生物医用材料的纳米情结

类似科幻小说的纳米技术正在以不可思议的速度发展。图片来源：www.compotech.com

　　美国科幻小说家艾萨克·阿西莫夫笔下的《梦幻航行》，为大家讲述了一段微小潜水艇在人体血液里航行的奇妙旅程。

　　而今，类似科幻的纳米技术正在以不可思议的速度发展，其带动的医用材料革命，也将深刻影响着人类健康。

　　在采访中，多位专家向《中国科学报》记者展示了纳米生物医用材料的神奇魅力，但是，就像科幻小说与现实有距离一样，这些先进的技术也急盼着从实验室走向临床，并进入市场。

　　纳米构筑的殿堂

　　诺贝尔奖获得者，量子物理学家费曼在上世纪60年代就曾预言：如果对物体微小规模上的排列加以某种控制的话，物体就能得到大量的异乎寻常的特性。

　　纳米技术的诞生，将这种特性发挥得淋漓尽致。

　　纳米即尺度的度量单位，1纳米相当于十亿分之一米，约为一根头发丝粗细的六万分之一，纳米技术就是在纳米尺度上对物质和材料进行研究和处理的技术。科学界普遍认为，纳米技术在医学、制造业、材料和通信等行业，都具有广阔的应用前景。

　　在生物医药领域，从动植物中提取必要的物质，再以纳米尺度加以组合，所产生的药物就会最大限度地发挥药效。而在生物医用材料领域，纳米技术的应用更是精彩纷呈。

　　同济大学纳米与生物高分子材料研究所所长任杰表示，纳米生物医用材料即一类使用先进纳米技术制备的天然或人工合成的特殊功能材料，它能与生命系统接触和发生相互作用，并能对其细胞、组织和器官进行诊断、治疗、替换修复或诱导再生。

　　对于这一将纳米技术与生物医用材料完美结合与交叉的新产物，任杰也向《中国科学报》记者一一展示了它所构筑出的材料殿堂。

　　从材料类别的角度来看，生物医用材料包括硅酸盐和磷酸盐等无机材料；天然与合成高分子等有机聚合物材料；不锈钢、钛和钛合金等金属材料，以及它们的复合材料。

　　而从临床应用的角度，生物医用材料又可分为组织修复材料，即骨、牙、关节等硬组织材料和皮肤、乳房、韧带等软组织材料；心脏、血管、胆管、尿道等心血管系统、消化系统、泌尿系统等医用材料；血液净化、肾透析等医用膜材料；药物载体、基因载体等药物缓控释载体材料；介入与微创治疗材料；临床诊断及生物传感器材料等。

　　现如今，现代医学的发展对与身体密切接触的医用材料提出了更高的要求。多年实践证明，纳米技术与生物技术的交叉融合，对提高生物医用材料的性能起到关键作用。

　　研发驶入快车道

　　任杰表示，我国的纳米生物医用材料在基础研究的某些领域并不比国外落后，特别是在组织修复材料和药物载体材料方面，基本上与国际同步。

　　采用纳米羟基磷灰石等材料进行骨损伤修复就是典型的成功案例。华东理工大学材料科学与工程学院生物材料研究所所长刘昌胜对《中国科学报》记者表示，对于纳米羟基磷灰石基的复合材料，植入人体后不仅能够被生物降解，同时也表现出良好的成骨活性。

　　清华大学材料科学与工程系教授崔福斋则形象地解释称：“植入纳米人工骨就好像藤会沿着支架不断生长一样，人体的骨细胞会慢慢爬进多孔的生物材料内部，破骨细胞一边‘吃掉’纳米人工骨，成骨细胞一边巩固阵地，并在纳米人工骨的内部生长起来，直到完全取代纳米人工骨，并被人体吸收。”

　　除此之外，任杰还表示，在采用高分子材料、二氧化硅和纳米碳材料等制备的纳米药物载体方面，国内研究人员也取得了许多实质性的进展。

　　纳米药物载体是一种属于纳米级微观范畴的亚微粒药物载体输送系统。将药物包封于亚微粒中，既可以调节药物释放的速度，又能够增加生物膜的透过性，改变其在体内的分布，并提高生物利用度等。

　　中国科学院生物物理研究所的研究人员就针对癌症化疗药物不分细胞“好坏”全部通吃的难题进行研究，成功发现了纳米尺度的输送载体。这种载体不仅能将化疗药物输送到肿瘤细胞之间，还可穿透细胞膜进入肿瘤细胞内部，在一定程度上识别细胞“好坏”，有效增强药物的抗肿瘤效果，并且降低药物毒性。

　　另外，刘昌胜补充道，随着纳米技术和材料科学、生命科学的不断交叉，纳米生物医用材料还在纳米磁性材料、纳米介孔材料、纳米抗菌材料、再生医学材料、高效生物诊断材料等领域，都取得了较大进展。

　　对于未来的技术研发，任杰表示，除了材料和产品的新颖性与有效性之外，还应特别注意材料的实用性与安全性，需要在动物和人体水平上进行效果和生物安全性评价。

　　“这就需要材料学家与生物学家、临床医生进行有效合作，针对临床需求开发相应的材料和技术，并站在临床应用的角度去评价材料和产品的效果。”任杰说。

　　市场转化待提速

　　虽然技术的研发驶入快车道，但在刘昌胜看来，由于我国纳米生物医用材料的发展历程比较短，绝大多数技术仍处于实验室研究阶段，产业化相对较弱。特别是一些纳米涂层材料、纳米检测技术等，真正进入实用化阶段的还很少。

　　任杰也持类似观点：“目前，国内整个纳米生物医用材料领域还普遍存在技术与临床需求脱节的现象。例如纳米药物载体材料，日本、韩国和美国均已有产品进入临床试验阶段，国内却还只是处于新材料的不断重复开发上，缺乏将成功的产品推向市场的动力与机制。”

　　究其原因，任杰总结称：一方面是企业急功近利、开发的动力不足，造成好的成果停留在实验室；另一方面是新技术和产品的认证和审批困难。

　　对此，任杰建议，首先政府职能部门与监管部门要从制度层面进行引导、鼓励和扶植整个产业的发展，加快标准制定与产品认证。监管部门也可以在管理上大胆创新，以推动国内新产品新技术的审批上市。

　　另外，科研院所的科研人员则要注意新技术的基础研究、应用研究和成果转化。要加强学科交叉与联合攻关，通过与企业合作，将成熟的技术导入市场，同时加强知识产权的维护。而企业在产品开发方面，更要高瞻远瞩、敢于投资，不能急功近利。

　　“新兴产业往往意味着风险与机遇并存，企业在控制风险的基础上，早一步进入就意味着未来有更多的机会。”任杰说。

　　《中国科学报》 (2013-04-24 第5版 生物周刊)