生物医学高分子材料

生物医学高分子材料（精选10篇）

生物医学高分子材料 第1篇

1 生物降解材料的特点以及降解机理

美国材料与试验协会(ASTM)对生物降解高分子材料定义为:在细菌、真菌、藻类等自然界存在的微生物的作用下通过发生化学、物理或生物作用而降解或分解的高分子材料[3,4]。常见生物降解材料包括聚羟基脂肪酸酯、聚乳酸、脂肪族聚酯、聚己内酯、酯族聚酯、多糖类等或其共混物。

1.1 生物降解材料的特点

生物降解材料除具有传统石化塑料相似的材料学性质外,其作为环境友好型材料的优势还表现在:①降解时间较普通塑料明显缩短[5];②避免普通塑料降解过程中释放出重金属的污染;③不产生普通塑料袋焚烧不完全释放的二口恶英等致癌、致畸废气[6];可与普通垃圾一起处理,并且以垃圾填埋方式处理后可作为肥料再次利用;④具有良好的生物相容性[7]。

1.2 生物降解材料的降解机理

高分子材料的分子量,功能基团种类、结晶度、规整性、稳定性、塑形剂、添加剂等,材料预处理的措施,所处环境微生物的类型等对材料的降解都有重要影响。具体表现在:

(1) 物理作用。光、辐射、温度、热/冷等外界条件都会影响材料的表面特性、机械性能等。如光敏性聚合物降解,主要是因为材料吸收光辐射中的紫外线,聚合物分子中的电子得到活化而具有活性,最后导致材料氧化,解理,以及降解[8]。

(2) 化学作用。环境中水分、pH值、湿度等化学条件改变而导致材料分子间价键断裂,发生化学转换而形成新官能团,从而影响化合物的降解[9,10]。

(3) 生物降解。生物降解很大程度上是生物矿化,即有机物转化为无机矿物质的过程。一般来讲,分子量的增加使材料水溶性降低,不能穿过微生物的细胞膜,使得微生物对其降解能力下降,亦使其在一定程度上免于受到微生物的攻击。微生物中的降解酶将结构复杂的高分子材料降解为小分子短链,如单体,二聚体等,以便穿过微生物细胞的半透膜,被其体内的酶降解,作为微生物生长所需要的底物。之后微生物通过有氧代谢途径生成CO2、H2O、少量无机副产物,或者在无氧条件下产生CO2、CH4和少量无机副产物[11]。

2 天然高分子材料的生物降解

淀粉、纤维素、甲壳素、壳聚糖、蛋白质等天然高分子材料,资源丰富、来源广泛,价格便宜,可完全生物降解,降解产物对环境无危害,是理想的生物可降解材料的原料。

2.1 聚羟基脂肪酸酯(PHA)

PHA是一类由细菌合成的、作为能量和碳源贮存的线性饱和聚酯。PHA结构具有多元化,因而具有良好的塑料热加工性能和生物降解性,可作为生物医药材料。PHA的熔点不稳定,在200 ℃时会分解;机械性能如杨氏模量和抗伸拉强度都与聚丙烯相似。目前如真氧产碱杆菌,假单胞菌属和重组大肠杆菌已经被应用于PHAs的生产,但较高的制备成本限制了其商业发展。

陶剑等[12]对代谢中长链聚羟基脂肪酸酯(PHAMCL)的细菌(氮源限制)利用葡萄糖合成的PHAMCL进行结构分析,获得该菌株PHA合成酶基因phaC1,利用大肠杆菌表达载体pBluescriptSK-构建重组载体,并在E. ColiJM109中成功表达,主要代谢3-羟基己酸和3-羟基辛酸两种单体。吴琼等[13]通过傅里叶红外细胞无损检测技术和常规气相色谱法对全国各地采集的不同样品菌种进行筛选,筛选出可以合成不同PHA单体的多种菌株。

2.2 聚-β-羟基丁酸酯(PHB)

PHB是由原核微生物在碳、氮营养失衡情况下作为碳源和能源贮存而合成的一种热塑性脂肪族聚酯,不溶于水,可溶于氯仿,具有较好的生物相容性,可制成可降解的医用塑料器皿和外科用的手术针和缝线等。

程帆等[14]发现明胶改性后的PHB亲水性能得到提高,PHB和明胶对肾上腺细胞的生长、增殖与分泌功能无影响,以PHB为载体的肾上腺细胞移植治疗肾上腺皮质功能不全,具有临床可行性。李荣群等[15]发现可完全生物降解的PHB与水溶性的聚氧化乙烯共混体系在力学上具有相容性,共混物的拉伸强度、断裂伸长率以及模量都有明显的正协同效应,共混物可克服PHB的脆性缺陷。

2.3 壳聚糖

壳聚糖是甲壳素经脱乙酰作用得到的一种天然高分子多糖,是迄今为止发现的唯一天然碱性多糖,分子结构中含有氨基、羟基、氧桥以及富含电子的吡喃环活性基团,通常表现出极强的亲和性。壳聚糖生物相容性和可降解性好,但是水溶性较差,通常需要对壳聚糖进行改性以拓展其应用。

孙坚等[16]制备的壳聚糖膜在体外溶菌酶、体内体液的作用下有较明显的降解,对机体较安全。Ajit P Rokhade[17]制备了葡聚糖-壳聚糖接枝丙烯酰胺半互穿聚合物网络,制得粒径在265-388 nm的疏水性药物载体,发现药物释放行为取决于聚合物交联程度以及用量,药物释放时间可达12h。

3 化学合成高分子材料的生物降解

常见化学合成高分子材料有聚乙烯醇、聚乳酸、聚酯、聚己内酯、聚酰胺等。但是单一高分子材料难以满足各种应用要求,目前其开发手段主要有天然高分子的改性和共混法,化学合成法以及微生物发酵法等。

3.1 聚乙烯(PE)

PE是目前世界上产量最大的一次性塑料,广泛用于包装、农用地膜等行业。但是,其降解机理单一,降解条件局限性大,降解率较低;受气候条件、地理位置影响大;理化机械性能、加工性能较差等。因此,选用适宜工艺对PE进行改性,制备可降解PE薄膜,减少对环境的沉重负荷,具有重要现实意义。

Pedroso A G[18]等研究了低密度聚乙烯(LDPE)/淀粉共混物,加入淀粉可以降低LDPE的熔融指数(MFI)、机械强度和断裂伸长率等参数值。淀粉添加量在40%-50%时,MFI值和机械强度的变化最明显,同时分别研究了改性前后的LDPE与淀粉的共混,发现共混物界面作用力很弱,淀粉是影响共混物参数改变的主要因素。Ioannis Arvanitoyannis[19]研究发现当淀粉含量超过10%时,LDPE与淀粉共混物的气体渗透性和水蒸气传输率随着淀粉比例的提高而增加,生物降解能力得到明显增强,但当淀粉含量超过30%时,LDPE /淀粉共混的机械性能则开始下降。Marek Koutny[20]等发现强氧化剂可以引发PE高分子链的破坏,加速PE光解和热解过程,有利于环境中PE垃圾的降解。

3.2 聚氯乙烯(PVC)

PVC是五大通用塑料之一,占合成树脂总消费量的30%左右,化学稳定性高,可塑性好,电绝缘性优良,但是热稳定性和耐光性较差,受热超过140 ℃即分解并释放HCl气体,致使PVC变色。PVC主要用于生产管材管件、电缆护套、硬质或软质管、一次性医用制品、热收缩薄膜等领域,用量仅次于PE,但产品回收价值极低,废弃或焚烧会造成环境污染。

郑敦胜等[21]以环己酮为溶剂合成了以PVC为主链、PLA为支链的接枝聚合物,通过土壤掩埋实验和扫描电镜分析材料的降解行为,发现随降解时间延长,接枝聚合物失重率显著增加;接枝产物接枝率越大,降解速度越快。Cannarsi M[22]等研究了淀粉/聚酯共混物,聚酯/聚酯共混物包装、贮存牛排的效果,发现两种共混材料的保鲜效果可以达到常用PE材料的标准,具有替代PVC塑料的潜力。已发现MnP酶是降解PE的关键酶,姚学峰等[23]设计不同长度碳链聚乙烯蜡为实验底物,分别与MnP结合,发现MnP酶只能催化C56以下的聚乙烯蜡,随着碳链长度的增加,酶与底物的结合越不稳定,其动能有逐渐降低的趋势。

3.3 聚乳酸(PLA)

PLA是以乳酸为主要原料合成的直链族聚酯,生物相容性与降解性好,可生产一次性输液用具、免拆型手术缝合线、药物缓释包装剂[24]等,焚化时不会释放出氮化物、硫化物等有毒气体。PLA的原料来源充足可再生,从玉米中提取出的淀粉作为原料经发酵制备乳酸,再通过化学合成转换成PLA。PLA能被自然界中微生物完全降解,最终生成CO2和H2O,但是PLA的降解机理目前仍不清楚,一般认为降解方式从酯基的水解开始的。要使PLA材料能够真正实用化,需要进一步研究其降解机理,根据材料使用环境和用途来调控产品的降解性能[25]。

