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  生物醫(yī)用材料(Biomedical Materials)，也稱生物材料(Biomaterials)，是一類具有特殊性能，應(yīng)用于疾病的診斷、治療、康復(fù)和預(yù)防，以及替換生物體組織、器官、增進(jìn)或恢復(fù)其功能的材料。美國國家衛(wèi)生研究所(NIHCDC)將生物材料定義為“能作為一個(gè)系統(tǒng)的整體或部分使用一段時(shí)間，達(dá)到治療、增加、或替換身體的一些組織、器官并恢復(fù)功能目的的任何物質(zhì)或物質(zhì)組合，它可以是天然的或是人工合成的”。生物材料的特征之一是生物功能性(biofunctionality)，即能對(duì)生物體進(jìn)行診斷、治療或修復(fù)；二是生物相容性(biocompatibility)，即不引起生物組織血液等的不良反應(yīng)。

  生物材料是研究人工器官和醫(yī)療器械的基礎(chǔ)，涉及材料、生物、醫(yī)學(xué)、化學(xué)以及物理諸多學(xué)科領(lǐng)域，其使用又與生理系統(tǒng)相接觸，因此該材料的研究與開發(fā)具有相當(dāng)?shù)碾y度與挑戰(zhàn)。因此，如果缺少了在不同研究領(lǐng)域內(nèi)具備突出專長的團(tuán)隊(duì)間的合作，生物醫(yī)用材料及醫(yī)學(xué)科研的整體創(chuàng)新與突破也將無從談起，更不用說實(shí)際的臨床應(yīng)用和更長遠(yuǎn)的發(fā)展了。

  對(duì)于醫(yī)用生物材料的發(fā)展，隨著醫(yī)學(xué)水平的提高以及人類生活質(zhì)量的改善，也同步促進(jìn)了生物材料的發(fā)展。第一代生物材料在20 世紀(jì) 60 年代應(yīng)用于人體，其特點(diǎn)是“生物惰性”，即在引發(fā)宿主最小毒性反應(yīng)條件下，重建受損組織的鏈接，如滌綸血管和金屬的支架等。第二代生物材料于20 世紀(jì) 80 年代開始應(yīng)用，主要是生物活性材料，即具備生物活性成分，從而引發(fā)組織的生理反應(yīng)，如羥基磷灰石骨材料，另外是可生物降解吸收材料。雖然有些組織可以承受惰性物質(zhì)的長久存在，如骨骼，但永久移植物總會(huì)刺激慢性發(fā)炎，即異體反應(yīng)。第三代生物材料是同時(shí)具有生物活性、可生物降解吸收的材料，即從分子水平上控制材料與細(xì)胞間的相互作用，從而可以引發(fā)特異性的細(xì)胞反應(yīng)，如可實(shí)現(xiàn)可控的粘附、增殖、分化及細(xì)胞外基質(zhì)的重建，從而誘導(dǎo)組織和器官的形成，是細(xì)胞和基因的活性材料。

  從臨床用途上來分，生物材料可分為骨骼肌肉修復(fù)替換材料、軟組織材料、齒科材料、心血管材料、醫(yī)用膜材料、組織粘結(jié)劑和縫合材料、藥物釋放材料、臨床診斷及生物傳感器材料。按照在生物環(huán)境中發(fā)生的生物化學(xué)反應(yīng)水平，生物材料又可以分為生物惰性材料和生物活性材料。生物材料按照材料的組成和性質(zhì)可以分為醫(yī)用金屬材料、醫(yī)用陶瓷材料、醫(yī)用高分子材料和醫(yī)用復(fù)合材料。人體絕大部分組織和器官都是由天然高分子化合物如蛋白質(zhì)、多糖等組成的，因此醫(yī)用高分子材料有其獨(dú)特的功效和特征，成為生物材料研究最活躍的領(lǐng)域之一。

  下面就為大家簡單介紹兩種重要的生物醫(yī)用材料，它們分別是金納米粒子和半導(dǎo)體共軛聚合物。這兩種材料在生命科學(xué)及醫(yī)學(xué)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用前景和潛力，也是目前被廣泛關(guān)注的兩種醫(yī)用生物材料。

1.金納米粒子材料

  由于具有高化學(xué)穩(wěn)定性、良好的尺寸可控性、易于表面修飾、獨(dú)特的吸收與光散射等物理化學(xué)性質(zhì)，金納米粒子在生物成像、疾病診斷、靶向藥物輸送和腫瘤光熱治療等領(lǐng)域已得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)尺寸小到幾個(gè)或幾十個(gè)金原子時(shí)（小于費(fèi)米波長，即<1 nm），由于小尺寸效應(yīng)使金納米粒子（即金納米簇）能夠發(fā)射很強(qiáng)的熒光。過去的十幾年中，金納米簇受到人們?cè)絹碓蕉嗟年P(guān)注。特別地，蛋白質(zhì)包覆的金納米簇具有更高的光穩(wěn)定性和生物相容性，易于在生物醫(yī)學(xué)、生命科學(xué)及環(huán)境分析等方面得到廣泛應(yīng)用。此外，親水性蛋白或其他小分子修飾的金納米簇具有良好的水溶性、表面可修飾性、血液中長循環(huán)時(shí)間、易于在腫瘤組織蓄積等優(yōu)勢，可用于生物成像、生物檢測、納米藥物載體和靶向治療等領(lǐng)域。

