好的應用推廣前景，。
另外，國內(nèi)外正在研究開發(fā)一些新型生物基塑料。例如：美國農(nóng)業(yè)部研究由檸檬酸和丙三醇制得的生物降解聚合物，美國加州大學正在推出的利用碳水化合物和肽合成生物材料以及國內(nèi)相關(guān)研究部門研究以農(nóng)產(chǎn)品為原料制造可塑淀粉生物降解材料，顯示出未來生物技術(shù)塑料發(fā)展的前景巨大。
五、生物基塑料發(fā)展中存在的主要問題
1.生物基塑料的性能較石油基塑料有差距
目前形成產(chǎn)業(yè)的生物基塑料的性能（力學性能、穩(wěn)定性、耐熱性、燃燒性、阻隔性等）較石油基塑料的性能上還存在著一定的差距，在很多要求嚴格的領(lǐng)域中，生物基塑料不能夠替代石油基塑料，因此必須通過對其性能進行改造的手段，盡量使其性能達到可利用的標準。
2.生物基塑料的生產(chǎn)投資大、成本高
相關(guān)國外《生物基生命周期對環(huán)境影響的全面分析》調(diào)查研究表明，生物基塑料的制造所使用的農(nóng)作物，較普通的農(nóng)作物而言使用的農(nóng)藥、化肥的量更大，其產(chǎn)品對環(huán)境污染的影響更大，因此在投資項目時一定要全面分析，慎重做決定。
六、展望生物基塑料的發(fā)展前景
1.生物基塑料替代傳統(tǒng)能源
隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，全球面臨的資源和環(huán)境問題日趨加劇，環(huán)境污染、資源匱乏、能源短缺都迫使人們急切探尋新能源來替代傳統(tǒng)的能源。用可再生資源替代石油資源已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點，隨著人們生活水平的提高，對石油資源的需求量只會與日俱增。隨著全球氣候變暖問題的日益嚴峻，美國能源情報署2006年初預測，到2025年，世界的二氧化碳排放量將達3.88×107kt，而中國目前的二氧化碳排放量已經(jīng)達到3.8×106kt，因此中國面臨的減排工作還是十分嚴峻的，同時相關(guān)研究表明，生物基塑料的節(jié)能減排效果顯著，生物基塑料的二氧化碳排放量比石油基塑料的排放量少20%～30%。因此，生物基塑料的發(fā)展有巨大的市場潛力。
2.生物化學工藝技術(shù)發(fā)展為生物基塑料發(fā)展帶來新革命
生物化學工藝技術(shù)的發(fā)展為生物基塑料的性能、生產(chǎn)工序、生產(chǎn)成本等都有了突破性的改變，其不僅能夠使生物基塑料的性能達到最佳狀態(tài)，而且能夠大幅度的降低生產(chǎn)成本，提高淀粉及纖維素的含量，并且還能夠直接或間接的使用非糧食淀粉，節(jié)約糧食資源。
3.生物基塑料產(chǎn)品種類不斷增加，應用領(lǐng)域不斷擴大
隨著人們生活水平的提高對生活質(zhì)量的要求越來越高，綠色食品、綠色包裝都是人們追求的新事物，而生物基塑料就是綠色包裝的典型資材。而且今后不會單單僅僅將生物基塑料的產(chǎn)品種類局限于包裝上，會將生物基塑料的應用領(lǐng)域擴大到農(nóng)業(yè)領(lǐng)域、醫(yī)藥領(lǐng)域、紡織領(lǐng)域等，他們都將在各自領(lǐng)域發(fā)揮著巨大的作用，實現(xiàn)資源替代和環(huán)境資源矛盾的緩解，更加有利于國家的可持續(xù)發(fā)展。
七、結(jié)語
近年來，生物基塑料的生產(chǎn)技術(shù)體系目前已經(jīng)得到了確立，并且隨著生物材料和生物生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，其在節(jié)能減排和緩解資源環(huán)境壓力發(fā)揮著顯著的優(yōu)勢，通過對生物基塑料的研究和應用的現(xiàn)狀進行綜合分析，生物基塑料具有巨大的市場潛力。并且當前生物基塑料作為石油基的替代品使著我國的資源利用正朝著綠色、高效、高附加值、規(guī)模化、標準化的方向發(fā)展，從而為我國走經(jīng)濟可持續(xù)、能源可持續(xù)、資源可持續(xù)發(fā)展的道路奠定了基礎(chǔ)，因此生物基塑料具有十分美好的發(fā)展前景。
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中圖分類號：S858文獻標識碼：B文章編號：1007-273X（2018）04-0012-02
當前國際動物疫病現(xiàn)狀呈現(xiàn)復雜化，形勢不容樂觀。新興復合型科技研究產(chǎn)物應用于動物疾病的診斷、治療預防等環(huán)節(jié)迫在眉睫。納米材料及技術(shù)由于具有新穎的物理、化學和生物學特性，已被研究應用于生命科學領(lǐng)域。納米材料具有其獨特的功能和優(yōu)勢，越來越多研究人員將納米技術(shù)引入到動物疾病防控領(lǐng)域，如致病菌的快速檢測、疾病的診治等方面，并己取得了一定的效果。
1納米材料及納米技術(shù)研究概況
1.1納米材料特點
納米材料主要表現(xiàn)為表面與界面效應、小尺寸效應和宏觀量子隧道效應等。實際應用效果包括表面積大、表面活性高、催化效率高、安全性穩(wěn)定、吸附能力優(yōu)良、低毒性等特點。
1.2納米材料研究進展
納米材料是納米科學發(fā)展的重要基礎(chǔ)，也是納米科技最為重要的研究對象。納米材料在生物醫(yī)學中檢測診斷、藥物治療以及健康預防方面均取得了一定的發(fā)展。軍事醫(yī)學院邱志剛[1]試驗發(fā)現(xiàn)，水中的納米氧化鋁可以促使耐藥基因從大腸桿菌轉(zhuǎn)入沙門氏菌的效率提高200倍。即使以往很難發(fā)生耐藥基因轉(zhuǎn)移的不同種類細菌，在氧化鋁納米粒子的作用下耐藥基因也發(fā)生了轉(zhuǎn)移。由此可見，應用氧化鋁納米粒子大大加快了細菌獲取耐藥基因的速度。
1.3納米技術(shù)
納米技術(shù)是在納米尺度下對物質(zhì)進行制備、研究。在藥物研究領(lǐng)域，由于納米材料和納米產(chǎn)品性質(zhì)的特異性和優(yōu)越性，用該技術(shù)建立新的藥物控釋系統(tǒng)可起到提高藥物在體內(nèi)的吸收效果、改善藥物的輸送、替代病毒載體、催化藥物化學反應的作用。研究引入了微型領(lǐng)域，為尋找和開發(fā)新獸藥、結(jié)合轉(zhuǎn)基因技術(shù)用于動物試驗研究[2]，研制合成理想的藥物提供強有力的技術(shù)支撐。