Saito N等[26]制备了温敏型的PLA/PE共聚物作为骨形成蛋白(rhBMP-2)注射载药系统,在加热条件下载药体系可通过经皮注射发挥作用。随着温度降低至体温,其流动性下降,并最终以半固体物状态存在,并逐渐释放rhBMP-2。新型可注射骨感应材料将会减少传统骨组织治疗时带来的破坏性。Yongdoo Choi等[27]研究了PLA和PLA/聚乙二醇(PEG)嵌段共聚物按不同比例共混制备载atRA(全反式维甲酸)微球。随着微球中共聚物含量的增加,微球中亲水基团PEG部分的密度也增大,可很好的分散在PBS缓冲液中而不用表面活性剂。

3.4 聚乙二醇(PEG)

PEG是一种人工合成的水溶性高分子化合物,广泛应用于化工、纺织、造纸等行业,在自然环境中难降解,是水体中的难降解污染物之一。

Susan E Matthews等[28]制备了带有溶酶体降解序列GlyPheLeuGly和反转录单元序列的新型缩氨酸。凝胶电泳实验分析表明合成的缩氨酸产物中混有低聚体并且低聚体可以被组织蛋白酶 B降解。Li Mu等[29]研究了聚乳酸聚乙醇酸共聚物分别与琥珀酸聚乙二醇酯,聚乙二醇共混制备药物载体,DSC检测表明共混体系各种成分相容性好, PEG的加入通过影响到载体微粒表面的疏水性来影响到药物的释放过程。

3.5 聚ε-己内酯(PCL)

PCL是脂肪族聚酯中应用较为广泛的一种,其重复结构单元上有5个非极性亚甲基-CH2-和一个极性酯基-COO-,酯基的存在使其具有较好的生物降解性和相容性。PCL可以和许多聚合物接枝共聚、共混,或嵌段,形成具有多组分微相分离结构特征的聚合物,使本来不能共混的两组分形成均匀的多相共混体系,以改善共混体系的界面性能,赋予材料特殊性能。

Wurm A等[30]采用DSC测定了 PCL/ PEG嵌段共聚物(PCE)的结晶性,发现随着共聚物中PEG组分摩尔质量的增加,共聚物结晶性下降,亲水性提高,降解速度加快。Cesar M E等[31]研究了聚己内酯和己二酸修饰的淀粉共混物相对于聚乙烯在两种土壤中的降解行为,将待测样品加入到200 mg土壤中,28 ℃培养120 d,通过确定CO2的含量再次证明聚乙烯是环境难降解的,而聚己内酯可以作为生物降解材料使用。

4 展望

生物降解材料是高分子化学、生物、环境科学交叉而成的新研究方向,也是高分子科学的研究前沿。在过去的20年左右,随着人们对环境污染问题日益关注和可持续发展战略逐步推进,生物降解材料作为朝阳产业成为了研究重点。但是生物降解材料仍处于不断成熟的阶段,与传统石化材料相比,并没有一种生物降解材料可以有效的市场化。若要得到更好的推广和应用,今后亟需解决的问题有:

(1)合成新颖结构的降解高分子,如共混性高分子材料,对材料进行改性,提高材料降解前的物理化学性能,拓展材料的生物相容性;

(2)利用农田稻杆,废草等来源广泛、价格便宜的可再生材料制备生物降解材料,降低成本,提升材料降解速度,使之与传统塑料相竞争;

(3)筛选能高效降解高分子材料的微生物菌种,研究微生物降解材料与微生物之间的相互作用及自然降解机理;

(4)采用转基因、发酵、分离等技术得到不同菌种或植物的重组体,以生产不同单体聚酯或积累更多的高分子聚合体,提高原材料产量;

(5)制定并完善生物降解材料评估参数和检测的国际通用标准,以便科研人员就相同的目标共同努力。

摘要：介绍了生物降解材料的特点及降解作用机理,重点讨论天然高分子材料和化学合成高分子材料的研究应用进展,并对生物降解材料的发展前景进行了展望和论述。

生物医用高分子材料论文 第2篇

学 院 化工学院

指导老师 乔红斌 专业班级 高091班 学生姓名 张如心 学 号 099034030

医用功能材料及应用

摘要：了解生物医用功能高分子材料近年来的应用研究及发展状况，综述国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望对未来的生物医用高分子材料的发展趋势，通过介绍医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用，以及我国近年来的研究情况和存在的问题,形成对生物医用功能高分子的认识和其重要性的认识。

关键词：功能高分子材料 生物医用高分子材料。

前言：现代医学的发展，对材料的性能提出了复杂而严格的多功能要求，这是大多数金属材料和无机材料难以满足的，而合成高分子材料与生物体（天然高分子）有着极其相似的化学结构，化学结构的相似决定了它们在性能上能够彼此接近从而可能用聚合物制作人工器官，作为人体器官的替代物。另外，除人工器官用材料之外，医药用高分子材料、临床检查诊断和治疗用高分子材料的开发研究也在积极地展开，它们被统称为医用高分子材料。

1.生物医用功能高分子

生物医用功能高分子材料主要以医疗为目的，用于与组织接触以形成功能的无生命材料。其被广泛地用来取代或恢复那些受创伤或退化的组织或器官的功能，从而达到治疗的目的。主要包括医用高分子材料(以修复、替代为主)、药用高分子材料(以药理疗效为主)。生物医用高分子材料融合了高分子化学和物理、高分子材料工艺学、药理学、病理学、解剖学和临床医学等方面的知识,还涉及许多工程学问题。由于其与人体的组织和器官接触，因此，医用高分子材料必须满足如下的基本要求：①在化学上是惰性的，会因为与体液接触而发生反应；②对人体组织不会引起炎症或异物反应；③不会致癌；④具有良好的血液相容性，不会在材料表面凝血；⑤长期植入体内，不会减小机械强度；⑥能经受必要的清洁消毒措施而不产生变形；⑦易于加工成需要的复杂形状。

2.医用高分子材料发展的4个阶段

第1阶段：时间大约是7千年前至19世纪中叶，是被动地使用天然高分子材料阶段。这一时期的高分子材料有，大漆及其制品、蚕丝及织物、麻、棉、羊皮、羊毛、纸、桐油等。

第2阶段：从19世纪中页到20世纪20年代，是对天然高分子材料进行化

学改性，从而研制新材料阶段。在这阶段中，人类首次研制出合成高分子材料(酚醛树脂)。这一时期的高分子材料有，硫化橡胶，赛璐珞(硝基纤维素脂)、硝基纤维素酯，人造丝、纤维素粘胶丝、酚醛树脂清漆和电木等。

第3阶段：20-世纪30年代至60年代，是人类大量研制新合成高分子材料阶段。在这一阶段，“高分子科学”概念已经诞生，大批高分子化学家投入到新聚合物的合成和新材料开发的研究领域。从而导致了至今天仍有重要意义的大批通用高分子材料的诞生。例如顺丁、丁苯、丁纳等合成橡胶的出现；尼龙66、聚酯(PET)、聚丙烯腈等合成纤维的出现；聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯、聚酰亚胺、有机硅、有机氟、杂环高分子等塑料和树脂的出现。

第4阶段：从20世纪60年代至今，是人类对高分子材料大普及、大扩展阶段。在这个阶段，人类对上述聚合物的使用更加合理，聚合物生产的价格更为低廉，从而使高分子材料渗透到国民经济及人类生活的各个方面，使高分子材料成为了人类社会继金属材料，无机材料之后的第3大材料。

3.医用高分子的现状

现代医学的进步已经越来越依赖于生物材料和器械的发展,没有医用材料的医学诊断和治疗在现代医学中几乎是不可想象的。目前全球大量用于医疗器械的生物医学材料主要有20 种,其中医用高分子12 种,金属4 种,陶瓷2 种,其他2 种。利用现有的生物医学材料已开发应用的医用植入体、人工器官等近300 种,主要包括:起搏器、心脏瓣膜、人工关节、骨板、骨螺钉、缝线、牙种植体,以及药物和生物活性物质控释载体等。近年来,西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10 %～20 %的速度增长 ,而国内也以20 %左右的速度迅速增长。随着现代科学技术的发展,尤其是生物技术的重大突破,生物材料的应用将更加广泛,需求量也随之越来越大。生物医用高分子材料的发展,对于战胜危害人类的疾病,保障人民身体健康,探索人类生命奥秘具有重大意义。