  材料的生物相容性和安全性是其能夠用于生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的前提。以往的報(bào)道普遍認(rèn)為金納米簇（特別是蛋白質(zhì)包覆的金納米簇）具有優(yōu)異的生物相容性。然而，這些報(bào)道中通常選擇單一的細(xì)胞系、孵育時(shí)間短、金納米簇濃度范圍窄等，因而對(duì)金納米簇的毒性研究還遠(yuǎn)不夠全面，還缺乏足夠的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來說明其是否有毒性。因此，金納米簇的安全性仍然不明確，在將納米材料運(yùn)用到臨床研究之前還有必要對(duì)其毒性進(jìn)行系統(tǒng)和深入的研究。

  比如最近，華中科技大學(xué)協(xié)和醫(yī)院皮膚科陶娟教授課題組與華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院朱錦濤教授課題組合作，首次對(duì)牛血清白蛋白包覆的金納米簇進(jìn)行了系統(tǒng)、全面的體內(nèi)外毒性研究。該研究選取了以生物相容性好的牛血清白蛋白作為模板來制備金納米簇，消除了金納米簇表面配體本身毒性的影響。同時(shí)，選取了三種腫瘤細(xì)胞系及兩種正常細(xì)胞，提高了結(jié)果的適用性。在此基礎(chǔ)上，在較寬的金納米簇濃度及作用時(shí)間內(nèi)，系統(tǒng)檢測了細(xì)胞攝取、存活率、細(xì)胞凋亡、細(xì)胞內(nèi)活性氧簇生成及細(xì)胞形態(tài)變化。研究結(jié)果表明，金納米簇能很快進(jìn)入細(xì)胞，并對(duì)不同細(xì)胞表現(xiàn)出不同程度的毒性，而金納米簇溶液中游離的牛血清白蛋白分子能部分抵消金納米簇的毒性作用，因而使金納米簇僅在一定濃度范圍內(nèi)（5和20 nM）表現(xiàn)出毒性。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，細(xì)胞內(nèi)活性氧簇生成是金納米簇產(chǎn)生毒性的重要機(jī)制之一。更為重要的是，金納米簇的細(xì)胞毒性在小鼠皮下腫瘤模型上得到了證實(shí)，能夠明顯抑制腫瘤的生長。

  這項(xiàng)研究表明，為了發(fā)揮其生物成像和納米藥物載體的功能，可以將金納米簇與生物活性小分子結(jié)合從而降低其毒性。另一方面，利用金納米簇具有的細(xì)胞毒性，可以在一定程度上發(fā)揮抗腫瘤的作用。

2.半導(dǎo)體共軛聚合物

  半導(dǎo)體共軛聚合物作為一種新型生物傳感材料，具有光捕獲能力強(qiáng)、敏感性高、生物相容性好、分子結(jié)構(gòu)可控等顯著優(yōu)點(diǎn)，在環(huán)境監(jiān)測、生物醫(yī)學(xué)研究等領(lǐng)域顯示出強(qiáng)大的應(yīng)用潛力和發(fā)展前景。比如，作為構(gòu)建光學(xué)傳感與熒光成像分析方法物質(zhì)基礎(chǔ)的熒光探針，通過結(jié)合利用半導(dǎo)體共軛聚合物材料，能夠在更大程度上提高熒光探針的靈敏度與特異性。然而，目前所報(bào)道的半導(dǎo)體共軛聚合物熒光探針，其主要依靠的是靜電相互作用力構(gòu)建傳感體系，降低了聚合物探針的選擇性，使其在復(fù)雜生物體系和血清樣本研究中的應(yīng)用受到很大限制。

  對(duì)此，南京郵電大學(xué)汪聯(lián)輝教授課題組設(shè)計(jì)制備了一種新型半導(dǎo)體聚合物納米生物探針，該納米生物探針具有免標(biāo)記、高靈敏度、高特異性的優(yōu)勢，可以在含血清緩沖液中檢測低至nM級(jí)的基因并能很好的區(qū)分單堿基變異。

  半導(dǎo)體共軛聚合物納米粒子具有熒光強(qiáng)度高、毒性低、表面易修飾等特點(diǎn)，將核酸分子（DNA）作為探針固定在納米粒子表面，構(gòu)建半導(dǎo)體聚合物納米生物探針，可以為生物傳感器的發(fā)展提供新的思路和傳感模式。該團(tuán)隊(duì)首先用納米沉淀法制備了半導(dǎo)體聚合物納米粒子，由于聚合物納米粒子光譜顯著紅移，使其與受體熒光分子的光譜匹配程度增大，同時(shí)利用納米粒子內(nèi)部的高效激子傳輸機(jī)制，該半導(dǎo)體聚合物納米生物探針呈現(xiàn)出很好的靈敏度和特異性，可以在含血清緩沖液中檢測到特異性的靶基因，同時(shí)可以分辨單堿基變異。尤其重要的是，核酸生物功能化顯著提高了半導(dǎo)體納米生物探針在復(fù)雜體系中的膠體穩(wěn)定性和光學(xué)性能，使其有望用于臨床血清樣本分析。

  該研究中所構(gòu)建的半導(dǎo)體聚合物納米生物探針，制備方法便捷、高效，并具備普適性的優(yōu)點(diǎn)，在臨床疾病診斷、分子生物學(xué)研究和環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域有廣闊的應(yīng)用前景。