2納米材料在動物疾病防治中的應用
隨著生命科學、生物信息學等新興復合型學科的迅速發(fā)展，納米材料借助其特殊的結(jié)構(gòu)效應在動物疾病防治領(lǐng)域展示出廣闊的應用前景。醫(yī)學起源于疾病診斷，對動物疾病沒有很好的診斷就不可能有很好的預防和治療。目前隨著科技的發(fā)展，動物疾病診斷技術(shù)得到了前所未有的發(fā)展，各種檢驗診斷手段、儀器已是各式各樣。利用納米材料的特性去化驗檢測樣品材料，可借助納米材料極高的傳感靈敏效應對疾病進行早期診斷，便于疾病防治。
2.1納米分子信息成像和診斷
分子信息影像是生物醫(yī)學和分子診斷學中的一門重要學科，可用于檢測，考察機體內(nèi)外組織中的分子細胞形態(tài)結(jié)構(gòu)變化[3，4]。而納米探針由于具有高亮、光學穩(wěn)定、光譜吸收范圍廣等特點，可用于定量準確監(jiān)測生物機體內(nèi)部分子的理想工具，連接于小分子的肽、抗體以及核酸分子來進行疾病檢測，靶向定位于目標細胞分子內(nèi)部。Wu等[5]研究發(fā)現(xiàn)，基于量子點的腫瘤標記Her2的免疫熒光標記，比常規(guī)熒光染料標記不同的靶細胞表面受體、細胞骨架、核抗原和其他細胞器更有效。同時也發(fā)現(xiàn)了生物結(jié)合的膠體量子點在細胞標記、細胞示蹤、DNA檢測和體內(nèi)成像方面很有價值。Gao等[6]進行了體內(nèi)量子點成像和腫瘤定位的動物研究，觀察到量子點在肝、脾、腦、心、腎和肺中的吸收、滯留和分布有逐漸減少的規(guī)律，在裸鼠前列腺癌異種移植瘤的研究中，量子點在瘤組織內(nèi)特異性蓄積呈現(xiàn)出亮紅色。
2.2納米金及其檢測技術(shù)
納米金即指金的微小顆粒。其直徑在1～100nm，具有高電子密度介電特性和催化作用?？膳c多種生物大分子結(jié)合，且不影響其生物活性。新型的納米抗菌復合材料具有作為新的抗菌劑或者是抗菌包裝材料的高效傷口敷料的可行性[7]，可以用作高效的抗微生物制劑在生物應用中具有廣闊的發(fā)展前景。納米金PCR是基于常規(guī)PCR基礎(chǔ)上，結(jié)合納米技術(shù)而發(fā)展起的新型檢測技術(shù)。劉陽等[8]根據(jù)副溶血弧菌（VP）的toxR基因序列，設計一對特異性引物，建立納米金PCR檢測方法，結(jié)果表明能擴增得到與試驗設計相符的208bp（VP）的特異性條帶，且與其他細菌無交叉反應。與普通PCR法進行比較，該方法檢測靈敏度比普通PCR高10倍。而與傳統(tǒng)的細菌分離鑒定法相比，納米金PCR檢測大大提高檢測效率且具有靈敏度高、特異性強等優(yōu)點。
2.3作為藥物運輸載體
和傳統(tǒng)的注射或口服給藥途徑不同，運用納米材料可定點靶向進行藥物運輸，對于藥物劑量控制和疾病的預防及治療具有重要意義。使用納米材料運輸藥物可有效提升藥物運輸效率，降低毒性反應。越來越多的科研人員開始關(guān)注并構(gòu)建用于藥物輸送的納米載體，這些藥物載體在腫瘤疾病的診斷治療中具有廣闊的前景。如Chen等[9]將pH敏感材料環(huán)糊精和低分子量的聚乙烯亞胺整合成納米載體，并負載寡聚核酸，該載體可以有效地轉(zhuǎn)染肺腺癌細胞，并對腫瘤生長有良好的抑制作用[10]。
骨科生物金屬材料是指能夠植入人體，治療骨骼疾病、替換骨組織，恢復骨骼的正常生理功能的一種生物惰性材料，由于具有較高的強度和韌度，金屬材料是骨科中應用最多的植入材料，廣泛用于骨科的各類疾病的治療，金屬作為一種植入材料一般要求是：①有足夠的力學強度和抗疲勞性能；②有極好的耐腐蝕性能，無磁性；③材料必須無毒、無致癌性與過敏反應；④應具有良好的光潔度[1]。現(xiàn)在常用于臨床的醫(yī)用生物金屬材料主要包括醫(yī)用不銹鋼、鈷基合金、醫(yī)用形狀記憶合金等。
1.1醫(yī)用不銹鋼：根據(jù)臨床對硬度，韌度的要求，醫(yī)用不銹鋼的材料有多種，最好的不銹鋼合金是316L型，一直作為器具材料廣泛使用。具有較好的機械性質(zhì)，易于加工制造且價格便宜，但同鈷基合金相比有較大的局部腐蝕敏感性[2]，主要用于接骨板、骨螺釘、人工關(guān)節(jié)等。
1.2 合金類：主要包括①鈷基合金：鈷基合金具有良好的耐磨性和抗蝕性，適于長期應用于體內(nèi)承載條件苛刻的植入，是目前醫(yī)用金屬材料中最優(yōu)良的材料之一，已列入ISO國際標準，但缺點是機械性能低于不銹鋼，而且加工困難、產(chǎn)量低、價格貴，常被選擇為永久性植入材料。多用于骨折固定和制作人工關(guān)節(jié)。②鈦合金：具有優(yōu)于前兩種材料的機械性能，質(zhì)輕，組織相容性良好，生物界面結(jié)合牢固，在機體內(nèi)有極高的惰性和抗腐蝕性，是理想的植入材料，缺點是耐磨損性差和難以加工。鈦合金微型鋼是頜骨骨折復位內(nèi)固定的首選內(nèi)固定物[3]，目前對膝、髖等大的人工關(guān)節(jié)多使用鈦合金。③如鈷、鎳、鉻及鉬合金，是通過多步驟精制而成的一種新型植入材料。其抗腐蝕性和生物相容性與鍛造的鈷鉻合金相似，機械強度大，具有不銹鋼和鈷鉻合金的許多優(yōu)點，作為骨折內(nèi)固定物有廣闊的應用前景。④鎳鈦記憶合金：該材料有形狀記憶效應，其理化性能表現(xiàn)為強度高，耐磨、耐腐蝕、無磁、無毒等特點，而且其硬度和剛度跟人體骨組織最接近，被認為是最理想的生物內(nèi)固定植入材料。
金屬材料普遍的缺點是植入人體后，長期存在人體，金屬中某些元素離子進入人體組織液、血液、器官，如鉻、鎳離子對人體具有致敏作用，甚至誘導機體發(fā)生癌變，另外長期受力的金屬還會發(fā)生金屬受力疲勞和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變，從而引起遠期手術(shù)的失敗等問題。是其普遍缺陷。
2 醫(yī)用高分子材料