4.生物医用高分子材料的种类

高分子生物材料随不同来源、应用目的、活体组织对材料的影响等可以分为多种类型。

生物医用高分子材料按性质可分为非降解和可生物降解两大类；按应用目的分为与血液接触的高分子材料、组织工程用高分子材料、药用高分子材料、医

药包装用高分子材料、医用粘合剂与缝合线；按材料来源可分为天然和人工合成两大类，下面我们就分别对这两种材料进行详细的论述。

4.1 天然生物材料

天然生物材料是指从自然界现有的动、植物体中提取的天然活性高分子，如从各种甲壳类、昆虫类动物体中提取的甲壳质壳聚糖纤维，从海藻植物中提取的海藻酸盐，从桑蚕体内分泌的蚕丝经再生制得的丝素纤维与丝素膜，以及由牛屈肌腱重新组构而成的骨胶原纤维[6]等。自然界广泛存在的天然生物材料仍有着人工材料无可比拟的优越性能。由于天然活性高分子来自生物体内且都具有很高的生物功能和很好的生物适应性，在保护伤口、加速创面愈方面具有强大的优势。例如：甲壳素又称几丁质（chitin），广泛存在于虾、蟹等甲壳动物及昆虫、藻类和细菌中，是世界上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物。它是一种惰性多糖，用浓碱脱去乙酰基可转变成聚壳糖（chintosan）。甲壳素、聚壳糖及其衍生物具有良好的生物相容性和生物降解性。降解产物带有一定正电荷，能从血液中分离出血小板因子，增加血清中H-6水平，促进血小板聚集或凝血素系统，作为止血剂有促进伤口愈合，抑制伤口愈合中纤维增生，并促进组织生长的功能，对烧、烫伤有独特疗效。根据研究报道，由于天然高分子医用材料的独特临床效果，它的应用前景相当广阔。

4.2 合成生物材料

由于天然材料的有限，人们需要大量的生物材料来维持他们的健康。合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可以植入人体，部分或全部取代有关器官。因此，在现代医学领域得到了最为广泛的应用，成为现代医学的重要支柱材料。与天然生物材料相比，合成高分子材料具有优异的生物相容性，不会因与体液接触而产生排斥和致癌作用，在人体环境中的老化不明显。通过选用不同成分聚合物和添加剂，改变表面活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性，从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生物合成高分子材料。目前，使用于人体植入产品的高分子合成材料包括聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶和硅凝胶等。应用场合涉及组织粘合、手术缝线、眼科材料(人工玻璃体、人工角膜和人工晶状体等)、软组织植入物(人工

心脏、人工肾、人工肝等)和人工管形器(人工器官、食道)等。合成医用高分子材料发展的第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅橡胶的出现，随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚(醚一氨)酯心血管材料，从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料，这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段，其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成，在分子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能，其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度。

4.3 目前已开发并投入使用的医用高分子材料的原材料分类列于表

5．医用高分子材料的特性

除了作为材料在力学强度等方面的普遍要求之外，医用高分子材料的特殊要求可以综合

概括为以下４个方面：

1)生物功能性:因各种生物材料的用途而异,如:作为缓释药物时,药物的缓释性能就是其生物功能性。

2)生物相容性:可概括为材料和活体之间的相互关系,主要包括血液相容性和组织相容性。组织相容性主要指无毒性,无致癌性,无热原反应,无免疫排斥反应,不破坏邻近组织等。血液相容性一般指不引起凝血,不破坏红细胞,不破坏血小板,不改变血中蛋白,不扰乱电解质平衡。

3)化学稳定性: 耐生物老化性或可生物降解性。对于长期植入的医用高分子材料,生物稳定性要好;对于暂时植入的医用高分子材料,则要求在确定时间内降解为无毒的单体或片段,通过吸收、代谢过程排出体外。

4)生产加工性:首先,严格控制用于合成医用高分子材料的原料纯度,不能带入有害物质,重金属含量不能超标;其次,材料加工助剂必须符合医用标准;第三,对于体内应用的高分子材料,生产环境应当具有符合标准的洁净级别;第四,便于消毒灭菌(紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒和酒精消毒等)。

6．医用高分子材料的主要应用 6.1 硬组织相容性高分子材料

硬组织相容性高分子材料(如各种人工骨、人工关节、牙根等)是医学临床上应用量很大的一类产品,涉及医学临床的骨科、颌面外科、口腔科、颅脑外科和整形外科等多个专科,往往要求具有与替代组织类似的机械性能,同时能够与周围组织结合在一起。

6.2 软组织相容性高分子材料

软组织相容性高分子材料主要用于软组织的替代与修复,如隆鼻丰胸材料、人工肌肉(硅橡胶和涤纶织物)与韧带材料等。这类材料往往要求具有适当的强度和弹性以及软组织相容性,在发挥其功能的同时,不对邻近软组织(如肌肉、肌腱、皮肤、皮下等)产生不良影响,不引起严重的组织病变。

6.3 血液相容性高分子材料

血液相容性高分子材料在医用高分子材料的应用方面,有相当多的器件必须与血液接触,例如:各种体外循环系统、介入治疗系统、人工血管(聚对苯二甲酸乙二酯)和人工心瓣等人工脏器。血液相容性高分子材料必须不引起凝血、溶血等生理反应,与活性组织有良好的互相适应性。

6.4 高分子药物和药物控释高分子材料

高分子药物指带有高分子链的药物和具有药效的高分子,如:抗癌高分子药物(非靶向、靶向)、用于心血管疾病的高分子药物(治疗动脉硬化、抗血栓、凝血)、抗菌和抗病毒高分子药物(抗菌、抗病毒)、抗辐射高分子药物和高分子止血剂等。高分子材料制备药物控制释放制剂主要有两个目的:1)为了使药物以最小的剂量在特定部位产生治疗药效;2)优化药物释放速率以提高疗效,降低毒副作用。高分子控制释放体系包括时间控制缓释体系(如康泰克等,理想情形为零级释放)、部位控制缓释体系(靶向药物)和脉冲释放方式(智能药物)。.医用高分子材料的发展及展望

我国生物医学高分子研究起步较晚。自20世纪70年代末起，北京大学和南开大学从事这一领域的研究。“九五”期间由何炳林与卓仁禧主持的国家自然科学基金重大项目组织大批科研力量进行研究，在此领域取得了显著成绩。1998年“生物医学高分子”项目获教育部科技进步一等奖。我国现有医用高分子材料60多种，制品达400余种。早在1999年6月，科技部生物领域专家组就在南京和上海召开了“生物芯片技术”和“组织工程技术”研讨会，会议决定启动这2个研究项目，并作为该领域的重点课题。东南大学、清华大学、华中农业大学、上海第二医科大学、第一军医大学和华东理工大学等单位承担了这些课题，其某些研究成果已见报道。此外，中科院化学所等多所高校以及军事医学科学院等单位也分别在组织工程、药物控释等方面展开了研究工作，使我国对医用高分子材料的研究起到了重要进展。

近年来，美国、欧洲和日本对生物医用高分子材料的研究与开发突飞猛进，从人工器官到高效缓释高分子药物都取得了很多成果和巨大效益。现在美国商业化的生物技术是以医药品为主的。加拿大的生物技术的优势领域在医疗器材和制

药业。德国1997年投入生物技术研究与开发的总经费大约为33亿马克。生物技术是日本21世纪创新产业的主要技术领域之一。在“生物技术立国”的口号下，日本政府5年内投资2万亿日元，其中生物降解材料和药物生产商业化是其重点支持的领域。韩国制定了《韩国生物技术2000纲要》，在实施纲要的14年期间，政府和企业将投资巨款用于该项建设。

医用高分子材料要应用于生物体必须同时要满足生物功能性、生物相容性、化学稳定性和可加工性等严格的要求。生物医用材料的研究和发展方向主要包括以下几方面: 7.1 组织工程材料

组织工程是应用生命科学与工程的原理和方法构建一个生物装置,来维护、增进人体细胞和组织的生长,以恢复受损组织或器官的功能。其方法是: 将特定组织细胞“种植”于一种生物相容性良好、可被人体逐步降解吸收的生物材料上,形成细胞-生物材料复合物;生物材料为细胞的增长繁殖提供三维空间和营养代谢环境;随着材料的降解和细胞的繁殖,形成新的与自身功能和形态相适应的组织或器官。

7.2 生物医用纳米材料———药物控释材料及基因

治疗载体材料高分子药物控制释放体系不仅能提高药效,简化给药方式,大大降低药物的毒副作用,而且纳米靶向控制释放体系使药物在预定的部位,按设计的剂量,在需要的时间范围内,以一定的速度在体内缓慢释放,从而达到治疗某种疾病或调节生育的目的。目前,高分子纳米材料和脂质体是基因治疗的理想载体,它具有承载容量大、安全性能高的特点。

7.3 复合生物材料

作为硬组织修复材料的主体,复合生物材料受到广泛重视,它具有强度高、韧性好的特点,目前已广泛用于临床。通过具有不同性能材料的复合,可以达到“取长补短”的效果,可以效地解决材料的强度、韧性及生物相容性问题,是生物材料新品种开发的有效手段。根据使用方式不同,研究较多的是合金、碳纤维/ 高分子材料、无机材料(生物陶瓷、生物活性玻璃)、高分子材料的复合研究。

7.4 生物材料表面改性是永久性课题

材料表面改性是生物材料研究的永久性课题。如:在选用合成高分子材料制造人造器官时,可以用共聚的方法,把两种以上的高分子合成在一起,使材料分子中的亲水基团稀稀落落分布于各处,呈微观体均匀结构状态,这样可以大大提高抗血栓功能。

展望未来,高新技术的注入将极大地增强医用高分子材料产业的活力。常规医学材料的应用中所面临的人工关节失效的磨损碎屑问题,心血管器件的抗凝血问题,材料的降解机制问题,评价材料和植入体长期安全性、可靠性的可靠方法和模型等问题有望得到改善。但同发达国家相比,我国的医用高分子相关产业的规模以及研究开发的水平都还有较大的差距。我国加入WTO 后医用材料产业将面临重大挑战和机遇,所以应在国家的大力支持下,跨部门、跨学科通力合作,通过走自力更生与技术引进相结合之路,在生物材料、分子设计、仿生模拟、智能化药物控施等方面重点投入。医用高分子材料必将为造福人类作出更大贡献。

参考文献：

生物医学高分子材料 第3篇

[关键词]医学院校；生物化学与分子生物学；实验教学；改革

生物化学与分子生物学主要是从分子的水平型研究生命现象的科学性，主要是研究化学反应与人体内部的物质分子的基础性生物课程，是生物科学行业当中发展速度最快的一门医学学科，其技术与理论已经逐渐普及到各个生命科学领域当中，是生物学与相关学科之间的共同语言。实验属于一门学科，在生物化学与分子生物学实验教学当中生物化学教学有着非常重要的地位，保障实验教育质量便能够有效巩固学生的实际应用能力。

一、从学校方面改革生物化学与分子生物学实验教学

学校应当提高对实验教学的认识。实验教学是医学院校中培养学生科学素质以及科学实践能力的重要环节。在美国教育中，能力远大于知识，能力并不来源于知识，而知识却可以来源于能力，能力的来源在于“参与”，在于“做”。对于医学院校而言，则必须重视学生动手能力的培养，强化实验课、实践课的同时强化对学生动手能力的考核。医学院校可以从三个方面强化对实验教学的认识：1.在教学实验室当中提供必要的仪器设备，从教学硬件设备上保障教学目的得以实现；2.在资金方面上，加大对实验室设备、先进实验室的建设投入，保障学生的学习效果符合社会需求；3.在教学计划方面需要不断的审视实验室教学的重要性，不断的优化实验性教育。

传统的医学基础教学实验课是属于理論课的，其实验课都归属于教研室管理，没有独立的实验室，其教研室又被划分得比较细，其规模较小，教学仪器设备普遍较为单一、分散，对于教育而言有着极大程度的阻碍性。对此，医学院校就应当根据生物化学与分子生物学实验教学中的需求，统一性调配实验教学的管理，做好真正的资源共享，充分发挥教学仪器的教学作用。

二、从教师方面改革生物化学与分子生物学实验教学

改善教学方式，保障教学方式能够与时俱进[3]。教师不能因循守旧，应当与世界接轨，及时的了解学科的教学新技术，掌握科学的教育方式，并引导教师学会如何学习，如何获取最新的科学知识动态，从而实现搞技术人才的培养工作。

承担生物化学与分子生物学实验课的教师应当充分认识到自己工作的重要性，保障课堂的趣味性，促使学生在听课过程中能够获取相关知识、技能内容。要达到这样的目的，教师必须要对实验课的教学方式进行适当的改善，在布置实验课的方式上、实验课的步骤上。应当保障每一个实验都能够吸引学生，引导学生主动参与到教学当中，从而提高学生的学习兴趣，不仅仅是帮助学生完成相关的实验操作，更重要的是帮助学生熟悉实验过程中的操作技巧以及引发学生的思考。

传统的灌输式教学模式在实验性课堂当中显然不适用，尤其是生物化学与分子生物学这样创新性非常强的课程，其实验教学的最终目的是为了提高学生对知识、技能的掌握以及创新能力的培养。目前，许多教师会在实验前帮助学生准备好实验中所可能用到的物品，并梳理好实验中的步骤，让学生按照教师的知识去完成实验，这样的方式从根本上就剥夺了学生的独立操作，从而导致学生的实际学习效果不理想。

三、从学生方面改革生物化学与分子生物学实验教学

生物化学实验是一门实践性非常强的科目，高校学生应当对实验性课程做好相应的心理准备以及同等的重视程度，在实验当中学生不仅仅需要在培养实践技能，更多的是提升学生的创新思维能力[4]。学生在生物化学与分子生物学实验教学当中首先应当重视实验课，并杜绝实验课不重要的意识，强化自身在实验课当中所获取的技能、知识的渴望与认识。在课堂开展之前，学生应当做好充分的预习准备，基本了解实验原理以及步骤，在进入实验室时必须有相应的心理准备，做好相关的实验准备。通过这样的做法，能够基本杜绝学生在实验过程中的盲目性，帮助学生提升对实验课的参与积极性，同时也消除学生对教师的依赖，改善以往被动式的学习现象。例如，在做蛋白质印迹实验之前，学生应当先了解并熟悉其抗体特异性的结构特征，并基本了解整个实验步骤，其中主要包含配胶、上样、电泳、电转、结合抗体以及显色等。因为聚丙烯酰胺的凝胶时间比较长，普遍在实验课开始之前教师便已经开始配置，所以如果在课前学生没有做好充分的准备就很难在课堂中得到充分的学习。

四、结语

综上所述，医学院校的教学最终目标在于给予社会提供更多实用性、高技术人才，医学院校生物化学与分子生物学实验教育必须要依据社会、行业的需求进行创新，通过学校、教师以及学生等多方面进行改革创新，促使医学院校生物化学与分子生物学实验教学质量得以稳固提升。

参考文献：

[1]文朝阳，马惠苹，孙林，等.研究生担任生物化学与分子生物学实验课程助教的实践探讨[J].中国医学装备，2012，9（11）：72-74.

[2]刘湘新，苏建明，刘进辉，等.生物化学与分子生物学实验教学改革探索[J].中国畜牧兽医文摘，2013（4）：197-198.

[3]白慧玲，刘瑞敏，刘峰涛，等.融合免疫学、生物化学和分子生物学综合性、设计性实验教学探讨[J].中国病原生物学杂志，2012（3）：238-239.

[4]庞敏，张菡菡，孔丽君，等.医学生物化学与分子生物学实验教学模式改革的探讨[J].黑龙江科技信息，2012（25）：203-203.

生物医用天然高分子材料研究进展 第4篇

关键词：生物医用,天然,高分子材料,研究进展

生物医学材料包括合成高分子材料、天然生物材料、金属与合金材料、无机材料、复合材料等,其中天然生物材料一般是指可降解可吸收的生物材料,是天然存在的,来源于动植物或人体内的大分子物质,它能在机体生理环境下,通过水解、酶解等多种方法,从大分子物质逐渐降解成对机体无损害的机体内自身就存在的小分子物质,最后通过机体的新陈代谢完全吸收或排泄,且对机体无毒副作用[1]。随着社会的发展和世界人口的增长,资源日益匮乏,各种疾病的发病率越来越高,生物材料在医学上的应用也越来越广泛,如何最大限度的开发和利用现有的天然生物材料则成为了材料应用研究的热点问题之一。

天然可降解和可吸收生物材料的主要医学用途有:①作为可降解吸收缝合线的组织缝合材料,如胶原、壳聚糖等经过一定的工艺可制成可降解手术缝合线;②作为载体材料用于药物控制释放体系,如壳聚糖和丝心蛋白的共混材料;③作为组织修复的引导再生膜材料,如胶原与丝心蛋白的复合材料;④作为组织修复的替代植入材料;⑤作为隔离组织的防组织粘连膜材料。目前医学领域研究最多,应用也最多的天然可降解和可吸收生物材料主要有胶原、壳聚糖、聚羟基烷基酸酯等。

1 胶原和明胶

胶原是细胞外最重要的水不溶性纤维蛋白,是动物体内含量最丰富的蛋白质,约占人体蛋白质总量的30%以上。其结构是由三条α-肽链组成的纤维状蛋白质, 相互拧成三股螺旋状构型。明胶是胶原蛋白部分水解的产物,它们一级结构上都同时含有酸性的羧基和碱性的氨基,是既带正电荷又带负电荷的两性电解质,具有良好的生物相容性,也具有无抗原性和可参与组织愈合过程等特点,因此广泛应用于医学领域。