2.1非生物降解型高分子材料，如聚乙烯、聚丙烯等，具有穩(wěn)定性好，不發(fā)生降解，交聯(lián)或物理磨損等，而且有良好的機械性能，對機體不產(chǎn)生明顯毒副作用，主要用于制作組織工程軟、硬組織，人工器官等。如硅橡膠是含有硅原子的特種合成橡膠的總稱，無毒、無味、通氣性能好，能耐高溫低溫，具有良好的生理惰性和抗凝血性能，有彈性，宜清洗、滅菌，在骨外科可作引流管、人工腱鞘等。利用輻射接枝改性技術(shù)可制成醫(yī)用硅橡膠水凝膠膜，該材料具有高純度、親水性、吸水后形成穩(wěn)定的水凝膠及生物相容性優(yōu)良等特點。在治療骨關(guān)節(jié)損傷疾患和肌腱斷裂手術(shù)中植入該膜，可預防組織粘連[4]。高密度聚乙烯：其用于制造人工髖臼的分子量多在200～500萬左右，其摩擦系數(shù)低，約為0.03～0.06，抗沖擊性強，耐磨性強，年磨損率約為0.1～0.2 mm，是目前國際上普遍用于制造人工關(guān)節(jié)的較好材料。
2.2 生物降解型高分析材料 有聚酯類、膠原、甲殼素、纖維素等，其中最主要的是聚乙交酯(PGA)、聚丙交酯(PLA)及其混聚物，聚酯類似一類親水性非常強的高分子降解材料。聚酯類能在體內(nèi)降解，最終被分解代謝成CO2和H2O2從人體排出。PLA具有一定機械強度和良好的加工性能。PGA可支架誘導促進成骨細胞的黏附增殖和分化，但其降解過快，且降解產(chǎn)物積聚會造成局部PH值下降，導致細胞中毒死亡。PGA與PLA形成的混聚物可通過二者的比例來調(diào)節(jié)其機械強度和降解速率[5]。聚酯類生物降解材料可以制成棒、針、螺釘、接骨板等，受其降解速度限制，固定部分在愈合期間不能承受較大的應力。是目前組織工程中廣泛應用的支架，臨床上多用于固定骨折愈合相對較快的骨骼，亦可用于關(guān)節(jié)鏡下膝前十字韌帶的損傷后重建、半月板損傷的修復，在骨組織工程學領(lǐng)域也是一種很有前景的細胞培養(yǎng)支架材料[6]，但不適于長骨干骨折固定，因其臨床愈合所需時間較長，骨折斷端應力大。生物降解材料作為內(nèi)固定材料，在手術(shù)操作過程中不易割傷軟組織，即使在加壓情況下也不會損傷松質(zhì)骨[7]，在所固定的組織愈合之前能夠保持足夠的強度，可隨著骨組織的愈合機械強度適當衰減，使骨折斷端得到正常的應力刺激，沒有金屬材料存在的應力遮擋、腐蝕反應等缺點，可使患者避免清除植入物的第2次手術(shù)，亦不影響MR或CT等影像學復查，使用起來比金屬制品要安全和方便。但如果內(nèi)植物的降解產(chǎn)物超過組織的清除能力，可發(fā)生遲發(fā)性無菌性炎癥，局部突然發(fā)紅、疼痛、腫脹、有波動感，反應嚴重者，可發(fā)生廣泛性皮膚壞死[8]，降解速度快的PCA比降解速度慢的PIA炎癥發(fā)生率高，血運不佳的部位更易并發(fā)炎癥反應[9]，因此應權(quán)衡利弊，謹慎選擇。
3 醫(yī)用無機非金屬材料
3.1生物活性陶瓷，主要有磷酸鈣陶瓷、生物活性骨水泥及生物活性玻璃等，生物活性陶瓷具有骨傳導性，它作為一個支架，成骨在其表面進行，還可作為多種物質(zhì)的外殼或填充骨缺損。目前最常用的主要有羥基磷灰石(HA)、磷酸三鈣(TCP)及兩者結(jié)合使用3種。HA與TCP的復合物既保存了單純HA的優(yōu)點，又可根據(jù)需要通過調(diào)整兩者的復合比例來控制其植入后的降解速度，是較理想且具有較大臨床應用前景的骨組織工程細胞載體[10]。骨水泥很少引起免疫反應，系統(tǒng)毒性也微不足道，具有良好的生物相容性，并能和骨直接融合，在骨科臨床上已經(jīng)應用于股骨頸骨折的內(nèi)固定增強和橈骨遠端骨折內(nèi)固定等[l1]。由于此類材料在生物學上缺乏有效的骨誘導性，脆性較大，抗張、抗扭和抗剪力差，為保證固化正常進行，應用時要求受區(qū)相對干燥，因此單純此類材料臨床應用較少，仍需進一步改進。
3.2 生物惰性陶瓷 氧化鋁：氧化鋁是一種生物陶瓷，其硬度大，耐磨，生物相容性好，單晶氧化鋁可用于骨折內(nèi)固定，多晶氧化鋁即剛玉，可制作人工關(guān)節(jié)。研究發(fā)現(xiàn)將氧化鋁晶體納米化合物團塊浸在與生物體液相似的溶液中，其表面可生成骨樣磷灰石層，提示在活體內(nèi)可能形成生物陶瓷如HAP、TCP等[12]。此外還有氧化鋯陶瓷被做成人工股骨頭用于全髖關(guān)節(jié)置換。最近還報道研制出一種結(jié)合了氧化鋁的生物特性及鎧氧化鋯的機械特性的新型物質(zhì)，這種混合陶瓷比氧化鋁陶瓷的磨損率低，在模擬人上進行的初步實驗結(jié)果具有一定的應用前景[13]。
3.3碳素材料：碳纖維有利于生物組織攀附生長，可用于人工肌腱和韌帶的置換[14]。低溫裂解碳又稱各向同性碳，是將烴類氣體在高溫下炭化，可以直接蒸鍍在人工關(guān)節(jié)的運動磨損表面，作為減磨涂層。類金剛石膜(DLC)亦稱金剛石樣碳素膜，是一種非結(jié)晶的碳氫化合物，具有良好的細胞相容性、血液相容性及高耐磨性高硬度等特點，可以沉積于人工關(guān)節(jié)表面。作為聚乙烯的對抗面，DLC同氧化鋁、鈷基合金的耐磨相當，可顯著改善矯形裝置的磨損[15]。是一種很有發(fā)展前景的膜材料。
近年來，隨著生物醫(yī)學工程、材料科學、納米技術(shù)的的迅速發(fā)展，對于生物材料的研究也日益深入，各種復合材料以及更加與各類型骨折愈合相適應的可降解性生物材料在骨科領(lǐng)域應用日趨廣泛。人工骨不僅具有良好的組織相容性，而且能誘導正常骨的形成，最終達到完全的骨修復，。隨著醫(yī)學分子生物學和基因工程及組織工程學的快速發(fā)展，利用不同的生物材料復加工，組配成理想中具有多種生物活性的人工骨將成為現(xiàn)實。
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一、納米陶瓷
所謂納米陶瓷 ,是指顯微結(jié)構(gòu)中的物相具有納米級尺度的陶瓷材料 ,也就是說晶粒尺寸、晶界寬度、第二相分布、缺陷尺寸等都是在納米量級的水平上。由于界面占有可與顆粒相比擬的體積百分比 ,小尺寸效應以及界面的無序性使它具有不同于傳統(tǒng)陶瓷的獨特性能。
二、納米材料性能
1.納米陶瓷材料具有極小的粒徑、大的比表面積和高的化學性能，可以降低材料的燒結(jié)致密化程度，節(jié)約能源。
2．材料的組成結(jié)構(gòu)致密化、均勻化，改善陶瓷材料的性能，提高其使用可靠性。
3.以從納米材料的結(jié)構(gòu)層次(1～100 nm)上控制材料的成分和結(jié)構(gòu)，有利于充分發(fā)揮陶瓷材料的潛在性能，而使納米材料的組織結(jié)構(gòu)和性能的定向設計成為可能。
4.催化性：納米粒子晶粒體積小，比表面積大，表面活性中心多，其催化活性和選擇性大大高于傳統(tǒng)催化劑。
三、納米陶瓷的應用領(lǐng)域
（1）耐高溫材料