医用胶原主要从动物如猪、牛的骨骼等组织,经过浸煮、水解等多道工序提炼而成,制备工艺有酸法、碱法及酶法等,也有人从鱼皮、鸡皮中提取明胶来对其理化性质进行研究,以期得到实际应用。谢宁宁等[2]以鱼皮为原料,制备了水产明胶,并优化了明胶的提取工艺,发现最佳提取条件为:提取液的pH值为8,料液比为1:4,在70℃下提取1.5h,此时提取率达到5.94%,纯度为96.73%;曾少葵等[3]对鱼皮的脱腥方法进行了研究,发现活性炭吸附法效果最好;Mohammad[4]使用来源于猪和牛的明胶,考察了其理化性质,发现不同来源的明胶,其pH范围保持在4.75~5.51。

胶原和明胶的缺点是降解快、机械强度小,为了增强其机械强度,调节其降解速率,可通过用热交联等物理化学方法、生物方法或与其他材料复合的方法来改性,可得到许多既具有新的特性,又保留胶原优异性能的新型材料。郑学晶等[5]用双醛淀粉(DAS)交联改性明胶,研究了改性明胶相关性质的变化,结果发现适量的DAS可大幅度提高明胶的拉升强度,降低明胶膜对水的敏感性,交联后明胶的热降解稳定性也有所提高;陈颖佳等[6]用单宁等改性明胶,改性后明胶薄膜的力学性能、溶胀性能、吸湿、热降解稳定性和耐紫外等性能都有所增强。

胶原广泛用于止血、伤口愈合以及组织再生引导或诱导材料、烧伤创面敷料和骨移植替代材料等方面。而胶原与其它材料复合可构成新型的复合材料用于骨组织工程等领域,如胶原与硫酸软骨素复合,构成的多孔支架可用于制作人工皮肤;胶原与羟基磷灰石复合可构成骨替代修复材料。顾其胜等[7]曾经总结过胶原蛋白制品的医学用途,把胶原蛋白制成凝胶状、粉末状或薄膜状、管状等不同的形态,其医学用途各不相同,在血管外科、矫形外科、创伤外科等八个临床外科中都有应用。Thawatchai Tungkavet等[8]发现明胶的电磁活性和热力学性质远远强于其他电磁材料,表明明胶可以作为人工肌肉的支架材料;胶原也可作为载药微球的载体材料来载胰岛素、酶等蛋白类药物[9],以实现药物的高效利用。

2 聚羟基烷基酸酯

聚羟基烷基酸酯(PHA) 属于聚酯类,是一类由微生物在营养不平衡的条件下合成的胞内储藏能量的聚合物。PHA具有良好的生物相容性、压电性、光学活性、耐紫外辐射和类似于合成塑料的热塑性,它可以在生物体内和环境中完全降解,因此广泛用于农业、医药、包装和一般塑料制品。由于PHA由微生物合成,故随着微生物生长环境、微生物种类的不同,合成的PHA种类及相对分子量也会不同。聚羟基丁酸酯(PHB) 是PHA 中结构最简单、发现得最早,研究得最多的一种,一般用可控的天然微生物发酵生产。

PHA具有机械强度小、产率低、成本高、不易加工等缺点,所以必须对其进行改性,提高其力学性能,简化加工工艺,同时保持其原有特性,才能使PHA具有更广泛的应用。PHA的改性可以用物理方法、化学方法和生物方法[10],如不同PHA单元连接共聚或不同的PHA共混,也可与可生物降解的天然高分子或化学合成高聚物共混改性,如用木质纤维素、淀粉、聚己内酯等共混。

PHA 的生物合成由不同的代谢途径控制,而每一个途径都是由多种酶催化的复杂过程,所以生物法合成PHA的生产成本比较高,如何最大限度的降低PHA的生产成本依然是目前PHA开发应用的关键。为了这一目的而进行的研究工作主要有:利用基因工程技术获取重组菌株;使用低成本碳源;开发合适的提取工艺;发掘具有高合成效率的新菌种等等。胡风庆等[11]利用基因工程手段在嗜水气单胞菌中创建Ⅰ型聚羟基脂肪酸酯合酶基因重组缺失突变的嗜水气单胞菌CGMCC 0911 菌株,结果发现此菌株可以利用月桂酸或葡萄糖积累中长链PHA, 表明了野生型嗜水气单胞菌基因组中存在另一个编码Ⅱ型PHA合酶的基因,而且这两种酶呈显隐性关系,只有在Ⅰ型PHA合酶被钝化或缺失后, 这个功能被隐藏的Ⅱ型PHA合酶才可在细胞中发挥作用;Mirac Yilmaz1等[12]从不同土壤样品中分离出杆菌属的29种细菌,用这些细菌产生PHB并使用光谱测量方法测其含量,结果发现这些细菌的PHB产量为细胞干重的1.06%-41.67%,最高产量41.67%来自于B杆菌M6。Srividya Shivakumar等[13]用BHM培养基培养分离纯化的桔青霉菌S2,分离纯化其产生的PHB,并研究了其特性及动力学特性,为PHB的应用研究奠定了基础。

PHB在生物体内可降解成存在于人体血液中的天然物质D-3-羟基丁酸,因此PHB作为生物医学材料,广泛应用于手术缝合线、人工皮肤、药物控释载体、组织引导再生膜等方面。伍锦华等[14]将成纤维细胞传代后与PHB可吸收缝线复合培养,检测发现细胞在丝线上贴附生长良好,且实验组对细胞增殖无明显影响,说明PHB可吸收缝合线具有良好的生物相容性;管东华等[15]发现纳米羟基磷灰石与PHB的复合纤维支架对大鼠骨髓基质细胞成骨分化具有促进作用,并证实其在体外具有优良的生物活性。Hideki等[16]研究了PHB缓释微球药物释放速率的影响条件及控制,发现药物释放速率与微球的直径以及微球材料的结晶动力学有关,可通过控制微球直径及改变微球成分来达到控释的目的。

3 壳聚糖和甲壳素

甲壳素是广泛存在于虾、蟹和昆虫等节足动物的甲壳和细菌细胞壁中的天然多糖, 在自然界的含量仅次于纤维素,而壳聚糖是甲壳素脱乙酰化的产物,在食品医药行业具有很大的应用价值。壳聚糖以β-1,4键连接,单体由大部分D-氨基葡萄糖和少量的N-乙酰-D-氨基葡萄糖组成,属于直链多糖,其化学名为(1 4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖,壳聚糖是目前已知的天然多糖中惟一的碱性多糖。

壳聚糖带正电荷,具有无毒无刺激、可降解、良好的机械性能、良好的生物相容性和生物活性以及无免疫原性等特点,具有消炎,止痛以及促经伤口愈合等生物活性,K.Koji等于1982年报道了用蟹壳甲壳质粉为原料纺制成的甲壳质单纤维,然后将其捻制成外科用可吸收手术缝合线,所制成的手术缝合线的质量完全满足日本药典标准。此外,壳聚糖还可与其他材料复合,广泛用于抗凝血材料、骨修复材料、人工皮肤、可吸收手术缝合线、药物载体系统、人造生物膜等医学领域,如有人将壳聚糖可与胶原、透明质酸等复合,所得复合材料结合了两种不同材料的优点,并改善了其缺点。

壳聚糖在医药方面的应用主要是作为药物载体,作为医用膜和敷料,用来降血脂和胆固醇、保护肝和作为组织工程支架材料等方面。壳聚糖也可以用作澄清吸附剂应用于中药方面。其研究主要集中在抑菌防腐作用和降血糖、促进双歧杆菌等有益菌群增殖以及抗肿瘤等方面。钟婧等[17]将壳聚糖季铵盐制成纳米粒,用此纳米粒包裹pcDNA3.1-EGFP质粒,分析了此载基因纳米粒的抵抗核酸酶降解的能力,并评价了纳米粒的体外转染活性,结果表明壳聚糖季铵盐纳米粒能将基因递送到细胞内,并且报告基因能在细胞内表达;牛梅等[18]以天然高分子壳聚糖为载体制备了载银壳聚糖复合抗菌剂。运用多种方法对样品的形貌和结构进行了表征, 并且测试了样品的抗菌性能。结果表明, pH 值对样品的抗菌性能影响最大, 其次为反应时间、壳聚糖质量和反应温度。壳聚糖与银离子发生配位反应且复合物呈无定形结构,复合物的抗菌效果优于单一的壳聚糖;Mao H Q等[19]将壳聚糖-DNA纳米粒用于基因疫苗的口服传送和亚细胞转运的研究,结果表明壳聚糖的纳米颗粒是通过内吞作用进入细胞。