納米陶瓷粉末涂料在高溫環(huán)境下具有優(yōu)異的隔熱保溫效果，不脫落、耐水、防潮，無毒、對環(huán)境無污染。在汽車工業(yè)也有著廣闊前景，如用納米陶瓷作為氣缸內(nèi)襯材料，因耐高溫可提高燃料燃燒溫度，使燃料的熱效率提高，涂覆于汽車玻璃表面可起到防污和防霧、隔熱作用。
（2）催化方面
納米粒子由于粒徑小，比表面大，故表面活性中心數(shù)量多，其催化活性和選擇性會加大，產(chǎn)物收率會增高。納米粒子作為催化劑，可大大提高反應效率，控制反應速度，甚至使原來不能進行的反應也能進行。
納米微粒作催化劑比一般催化劑的反應速度提高10～15 倍。
用納米微粒作為催化劑提高反應效率、優(yōu)化反應路徑、提高反應速度、降低反應溫度和光催化降解方面的研究，是未來催化科學不可忽視的重要研究課題， 很有可能給催化在工業(yè)上的應用帶來革命性的變革。
（3）生物材料、臨床方面
隨著納米材料研究的深入，納米生物陶瓷材料的優(yōu)勢將逐步顯現(xiàn)，其強度、韌性、硬度以及生物相容性都有顯著提高，為臨床制作人工關(guān)節(jié)、人工牙齒及牙種植體開辟了新途徑。利用納米微?？稍隗w內(nèi)方便傳輸?shù)奶攸c，科學家開發(fā)出放射療法用的羥基磷灰石復合陶瓷微粒。初步臨床表明，采用這種材料治療可以大大延長病人的壽命。
（4）涂料方面
納米材料由于其表面和結(jié)構(gòu)的特殊性， 具有一般材料難以獲得的優(yōu)異性能，顯示出強大的生命力。表面涂層技術(shù)也是當今世界關(guān)注的熱點。納米材料為表面涂層提供了良好的機遇，使得材料的功能化具有極大的可能。借助于傳統(tǒng)的涂層技術(shù)，添加納米材料，可獲得納米復合體系涂層，實現(xiàn)功能的飛躍，使得傳統(tǒng)涂層功能改性。
2.納米陶瓷與傳統(tǒng)陶瓷相比
傳統(tǒng)陶瓷材料質(zhì)地較脆、韌性及強度較低，因而使其應用范圍收到了較大的限制。隨著納米技術(shù)的廣泛應用，納米陶瓷克服了傳統(tǒng)陶瓷的脆性，使陶瓷具有類似金屬柔韌性和可加工性。
四、發(fā)展前景
納米陶瓷與普通陶瓷材料相比，在力學性能、表面光潔度、耐磨性以及高溫性能諸方面都有明顯的改善。目前，納米陶瓷材料的研究已涉及到有機和無機材料。由于納米陶瓷具有不同傳統(tǒng)陶瓷的獨特性能，納米陶瓷材料制成的燒結(jié)體可作為儲氣材料、熱交換器、微孔過濾器以及檢測氣體溫度的多功能傳感器，它的發(fā)展使陶瓷材料跨人了一個新的歷史時期。
正因為納米陶瓷具有優(yōu)良力學性能和某些特殊的功能，使納米陶瓷在多方面都有廣泛的應用，并在許多超高溫、強腐蝕等苛刻的環(huán)境下起著其他材料不可替代的作用，具有廣闊的應用前景。
五、結(jié)語
納米陶瓷作為一種新型高性能陶瓷，將越來越受到世界各國科學家的關(guān)注。納米陶瓷材料的發(fā)展起來的一門全新的科學技術(shù)，他將成為新世紀最重要的該技術(shù)之一。納米陶瓷的研究發(fā)展，必將引起陶瓷工業(yè)的發(fā)展與革命，引起陶瓷學理論的發(fā)展乃至新的理論的建立，以適應納米尺度的研究需要從而使納米材料具有更佳的性能，使其在工程領(lǐng)域乃至日常生活中得到廣泛的應用。
總之，要做到充分開發(fā)新型材料的性能和應用領(lǐng)域，做到早開發(fā)早受益，為我所用，服務于國家，服務于人民，服務于國防建設，是每一位材料科學工作者應盡的責任和義務。
參考文獻：
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2、原創(chuàng)技術(shù)和研發(fā)優(yōu)勢突出；
3、近期主打品種的快速增長，長期看原創(chuàng)技術(shù)帶來的產(chǎn)品儲備系列化。
即將登陸創(chuàng)業(yè)板的廣東冠昊生物科技股份有限公司（下稱“冠昊生物”，代碼300238）是一家專業(yè)從事再生醫(yī)學材料及再生型醫(yī)用植入器械研發(fā)、生產(chǎn)及銷售的高科技企業(yè)。公司擁有自主研發(fā)新型再生醫(yī)學材料，主營產(chǎn)品為生物型硬腦（脊）膜補片，2009年達到43%的市場占有率，加之市場整體增速接近40%。
冠昊生物創(chuàng)新能力強，技術(shù)優(yōu)勢明顯，2008年-2010年公司營業(yè)收入、凈利潤復合增長率分別達到70.8%、113.6%。近3年毛利率一直維持在90%以上。生物型硬腦（脊）膜補片的持續(xù)增長是冠昊生物收入和利潤的穩(wěn)定來源，未來公司的快速增長有賴于胸普外科修補膜和無菌生物護創(chuàng)膜的市場開拓。
硬腦膜補片推動高成長
冠昊生物是致力于再生醫(yī)學材料及再生型醫(yī)用植入器械的生產(chǎn)銷售，目前擁有生物型硬腦（脊）膜補片、胸普外科修補膜和無菌生物護創(chuàng)膜三個細分市場品種。生物型硬腦（脊）膜補片是公司的主打品種，收入、利潤分別占整體比重在85%以上，是近幾年業(yè)績的主要驅(qū)動因素。公司生物型硬腦（脊）膜補片自2006年6月上市以來，憑借優(yōu)越的材料性能，打破了進口產(chǎn)品的壟斷局面，市場份額逐年提升，在短短三年時間里成為國內(nèi)腦膜市場的第一品牌，市場份額達到40%以上，市場占有率第一。
胸普外科修補膜和無菌生物護創(chuàng)膜目前基數(shù)還較小，但增速較快。公司于2008年開始進入胸腹腔修復膜領(lǐng)域，2010年銷售額接近500萬元。公司于2009年6月推出無菌生物護創(chuàng)膜后，迅速得到市場認可。2010年實現(xiàn)收入872萬元，同比增長223%。公司的快速增長有賴于這二者的市場開拓。
近幾年我國植入醫(yī)療器械處于快速發(fā)展期，據(jù)行業(yè)協(xié)會估算，未來10年內(nèi)我國植入醫(yī)療器械行業(yè)將達到每年1500億元的市場規(guī)模，成為僅次于美國的世界第二大植入醫(yī)療器械市場，市場前景廣闊。
打造核心技術(shù)體系平臺
在十年的發(fā)展歷程中，冠昊生物自主研發(fā)了一系列世界先進的核心技術(shù)，并在再生型植入醫(yī)療器械領(lǐng)域積累了豐富的產(chǎn)業(yè)化經(jīng)驗，打造了從“基礎(chǔ)研究―產(chǎn)業(yè)化研究―產(chǎn)品臨床―規(guī)模生產(chǎn)―市場推廣”的完整產(chǎn)業(yè)化鏈條。
憑借原創(chuàng)的核心技術(shù)，冠昊生物以動物組織為原料成功的研制出一大類具有誘導再生功能的再生醫(yī)學材料，并以此材料為平臺，開發(fā)出一系列再生型醫(yī)用植入器械產(chǎn)品。目前公司已有三個膜類產(chǎn)品上市，正在研發(fā)的產(chǎn)品包括整形植入系列材料、骨填充材料、人工食管、小口徑血管、人工韌帶、神經(jīng)導管等十多個產(chǎn)品。未來三年，公司將重點研發(fā)市場前景廣闊的醫(yī)學整形美容、婦科盆底功能重建領(lǐng)域等新產(chǎn)品。
冠昊生物未來看點在于縣級醫(yī)院學術(shù)推廣。公司以學術(shù)推廣為核心，采用自主服務配送帶動分銷的組合銷售模式。平臺性技術(shù)可大量復制新產(chǎn)品，2009年冠昊生物新推出的胸普外科修補膜和無菌生物護創(chuàng)膜分別應用于腹腔手術(shù)和燒傷、外傷、難愈性創(chuàng)面，技術(shù)先進，有望復制腦（脊）膜補片的成功之路。
一、生物化工的發(fā)展前景
1.生物化工的發(fā)展狀況
近年來社會討論最多的莫過于能源問題，石油、煤炭等都是不可再生能源，一旦消耗殆盡就會影響人類的生活和社會發(fā)展，人們也致力于尋找新的能源。而生物能源恰好可以滿足人們的需求，它可再生，對環(huán)境污染小，儲藏量大。比如說，氫能儲藏量大分布范圍廣，利用它解決能源短缺很有效；燃料酒精的開發(fā)很有價值，利用玉米等農(nóng)作物提煉酒精作燃料，既環(huán)保又有發(fā)展空間。尤其近十年來，世界生化技術(shù)迅速發(fā)展促使生化領(lǐng)域取得了許多重大科技成果，主要表現(xiàn)在：一能源方面，纖維素發(fā)酵連續(xù)制造乙醇已成功，煤制甲醇、煤制烯烴技術(shù)已成熟；二環(huán)保方面，固定化酶處理氯化物已實際應用；微生物法生產(chǎn)丙烯酰胺、脂肪酸、 乙二酸等產(chǎn)品的生產(chǎn)已達到了一定規(guī)模。
常軼智說過，“由于人們對生物發(fā)展的越來越重視，生物技術(shù)和生物化工技術(shù)已經(jīng)初具規(guī)模，例如微生物法生產(chǎn)丙烯酰胺、透明質(zhì)酸、己二酸等。還有，我國檸檬酸的產(chǎn)量已經(jīng)達到世界領(lǐng)先水平，在生物農(nóng)業(yè)，食品等方面也有很多成就。
我國在氨基酸的發(fā)展中，谷氨酸的發(fā)展及產(chǎn)業(yè)已經(jīng)獨具規(guī)模，谷氨酸俗稱味精，是世界上銷售量最大的氨基酸，我國在谷氨酸的發(fā)展中僅次于抗生素的發(fā)展。近年來，我國還開發(fā)了許多的生物農(nóng)藥——蘇云金桿菌、井岡霉素、公主嶺霉素等，這些生物農(nóng)藥都具有高效安全、低毒方便等特性，在對農(nóng)作物殺蟲方面都很有效。我國在生物催化劑發(fā)展方面也有很快的提高，2009年光生物催化劑已經(jīng)有近兩億美元的市場。
2.我國生物化工發(fā)展存在的問題
政府不夠重視生物化工，資金的投入不夠，政府對生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)因為了解不深故認可度不高，不能成長遠角度看生物化工產(chǎn)業(yè)，導致生物化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展總是有一些障礙。另外，產(chǎn)業(yè)化程度低，科技研究成果不能很好的轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。由于生物化工技術(shù)研究費時，周期長，不能在短期內(nèi)見效，不能實現(xiàn)經(jīng)濟效益的立即體現(xiàn)，所以研究力量不均勻，企業(yè)對其投入不大。我國沒有像發(fā)達國家一樣的強大的研發(fā)隊伍，團隊力量不夠。
二、生物化工的應用
生物化工涉及多個領(lǐng)域，主要是生物高科技醫(yī)療制藥產(chǎn)品、資源能源和環(huán)保三方面的領(lǐng)域。像生物降解高分子材料指的就是能被生物體侵蝕而降解的材料。生物降解高分子材料的應用十分廣泛，一是可以利用在醫(yī)療方面，外科手術(shù)的縫合線，人造血管等制品，骨骼代替物如人工關(guān)節(jié)等；二是可以利用在工業(yè)方面，無污染可再生的降解再生的包裝材料；三是農(nóng)業(yè)方面可用作殺蟲劑的釋放可控制材料。生物轉(zhuǎn)化的實現(xiàn)，促進了酶在藥物合成中的應用。用酶和細胞代替化學催化劑進行有機合成具有選擇性專一、步驟簡單、過程溫和的特征，一些用常規(guī)化學方法不能進行的反應可以由酶和細胞來完成。但是酶和細胞的弱點是不穩(wěn)定、造價高，反應速度也十分有限，致使生物轉(zhuǎn)化大都停留在研究階段。要克服這一弱點，必須通過生物和化學的方法穩(wěn)定酶和細胞。
脂肪酶生物技術(shù)被廣泛應用于修復生態(tài)和被污染的環(huán)境，石油開采中重大漏油事故都可以靠脂肪酶來解決。脂肪酶可以用作處理廢水，通過脂肪酶可以制造液體肥皂，可以說生物化工是應用廣泛的，還例如，米曲霉可以用來處理毛發(fā)，假單胞菌可以用作改造被石油污染的土壤和有毒有害的氣體，不同的微生物可以用來處理廢水、廢棄的食用油、生物膜的沉積物、聚合物廢物等。由于煤炭、石油都屬于不可再生能源，迫切的需要找到替代物品，其中生物能源就被廣泛的應用。酒精就是一種很清潔并且環(huán)保的能源，我國就選出很優(yōu)良的菌種使用玉米，為了減輕污染加大投入對傳統(tǒng)的制造酒精技術(shù)加以改進，使用低溫蒸煮的方式向快速發(fā)酵方向發(fā)展，成功的研制了生物燃料。
生物化工在藥物的研制方面也有很大的成就，天然藥物資源的自然生產(chǎn)是很有限的，而利用生物化工生產(chǎn)的天然資源則能滿足人們的需求，生產(chǎn)的可控制性是其很大的優(yōu)勢，可適時地提高資源的品質(zhì)，使藥物優(yōu)化，所以這項技術(shù)具有很大前景。在中草藥資源上，利用規(guī)模化培養(yǎng)技術(shù)可減少、甚至免去對天然植物的依賴，對于我們這樣一個植被破壞面積大、沙漠化嚴重、大面積干旱缺水的國家是可持續(xù)發(fā)展的一項戰(zhàn)略措施。其次在天然產(chǎn)物的制備上，要充分發(fā)揮生物化工分離技術(shù)的優(yōu)勢，用層析、膜分離等高效分離純化技術(shù)和高效選擇性精度取代現(xiàn)有中草藥制備中的某些落后工藝，對整個過程進行優(yōu)化，提高產(chǎn)物收率、純度，實現(xiàn)組分的綜合利用，同時降低溶劑消耗量，從而可以達到降低成本，保護環(huán)境的作用。