4 展望

生物医学高分子材料 第5篇

课堂报告题目

1.生物玻璃研究进展 2.生物陶瓷研究进展

3.碳素材料在生物材料领域的研究进展 4.金属材料在生物医用材料中的应用研究进展

5.形状记忆合金的种类、特性以及在生物材料领域的用途 6.膨体聚四氟乙烯在生物医用材料上的应用研究进展 7.硅胶在生物医用材料上的应用研究进展 8.聚氨酯在生物医用材料上的应用研究进展

9.胶原和明胶的结构以及在生物材料上的用途、目前研究状况 10.透明质酸的结构以及在生物材料上的用途、目前研究状况 11.壳聚糖、甲壳素的结构以及在生物材料上的用途、目前研究状况

12.海藻酸钠的结构以及在生物材料上的用途、目前研究状况 13.聚乳酸可生物降解材料研究进展 14.聚碳酸酯可生物降解材料研究进展 15.美容整形材料的种类及应用研究进展 16.牙科粘结材料的种类及应用研究进展 17.医用敷料应用研究进展 18.医用手术缝线应用研究进展 19.人工角膜研究进展或角膜接触镜研究进展 20.骨科材料应用研究进展 21.人工血管应用研究进展

22.先天性心脏病治疗用封堵器的研究应用进展 23.组织工程材料研究进展 24.药物控制释放材料研究进展

25.智能材料在生物医学上的应用（比如环境敏感水凝胶等）26.靶向高分子材料在生物医学领域的研究应用进展 27.超支化聚合物在生物医学领域的研究应用进展 28.树形高分子在生物医学领域的研究应用进展

注意事项：

 文件命名方式为：姓名+班级（09材化1或09材化2）+题目，一定不要提交新建文件或者演示文稿这样的名字啊，不然我要一个个改文件名，太焦躁了。

 2人同一个题目，从1班到2班按照学号顺序选题，也可选这28题以外与生物材料相关的内容题目。要求文件长度为20页以上。不要直接将网上下载的PPT文档原封不动交上来！直接拷贝粘贴PDF文档也会存在很多错误，请修改。最好选用网上一个比较好的专业模版，这样会让你的报告文件提升一个档次，大家各显神通吧，期待你们精彩的作业。

 第7周周五之前上传到班级群共享，第九周至第十周开始报告。报告人从完成质量良好的的作业中选出。

生物医学高分子材料 第6篇

一、以往生物化学与分子生物学教学过程中存在的弊端

我国高等医学教育传统的人才培养模式主要围绕着“以教师为中心, 以书本为中心, 以课堂为中心”的模式进行知识的传授。随着生物化学与分子生物学的迅猛发展, 新技术新手段的层出不穷, 以往的教学模式的弊端不断显露出来。 (1) 学生缺乏对教学的主动参与性, 师生之间缺乏双向交流, 为了应付考试不得不死记硬背, 不利于学生创新能的培养及素质的提高。 (2) 生物化学与分子生物学教学内容多而复杂, 名词概念抽象难懂, 使得学生对课程感到枯燥无味, 甚至产生厌倦心理。 (3) 在教学内容上往往过重于教材的讲授, 轻视对新的研究热点和前沿知识的补充。虽然教材内容时有更新, 但相关领域的最新进展并不能及时涵盖, 这不仅造成教师更新知识的动力下降, 同时也会使学生丧失了学习生物化学与分子生物学的兴趣。因此, 要培养高质量的21世纪医学专门人才, 就必须以新的教育思想和教育观念为指导, 对这种传统的教学模式进行优化与改革, 培养学生的创新思维和实践能力。

二、新型生物化学与生分子生物学的教学策略

(一) 丰富理论课教学方法, 提高学生学习兴趣

在《生物化学与分子生物学》理论教学中, 采取了多种教学方法以及形式多样的教学活动来加强学生对这门课基本理论知识的理解和掌握。

1.采用直观教学的方法, 使抽象知识通俗化、形象化。生物化学与分子生物学其研究内容相对抽象复杂, 而且知识点较多, 传统的教学方式往往使人不易理解和记忆。计算机多媒体技术将文字、图像、声音和动画等融为一体, 为学生提供了一个图形并茂、生动逼真的教学环境, 使抽象难懂的微观生命过程具体化, 增强了教学感染力和教学内容的内在魅力, 从而激发了学生的主动性和积极性[1]。如蛋白质合成过程, 涉及了氨基酸的激活与转运、翻译的起始、延伸、终止以及翻译产物的加工修饰多个过程, 并且有大量辅助因子的参与。单凭口述, 学生是很难在心目中留下印象的。而通过动画演示、色彩变化以及声音的配合, 原来抽象死板的内容瞬间变得生动形象起来, 学生不但容易理解, 而且活跃了课堂气氛。

2.建立微信公共平台, 延伸教学空间。为了充分利用现代网络资源, 我们建立了班级微信群。一方面, 老师可以将最新的研究热点和前沿资讯发布到群里, 或是将一些生物化学与分子生物学发生发展过程中的重要事件上传到网上。另一方面, 学生也可以通过微信群将自己学习过程中遇到的问题及时反馈给老师, 学生之间也可以参与讨论。通过微信群进行师生的互动交流, 不仅延伸了课堂教学空间, 提高了学生学习生物化学与分子生物学的兴趣和自主性, 同时还能使学生及时了解学科的最新进展。

3.引入病例引导型的教学方式。生物化学与分子生物学是临床医学生的一门非常重要的基础课, 其理论与临床医学密切相关。但由于该课程涉及面广、内容繁杂、逻辑性强, 使得学生在学习过程中常常感到内容抽象枯燥、不易理解。因此, 应建立“病例引导型教学”模式[2], 将临床实际案例融入到课堂上, 由表及里地讲解疾病相关的生物化学与分子生物学机理, 这样既生动又具有启发性和实践性, 激发学生的思维, 让学生早期接触临床, 将理论与实践有机结合起来。比如, 在讲解维生素这一章节时, 可将维生素过量或缺乏时所引起的疾病, 夜盲症、佝偻病、脚气病、癞皮病等症状引入课堂中。又如在讲解基因诊断时, 可列举临床上常见的多种疾病, 如脆性X染色体综合征, 肌强直性肌萎缩以及乳腺癌、肺癌等, 以此引出检测出这些疾病所用的分子生物学手段, 同时讲解最新测序技术的应用。

4.开展以问题为导向的教学方式。培养人的创新能力, 最重要的是培养人的创造思维, 在创造思维活动中, 发散式思维起主导作用。因此, 在教学过程中, 根据大纲要求及目的, 我们会给学生创设一定的问题情景, 以激发学生的求知欲, 启发学生进行思考[3]。如在讲授蛋白质生物合成时, 提问生命是如何将核酸的核苷酸序列的信息变成蛋白质的氨基酸序列信息?密码子为什么是3个核苷酸?又如在讲“物质代谢”前, 提问为什么有些人会得“三高”?这样学生为了找出答案, 在课前就会积极思考, 寻找理论依据。课上抽一至两名学生进行回答, 老师对结果进行点评, 肯定正确部分, 纠正错误部分, 最后得出结论。实践证明, 开展以问题为中心的启发式和引导式教学, 充分发挥了教师为主导、学生为主体的作用, 不但加强了学生对基本知识的理解和掌握, 而且促进了学生学习的动机。

(二) 加强创新性实践教学

生物化学与分子生物学是一门实践性和应用性很强的学科, 其中实验教学占了非常重要的地位, 学生只有多动手, 才能更好地加深对所学知识的理解和掌握, 更重要的是在实验过程中, 学生的科研思维, 综合分析和解决问题的能力才能得到更好的提高。传统的实验教学多为验证性实验, 这类实验的原理、步骤、结论等很明确, 内容单一, 学生只需要在规定的时间内照葫芦画瓢地去做就可以, 严重影响了学生的探索精神和潜能的释放。

为了培养学生的创新能力, 我们增加了设计性、综合性实验, 将单一的实验有机的结合在一起, 实现实验内容的系统性和各个相关技术之间的内在联系性。例如, 开展分子克隆实验, 分别将PCR、酶切、DNA重组、连接转化、基因表达、DNA提取以及琼脂糖电泳鉴定等多项技术串联起来, 环环相扣, 增加了学生对实验的整体认识。又如, 我们让学生检测某未知蛋白的浓度。学生可以通过查阅文献, 自主设计实验流程, 准备相关的实验物品, 进行实验, 最后分组对各自的实验原理和实验结果进行讨论分析。在整个过程中, 学生处于自主学习状态, 学习目的明确, 学生的创造性思维较为活跃, 从而极大地调动了学生的科研兴趣和创造力。