木質(zhì)纖維素生物轉(zhuǎn)化產(chǎn)品被廣泛的應用，可再生性的木質(zhì)纖維素的開發(fā)已經(jīng)被發(fā)達國家列入了戰(zhàn)略性研究課題，是纖維素，半纖維素，木質(zhì)素重組，將生物能源，生物化肥，生物飼料，生物微生物材料作為了生物化工的重要應用領(lǐng)域。
另外，我國檸檬酸的生產(chǎn)量和出口總量每年都在不斷提高，是世界上檸檬酸出口第一大國。所以我建議我國的有機酸行業(yè)應該多向生產(chǎn)檸檬酸產(chǎn)業(yè)靠攏，可以加大力度再進行研發(fā)新項目并且努力在技術(shù)上創(chuàng)新，可以擴大企業(yè)的規(guī)模改善經(jīng)營的模式，擴大檸檬酸的應用領(lǐng)域。
三、總結(jié)
生物化工的發(fā)展前景是很廣闊的，其應用領(lǐng)域也很廣泛，生物化工產(chǎn)業(yè)必將成為未來炙手可熱的行業(yè)。
參考文獻
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專家預計，新型組織工程的開發(fā)具有廣闊的市場前景。目前，發(fā)達國家都投入巨資開展組織工程產(chǎn)品的研發(fā)。我國“十五”、“十一五”規(guī)劃也將組織工程列入重點發(fā)展的領(lǐng)域之一，是“973”、“863”計劃等資助的重要方向。福建是海洋大省，貝殼類海產(chǎn)品極為豐富，支架材料的來源非常廣泛，且成本比現(xiàn)有的合成材料低三分之二，發(fā)展這一項目具有得天獨厚的條件。
替代輸尿管缺損的組織工程學材料
簡介：隨著組織工程學技術(shù)的發(fā)展,組織工程學材料之一--ECM作為修復缺損區(qū)的材料得到了廣泛應用。該材料具備二個特點:(1)作為異體組織材料,在經(jīng)特殊脫細胞處理后,已無含細胞抗原的細胞成分,僅保留了由膠原蛋白,蛋白多糖,糖蛋白等低抗原物質(zhì)構(gòu)成的ECM。ECM的種屬差異小,抗原性弱,移植后不易產(chǎn)生排斥反應。(2)該材料可為細胞提供生存的三維空間,有利于細胞獲得足夠的營養(yǎng)物質(zhì),進行氣體交換并排除廢物。將輸尿管ECM移植于缺損區(qū)后,保持輸尿管完整性,保證尿液流通的作用,同時還可作為自體輸尿管細胞生長框架,誘導自體細胞長入其內(nèi)。因輸尿管有極強的再生能力,移植后自體輸尿管將形成新的具有原來功能和形態(tài)的輸尿管,達到修復和重建的目的。
意義：為尋求理想的輸尿管替代材料，該項目應用組織工程學材料--同種異體脫細胞輸尿管細胞外基質(zhì)作為輸尿管替代材料,并在動物實驗取得滿意結(jié)果的基礎(chǔ)上,成功應用于臨床。
項目負責：北京積水醫(yī)院泌尿外科；申鵬飛
湖南醫(yī)科大學湘雅醫(yī)院泌尿外科；胡杰
杰雅萊福生物技術(shù)公司技術(shù)部。
組織工程角膜生物材料載體制備
簡介：成年York豬角膜基質(zhì)材料，以Triton聯(lián)合0.25%胰酶，處理30 min～3 h為材料1；Triton聯(lián)合DNA、RNA酶，處理8～14 h為材料2；Triton聯(lián)合0.25%胰酶、DNA-RNA酶，處理3～5 h為材料3。3種材料用無水氯化鈣脫水干燥保存。在材料上接種兔角膜基質(zhì)成纖維細胞，觀察細胞生長情況。
結(jié)果：材料1、2細胞脫出不完全，處理最佳時間分別是2h和10～12h，角膜基質(zhì)網(wǎng)狀間隙無明顯增大；接種兔角膜基質(zhì)成纖維細胞后，3～4d細胞死亡；植入兔角膜基質(zhì)中有明顯的免疫排斥反應。材料3脫出細胞完全，其脫細胞處理的最佳時間為4 h，角膜基質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)無破壞，呈三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，網(wǎng)狀間隙明顯增大；接種兔角膜基質(zhì)成纖維細胞后，細胞在材料上貼附生長良好；將其植入兔角膜基質(zhì)中無炎性及排斥反應，可逐漸降解吸收，有良好的生物相容性。
意義：比較用不同的方法脫細胞處理異種（豬）角膜基質(zhì)制備組織工程角膜支架材料，并對其生物相容性進行研究。試驗證明：Triton聯(lián)合0.25%胰酶、DNA、RNA酶法處理的異種（豬）角膜基質(zhì)具有良好的生物相容性,可作為一種組織工程角膜的支架材料。
項目單位：武警陜西總隊醫(yī)院
第四軍醫(yī)大學口腔醫(yī)學院組織病理學教研室組織工程實驗中心
第四軍醫(yī)大學西京醫(yī)院。
應用于心肌組織工程的支架材料
簡介：本發(fā)明屬于組織工程領(lǐng)域，具體涉及一種應用于心肌組織工程的支架材料的制造方法。該支架在組成上盡量模擬心肌細胞的細胞外基質(zhì)成分。它的原始形態(tài)為一種液態(tài)水凝膠，主要由液態(tài)膠原(I型和III型等)、彈性蛋白、層粘連蛋白、雞胚抽提物、2×DMEM和胎牛血清等組成。將這些成分按適當?shù)谋壤旌霞纯尚纬深愃朴谔烊恍募〗M成的支架材料，與心肌細胞混合后可鑄成各種形狀心肌細胞-支架材料構(gòu)建物。用這種支架材料可構(gòu)建出一致跳動的組織工程化心肌組織。
意義：一種應用于心肌組織工程的支架材料的制造方法。根據(jù)天然心肌細胞外基質(zhì)的主要組成分按適當?shù)谋壤筒襟E混合而成，具有促進心肌細胞生長和跳動的生物學特性和力學性能。
項目負責：中國人民軍事醫(yī)學科學院基礎(chǔ)醫(yī)學研究所。
可降解聚合物用作骨組織工程細胞外基質(zhì)材料
簡介：現(xiàn)有的骨替代材料用作骨組織工程細胞外基質(zhì)材料都或多或少的存在一些缺點。人工合成可降解聚合物材料由于其組成成分、分子量、表面微結(jié)構(gòu)、大體形態(tài)、機械性能、降解時間等都能預先設計和調(diào)控，最后基本降解完全，避免了長期異物反應的危險，但是相比天然生物材料，人工合成材料最大的缺點是缺乏細胞識別信號，不利于細胞特異性粘附及特異基因的激活。為了增強材料對成骨細胞的粘附力，采取吸附或溶劑鏈接的方法，將纖維連接蛋白(fibronectin,FN)、膠原或某些促細胞粘附氨基酸短肽如精氨酸-甘氨酸一天冬氨酸(Arg-Gly-Asp,RGD)短肽和天冬氨酸-甘氨酸-谷氨酸-丙氨酸(Asp-Gly-Glu-Ala，DGEA)短肽引入基質(zhì)材料的表面或整體，必將促進細胞粘附，增強生長代謝。