(三) 综合评价考试成绩

考试成绩是评价学生学习情况和教师教学效果的常用手段, 也是一种比较有效的评断方式。而传统的考核方式往往只看重卷面上的分数, 导致大部分学生考试之前临时抱佛脚, 死记硬背, 考试过后, 所学的知识很快被遗忘。另外由于生物化学与分子生物学实验课隶属于理论课, 学科结业仅仅考核理论部分, 几乎没有进行实验内容的考核, 也使得实验课的设置形同虚设。

为了培养医学生的创新意识和创新能力, 我们对本门课程的考核形式进行了改革:闭卷考试 (70%) +实验成绩 (20%) +课堂表现 (10%) 。生物化学与分子生物学是从分子水平探讨生命现象本质的一门学科, 主要研究生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节以及基因信息的传递等, 涉及内容之广。为了强化和巩固学生对这门课的理论知识的掌握, 闭卷考试仍是不可取代的考核方式。其次, 注重实验课的考核, 对实验考勤、实验预习、实验操作、实验报告以及实验结果进行综合评定。这样一方面督促学生重视实验课, 另一方面也有助于学生掌握实验操作技能和实验理论知识。再者, 将课堂考勤、课堂预习、课堂回答问题以及对课后作业的完成情况也纳入到最终的成绩内, 充分发挥学生学习的主动性。通过以上的测评方式, 不仅培养了学生的综合能力, 又提高了生物化学与分子生物学的教学质量, 符合创新型人才培养的要求。

(四) 优化教师队伍

教师是教学改革的主体, 作为课程的具体实施者, 教师是否具有科学创新意识是实施创新教育的关键。生物化学与分子生物学不仅是医学生最重要的基础课, 也是引领当今生命科学的前沿学科。作为本门课程的教师, 有责任引导学生注重生物化学与分子生物学的学习, 也要借助生物化学与分子生物学的学习培养学生的创新性思维。因此, 教师要不断学习, 用最新的知识武装自己, 紧跟科学发展潮流, 同时还要注重自身思想素质的提高, 为培养创新型医学人才而努力。

总之, 教学改革是一个永无止境的工程, 伴随着生物科技的飞速发展, 我们要敢于打破教条、挑战权威, 将教学改革落到实处, 为社会培养更多更优秀的创新型医学人才。

参考文献

[1]秦宜德.医学院校《生物化学与分子生物学》教学中的科学创新教育[J].安微医药, 2013, 17 (1) :175-177.

[2]贾舒婷.针对临床医学专业的病例引导型生物化学教学方法实践体会[J].教育教学论坛, 2014, (1) :67-68.

生物医学高分子材料 第7篇

暨南大学是中国第一所招收外国留学生的大学, 也是目前全国境外生最多的大学, 是国家“211工程”重点综合性大学。暨南大学医学院是国内较早的隶属综合性大学的医学院, 学院规模不大, 设本科教育和研究生教育两个层次, 2005, 2006, 2007级三个年级临床医学国内学生 (五年制) 人数分别是:41人, 36人, 40人, 三个年级临床医学境外生 (六年制) 人数分别是52人, 60人, 63人, 三个年级国际学院临床医学本科学生人数分别是49人, 79人, 59人。其中国内学生生源较好, 学生学习较为刻苦、自觉, 基础较好, 接受能力强, 但是思想不活跃, 个性不显明;境外生思想活跃, 动手能力较强, 学习方面表现出两极分化, 部分同学对理论课学习比较吃力, 但是绝大部分学生对实验课程学习兴趣较浓厚, 愿意动手, 愿意学习。近两年来我们对生物化学与分子生物学实验教学进行了一些改革和探索, 现报告如下。

1 改进实验教学条件

实验课程教学改革直接关系到教学培养目标的实现, 传统的实验教学模块是实验教学课程附属于理论课程, 实验课程的设置实际上是理论课程的延续, 实验手段大多是验证性实验。30年来, 教学实验室设备陈旧, 实验教学资源分散。

目前, 学院打破常规, 创建了基础医学实验教学中心和临床专业基础实验教学中心。基础医学实验教学中心下设5个综合性实验室, 生物化学与分子生物学实验室属于分子生物学实验教学综合性实验室。新的实验教学模块的建立, 增加了实验经费的投入, 增添了实验仪器, 建立了多媒体教学平台, 安装了中央空调, 实验室具备了更好的开课能力, 比如开展综合性实验, 开放实验室, 指导学生实施挑战杯和科技创新实践活动等。

2 实验技术人才培养

教研室有实验技术系列工作人员3人, 其中1人2005年从中山医科大学硕士毕业分配来教研室工作, 另外2人是本教研室的技术员, 她们先后进修了本科课程, 并分别与2003年, 2005年参加全国硕士生招生统一考试, 录取为本教研室的在职研究生。由于勤奋上进, 不论是她们的理论课学习成绩还是硕士毕业论文的难度和深度、工作量, 都是本教研室本届研究生中最出色的, 毕业后均留在本岗位工作。她们在实际工作中能提出自己的见解, 解决实验中遇到的问题, 成为教研室实验教学的得力助手。例如基因组DNA提取实验, 由于提取的DNA要作为下一个PCR实验的模板用, DNA纯度要求很高。我们的一名实验员就引入研究生学习期间掌握的知识, 采用法医学中的微量DNA提取方法, 采用Chelex-100为主要提取试剂, 从微量 (100 μL) 人外周血中提取DNA, 经过两届本科学生实验, 实验效果很好, 所提取的DNA可以作为PCR实验的模板。同时3名实验员加入了教研室的科研课题小组, 协助指导研究生、协助课题负责人完成科研课题, 在科研实践中学习学科前沿知识, 提高实验技术, 而实验能力的提高又能促进实验教学水平的提高。近3年来, 实验系列教师共发表科研论文6篇。

由于3名实验员比较年轻, 电脑技术较好, 所以本教研室的管理也上了一个新台阶, 从本科和研究生实验的实验准备、实验操作流程管理、仪器设备管理到实验试剂的双语标签等都已采用电脑管理。实验技术队伍精干有力, 令兄弟教研室羡慕不已。

3 教学方法的改革

3.1 对带教教师和带教研究生的教学规范

为了保证教学效果, 保证教学平行班的均衡发展, 我们对实验教学任课教师的带教过程进行了以下的规范:所有的年轻教师所上的第一节课 (第一轮课) 均要试讲, 并有教学秘书作试讲记录;每个实验, 要求所有年轻教师、技术系列的教师、参加带教的研究生都要做预实验, 弄懂实验的每一个环节, 在上课时才能胸有成竹, 及时解决学生在实验中所遇到的问题, 并能结合理论解释实验现象。所有的带教教师、技术系列的教师、参加带教的研究生都要参加最后一个实验 (血清尿酸的测定, 作为实验考试内容) 的预实验, 统一实验的标准值。每学期每门课程都指定一名教师作为课程负责人, 负责本课程的教学工作及学期末的成绩统计、网上提交、成绩分析等工作。

每年春季, 本教研室的一年级研究生都要参加本科生物化学实验教学的带教工作, 按照研究生培养计划的要求, 每名研究生要完成8学时的带教工作, 但我们要求研究生负责一门实验课程全部的带教工作, 这对研究生来讲是一种锻炼, 也是他们提高生物化学基本功的良好机会。对于每一名研究生, 我们安排一名研究生导师或资深教师进行指导, 要求每名研究生每次做好实验预习和预实验, 每次预实验都安排一名研究生试讲, 指导老师点评并提出改进意见。一般要求实验指导老师负责主带3个实验, 其余实验由研究生主讲, 指导老师协助补充。

实验带教工作的规范, 可促进带教教师和研究生认真备课, 认真组织并上好每一节实验课, 减少和杜绝教学事故的发生, 提高实验课教学质量。

3.2 重视上好第一堂实验课

第一堂实验课要交待学生实验室的规章制度, 介绍实验课程的大致内容, 实验报告的书写和评分标准;强调学生实验的出勤和请假制度, 对旷课的处理办法;强调课前要预习 (采用英文实验指导, 每次上课前必须预习) , 每次上实验课要检查预习报告;介绍实验的注意事项, 玻璃仪器的清洗。第一堂实验课的教学效果, 将影响到整个课程的教学质量。

3.3 合理应用多媒体教学和网上教学资源

多媒体教学的优点是在有限时间内增加信息量, 使口头描述变得图文并茂。在预实验时, 将某些实验过程拍成录像, 把某些实验结果拍成照片, 如“饱食和饥饿对小鼠肝糖原含量的影响”实验, 我们将杀小鼠, 取肝组织, 称重, 制肝匀浆液等分别拍成录像片段, 将比色后的结果拍成照片, 插入实验理论教学的PPT中;如“转氨基作用”实验中, 将转氨基反应后的氨基酸点样、茚三酮显色过程分别拍成录像, 点样结果、层析状态、显色结果等拍成照片, 插入实验理论教学的PPT中, 实验教学过程中有这样的照片、录像资料, 抽象的实验过程就容易描述, 学生也就容易理解。