意義：該項目進一步相信隨著材料科學及其制作加工工藝的不斷發(fā)展，以及對材料-細胞相互作用研究的不斷深入，以合成可降解聚合物為主要成分的有利于成骨細胞粘附和分化的新型基質(zhì)材料在骨組織工程研究領(lǐng)域必將展現(xiàn)喜人的應用前景。
骨組織工程多孔支架材料
簡介：本項目研究包括鈣磷生物陶瓷粉末的合成，可降解聚合物聚乳酸的合成，以及生物陶瓷、聚乳酸及天然聚合物材料多孔體的制備，應用多孔支架對兔脛骨骨缺損進行修復的研究。
1） 對鈣磷生物陶瓷粉末的合成工藝過程進行了改進，應用Ca(OH)2與H3PO4中和反應，成功制備了β-TCP和HA粉末，具有工藝簡單、合成量大的優(yōu)點。
2）以Al、Mg酸式磷酸鹽為粘結(jié)劑，鈣磷陶瓷粉體為原料，采用有機泡沫浸漬工藝制備了骨組織工程多孔支架。通過對原料和成形過程的控制，可以改變支架中磷酸鹽組成，調(diào)控支架的降解速度。
3）以冰微粒為致孔劑，開發(fā)了制備塊狀聚合物多孔支架的冷凍干燥―粒子濾出復合方法，用此方法制備的聚乳酸塊狀多孔支架無致孔劑殘留，可解決目前國際上大孔、塊狀聚合物多孔支架成形的工藝難題。
4）將種子細胞種植于多孔支架上進行培養(yǎng)，構(gòu)成種子細胞―支架復合體，研究了支架的細胞相容性。并制備了動物骨缺損模型，將種子細胞―支架復合體植入，修復骨缺損，初步結(jié)果滿意。
5）掌握了納米抗菌材料粒子單分散工藝，在天然聚合物多孔膜片上復合納米抗菌材料，制備了多孔生物材料復合膜片，可作為新型密閉性傷口敷料用于傷口治療。
意義：合成的生物陶瓷和聚乳酸材料在生物材料領(lǐng)域具有廣泛的用途，研制的多孔體可應用于骨、軟骨組織工程及用作藥物緩釋載體。
項目單位：東南大學。
骨髓間充質(zhì)干細胞生物特性及其構(gòu)造組織工程軟骨
簡介：軟骨構(gòu)建及軟骨缺損的修復組織工程學是20世紀80年代末發(fā)展起來的一門新興邊緣學科。MSCs在適宜的體內(nèi)或體外環(huán)境下，不僅可分化為間充質(zhì)組織，還可以保持內(nèi)外胚層的組織發(fā)育分化潛能，可以分化成神經(jīng)系統(tǒng)、肝、肺、上皮組織等。干細胞中的MSCs固有的優(yōu)勢和特性將在軟骨組織修復中成為首選種子細胞, 可通過取自體且體外擴增的MSC回植自體內(nèi)修復重建軟骨組織缺損。多項實驗表明在地塞米松的作用下，MSCs可以向骨、軟骨、脂肪甚至肌細胞等方向分化。在體外培養(yǎng)的骨膜細胞中加入TGF-β1后，可誘導其分化為軟骨細胞。TGF-β1在MSCs定向分化為軟骨細胞的過程中起到了非常關(guān)鍵的作用。TGF-β1能誘導MSCs轉(zhuǎn)化為軟骨細胞，同時對軟骨細胞的分化和功能具有雙向調(diào)節(jié)作用，促進未分化或分化早期軟骨細胞DNA 合成、增殖、分化及細胞外基質(zhì)的合成，抑制成熟軟骨細胞的增殖和分化。TGF-β1在MSCs生成軟骨誘導分化中發(fā)揮重要作用，其作用機制目前尚不清楚。
意義：作為細胞移植的細胞源，MSCs具有獨特的優(yōu)越性：①骨髓組織取材容易，可以通過穿刺獲得。②骨髓干細胞分離擴增方法簡單，成人的MSCs仍保持了多方向分化的潛能。③可以用于自體移植，避免的排斥反應和疾病傳播。④人骨髓干細胞移植的方法已經(jīng)經(jīng)過臨床驗證。隨著MSCs及其在軟骨組織工程中研究的不斷深入，相信組織工程軟骨將成為軟骨缺損修復的最有效方法。
項目負責：河北省唐山市華北煤炭醫(yī)學院附屬醫(yī)院；
軟骨組織工程用生物降解型可注射的改性水凝膠支架
關(guān)鍵詞：生物醫(yī)學工程；醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)；發(fā)展
【中圖分類號】
R195 【文獻標識碼】B 【文章編號】1002-3763（2014）08-0294-01
1 前言
生物醫(yī)學工程（Biomedical Engineering，BME）主要是指結(jié)合了化學、物理、數(shù)學、計算機與工程學原理，從事醫(yī)學、生物學、衛(wèi)生學以及行為學等方面的一種研究。生物醫(yī)學工程作為一門新興的邊緣學科，其應用工程技術(shù)手段，可以有效的解決目前醫(yī)學中的一些問題，從而為各類疾病的診斷、治療與預防，保障人們的健康起到積極的作用。而醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)主要是指在疾病預防、診斷與治療中所應用的電子醫(yī)療設備、內(nèi)外科器械、離體診斷設備、牙科器械、整形設備以及醫(yī)院供應品等等。生物醫(yī)學工程與醫(yī)療器械屬于醫(yī)院診治疾病中不可或缺的一部分內(nèi)容，也是現(xiàn)代醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的兩大支柱?；谏镝t(yī)學工程與醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的重要性，本文就以我國的生物醫(yī)學工程與醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)作為研究方向，論述其發(fā)展現(xiàn)狀，并對生物醫(yī)學工程與醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景展開探討。
2 生物醫(yī)學工程與醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀
2.1 生物醫(yī)學工程的發(fā)展現(xiàn)狀：
生物醫(yī)學工程專業(yè)作為一項研究方向諸多、內(nèi)容復雜、要求極高的專業(yè)，其在我國的發(fā)展已經(jīng)經(jīng)歷了36年，但是，我國生物醫(yī)學工程較國外相比，其起步還是較晚，綜合來看，其與國外的發(fā)展還是具有一定的距離。而從我國生物醫(yī)學工程的發(fā)展現(xiàn)狀來看，其對于人才的培養(yǎng)目標及研究成果，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：
⑴人才的培養(yǎng)。其一，培養(yǎng)能從事醫(yī)療設備管理、醫(yī)療器械質(zhì)量控制與管理、醫(yī)藥市場營銷、醫(yī)學技術(shù)服務等方面的人才；其二，將生物醫(yī)學工程專業(yè)將醫(yī)學技術(shù)與工程技術(shù)相結(jié)合，并以此為目標來培養(yǎng)高級臨床醫(yī)學工程技術(shù)型人才；其三，培養(yǎng)出綜合能力較強，能夠從事生物醫(yī)學工程研究、開發(fā)與生產(chǎn)的高級人才。⑵研究成果。我國生物醫(yī)學工程目前的研究成果主要有：人工關(guān)節(jié)、人工晶體等功能性假體；人工心臟瓣膜、人工心臟起搏器等人工器官；不同規(guī)格、不同種類的電磁與激光治療設備；超聲成像、磁共振成像、X射線計算機斷層掃描、生化分析儀等新型臨床診斷與監(jiān)護技術(shù)、監(jiān)護設備等。
2.2 醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀：
生物醫(yī)學工程在我國的發(fā)展，不僅促進了臨床疾病的診治效果，還推動了醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而當前我國醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展情況，主要體現(xiàn)在如下幾方面：⑴醫(yī)療器械工業(yè)現(xiàn)狀。由于國外醫(yī)療器械對國內(nèi)醫(yī)療器械市場造成的沖擊，近年來，我國已開始重視對醫(yī)療器械的自主研制與創(chuàng)新。例如，在“十二五”規(guī)劃中，特別強調(diào)了我國自產(chǎn)醫(yī)療器械的應用與普及、產(chǎn)品創(chuàng)新。并在著力突破高端裝備大多引進國外的問題。力求實現(xiàn)高端主流裝備、醫(yī)用高值材料、核心部件等醫(yī)療器械的自主制造，以實現(xiàn)降低醫(yī)療費用、打破進口壟斷的問題。⑵醫(yī)療器械營銷現(xiàn)狀。我國的醫(yī)療器械生產(chǎn)銷售企業(yè)諸多，尤其是近年來，在科技的快速發(fā)展下，使得我國醫(yī)療器械的營銷勢態(tài)良好，例如嬰兒培養(yǎng)箱、心電圖機、高壓氧艙、磁共振成像系統(tǒng)、體外診斷試劑、各種敷料及衛(wèi)生材料等數(shù)千種大小不一，規(guī)格不一的醫(yī)療器械在全國各醫(yī)院的應用是非常廣泛的。⑶醫(yī)療器械技術(shù)現(xiàn)狀。在科技的快速發(fā)展下，醫(yī)療器械的性能與質(zhì)量也得到了不斷升級。而我國各大小型醫(yī)院，在先進性醫(yī)療技術(shù)的驅(qū)動下，所應用的醫(yī)療器械也在不斷升級和完善，例如，基層醫(yī)療衛(wèi)生機械對采色超聲成像儀、生化分析儀、免疫分析儀、多參數(shù)監(jiān)護儀、心電圖設備、耗材等醫(yī)療器械的配置與升級。一些大型、綜合性醫(yī)院對實時三維彩色超聲成像儀、全自動生化分析儀、64排螺旋CT等先進性醫(yī)療器械的應用。
3 生物醫(yī)學工程與醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景
3.1 生物醫(yī)學工程的發(fā)展前景：
雖然生物醫(yī)學工程在我國的發(fā)展比較迅速，但其與國外的發(fā)展相比，還是存在一定的差距，基于這種現(xiàn)象，我國對于生物醫(yī)學工程的持續(xù)發(fā)展也十分重視。而在分析目前我國生物醫(yī)學工程的發(fā)展情況與研究成果之后，筆者認為，我國今后生物醫(yī)學工程的發(fā)展前景，將會體現(xiàn)在以下幾方面：⑴納米技術(shù)、介入性微創(chuàng)技術(shù)、激光技術(shù)以及植入型超微機器人，將是未來生物醫(yī)學工程的研究重點。⑵生物型人工器官、生物機械結(jié)合型將會有新的突破，各種高質(zhì)量的人工器官將會廣泛應用于臨床。⑶藥物與材料相結(jié)合的新型給藥裝置或技術(shù)將得到有效發(fā)展。⑷所應用的各種診療儀器與裝置，將會逐漸朝著遠程醫(yī)療信息網(wǎng)絡化、智能化的方向轉(zhuǎn)變，其診療所用機器人會在臨床上得到廣泛的應用。
3.2 醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景：
我國目前的醫(yī)療器械市場規(guī)模占醫(yī)藥總市場規(guī)模的14%，這也表現(xiàn)出我國的醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)雖然發(fā)展迅速，但與全球水平比還相差甚遠，不過，這種現(xiàn)象也給投資者們看到了該領(lǐng)域更大的發(fā)展空間。在技術(shù)的不斷升級下，國產(chǎn)高端醫(yī)療器械將會逐漸替代國外進口器械，隨著機械器智能與生物智能技術(shù)的發(fā)展，我國在未來必將不斷研發(fā)高科技醫(yī)療器械。此外，由于國民生活水平的不斷提高，之后的醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)還會以家庭會對象，研發(fā)生產(chǎn)出一系列適用于家庭自我監(jiān)護、診斷的高科技醫(yī)療器械產(chǎn)品。
4 總結(jié)
通過以上分析可見，生物醫(yī)學工程與醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)在醫(yī)學領(lǐng)域占據(jù)著舉足輕重的位置，而近年來在科技的快速發(fā)展下，我國對生物醫(yī)學工程也越來越重視，且醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)也得到了長足的發(fā)展。相信在未來醫(yī)學技術(shù)的不斷完善下，我國生物醫(yī)學工程與醫(yī)療器械產(chǎn)業(yè)也會有更加良好的發(fā)展前景。
參考文獻