互联网上有制作精良的照片和Flash, 我们下载后插入教学PPT中, 或作为一段独立的教学视频片段穿插在实验教学之中。例如我们从网上下载了“层析的原理”, 插入“凝胶过滤层析”实验教学PPT中;“PCR的原理”, 作为独立的Flash片段, 在“PCR”实验过程中播放, 这些网上教学资源的利用, 使学生对实验原理、实验过程能够更好的理解和掌握。

经过2年的实践, 生物化学与分子生物学实验课程全部实验均已拍摄了录像和照片, 也积累了一些网上教学资源, 随着以后实验教学的开展, 这些资料将会越来越完善。

3.4 适当的板书和操作示范

虽然多媒体教学有很多优点, 但是, 事物总有两面性, 过分依赖多媒体教学, 信息量过多, 重点不突出, 使学生无所适从, 同时无法发挥教师的主导地位, 不能达到理想的教学效果。所以在实验课理论教学中, 我们还要求做到以下两点:一是要有适当的板书, 将本实验的主要过程、实验所用仪器、实验中要注意的地方 (易出错的地方) 写在黑板上, 讲完理论PPT后再以板书形式作适当的小结和提醒, 这样就使得理论教学条理清晰, 重点突出;二是某些实验的关键步骤, 除了有实验录像外, 带教教师还要作适当的操作示范, 如“层析”实验的装柱和上样、“醋酸纤维素薄膜电泳”实验中的点样、纤维素膜光滑面和粗糙面的区分, 这些实验的关键步骤, 在讲授完实验理论后, 再由带教教师边示范边讲述, 可帮助学生理解和掌握关键的实验操作步骤, 提高实验的一次成功率。

4 开设综合性实验

基础性验证性实验主要是为了让学生们掌握生物化学与分子生物学常规的实验技术、方法和原理, 学会充分利用实验室已有的实验设备和条件, 正确地进行实验操作, 并对实验结果进行处理和分析, 并通过实验, 验证和巩固理论知识[3]。经过一系列的实验训练, 学生们能基本掌握生物化学与分子生物学常规的实验操作、能够在实验流程图的指导下完成生物化学与分子生物学的基本实验。随后, 在课程的最后安排2个综合性实验, 一是人全血DNA提取 (Chelex法) 及基因β-Actin的扩增 (PCR) ;一是细菌质粒DNA的分离、纯化和鉴定。综合性实验各分2个单位时间完成。实验步骤多, 操作难度大, 而且一直要等到实验最后一步才能知道实验是否成功, 实验有较大的挑战性, 也有较大的吸引力。综合性实验可以锻炼学生对知识的综合应用能力, 培养学生分析和解决复杂问题的能力及查阅中外文文献的能力。

5 采用多元的考核模式

对于五年制临床医学 (内招生) 和六年制临床医学 (外招生) , 生物化学与分子生物学实验都作为独立的一门课程开设, 课时数分别是54学时和72学时, 自然要求一个合理的课程成绩评判标准, 光凭实验报告的优劣无法客观公正地给出实验课程的考核成绩, 因此, 要采用多元的考核模式。经过实践探索, 我们最终确定本课程的成绩构成分为以下4个部分:预习报告和出勤共占10%, 平时的开卷小测验占10%, 平时实验报告占60%, 实验考核占20%。具体如下:

在平时实验过程中, 穿插2-3次小测验, 主要是关于实验仪器的使用、实验原理方面的问题, 如微量加样器的使用、刻度吸管的使用、离心机的使用、分光光度计的使用、分子筛实验的原理、离子交换层析的原理、蛋白质和核酸溶液如何区分、如何在检测血清某种成分时消除血清蛋白的影响等等。将这些问题灵活地安排在课程中后期的实验中, 这些小测验占实验总分的10%。

实验考核占课程总分的20%。我们将最后一次实验:“血清尿酸的测定”作为实验考核内容, 考查学生实验操作、实验的准确性、实验报告的书写规范。具体评分标准为实验操作占6分, 实验的准确性占8分 (给出标准范围, 每超出一定范围扣2分, 直到扣完为止) , 实验报告的书写占6分。采用这样的考核标准, 基本上反映了学习的生物化学与分子生物学实验课程的学习情况, 较为客观、公正。

医学生物化学与分子生物学实验教学改革两年来, 使教研室营造了一个良好的实验教学氛围, 一方面教研室实验指导教师和实验室技术人员都以良好的精神风貌投身到实验教学中来, 以更加认真的态度对待教学工作, 切实抓好实验课程的教学质量, 提高实验教学水平;另一方面学校的财政投入, 使得实验教学的硬件和软件有了较大的提高;同时我们规范了实验教学内容和评分标准, 补充了综合性实验, 平时预实验中拍摄了较多的实验照片和录像, 收集了一些网上教学资源, 制作了精美的实验教学PPT, 为提高教学质量提供了保证;再加上生物化学与分子生物学实验课程从生物化学与分子生物学理论课程中剥离出来, 成为独立的一门课程, 学生对该课程的重视程度增加;分子生物学实验技术的发展日新月异, 处于生命科学的前沿水平, 学生对生物化学与分子生物学实验课程较为重视, 也较感兴趣, 学习热情较高, 这样就形成了教师和学生的良好互动, 形成了教好和学好生物化学与分子生物学实验课程的合力。

我们相信, 随着实验教学的规范, 实验教学硬件和软件的提高, 加上师生的共同努力, 必将能提高生物化学与分子生物学实验课程的教学质量, 使学生们能掌握生物化学与分子生物学的基本实验技能, 为他们今后的学习和科研打下较好的基础。

参考文献

[1]张洪勤, 李佩珍, 应俊, 等.分子生物学实验课程体系的改革与实践[J].检验医学教育, 2007, 14 (1) :3-4.

[2]史海水, 高媛, 宋利, 等.突出学生主体地位, 搞好医学生物化学实验教学[J].西北医学教育, 2008, 16 (3) :488-489.

生物医学高分子材料 第8篇

目前, 可生物降解高分子材料在医药领域的应用主要在以下几个方面:

一、修复人体某部分缺陷的组织

崔西栋等[3]利用可生物降解材料聚乳酸-聚羟基乙酸进行大鼠鼓膜修补术, 并与传统的鼓膜修补材料进行比较, 认为二者之间穿孔愈合率的差异无统计学意义, 说明以聚酯材料行鼓膜修补术是有效的, 可获得与肌筋膜行鼓膜修补术相当的成功率。周炳华等制备了改性聚乳酸-羟基乙酸/胶原复合支架, 其具有较好的亲水性和细胞亲和性, 对细胞增殖有显著的促进作用。有人制备了偏磷酸钙晶须与PLLA复合材料, 并对其进行了体外细胞研究, 发现其能够促进成骨细胞粘附与增殖, 具有良好的细胞相容性, 可用于骨折内固定材料。

杨利剑等利用自行培养的雪旺细胞 (SCs) 与聚乳酸/硫酸软骨素/壳聚糖 (PDLLA/CS/CHS) 复合材料进行相容性研究, 结果表明, 该材料具有良好的材料-细胞界面, 利于SCs黏附及生长、增殖, 可应用于周围神经修复的研究。Zhu等分别利用壳聚糖-肝素、胶原蛋白改性聚乳酸, 改性后的材料对细胞的粘附作用得到较大提高。

二、医用制品中的人造材料

可降解高分子合成材料能够作为种子细胞临时生长的支撑, 并随着种子细胞的生长、增殖, 新细胞外基质的产生而逐步降解。此外, 其可控性好, 易于合成, 因此在组织工程方面的临床应用前景十分广阔[8]。刘华国等[9]制备了PCL多孔支架, 该支架连通性好, 空隙尺寸从10μm-100μm, 大孔和小孔搭配共存, 是一种比较理想的组织工程支架制备方法。Lendlein等人发现PCL和PDC的多嵌段共聚物具有形状记忆效应, 并用其制成了手术缝合线。张翼等使用丝纤蛋白对聚三羟基丁酸酯和聚三羟基己酸酯共聚物 (PHBHHx) 支架进行修饰, 结果发现修饰后的支架生物相容性更好, 促平滑肌细胞生长的能力更优。Galego等研究了聚-β-羟基丁酸酯 (PHB) 、β-羟基丁酸酯与β-羟基戊酸酯共聚物[P (BHB-co-BHV) ]及其与羟基磷灰石 (HA) 共混材料的各项性能, 研究发现含以92:8的比例共聚的P (HB-co-HV) 与30%的HA共混后所得材料具有与人体骨相匹配的机械性能, 更适宜于用作骨固定材料。Hu等制备了PHAs类聚酯的三元共聚物, 发现该三元共聚物具有较粗糙的表面, 且其表面细胞的生长量及成骨性都优于其它PHAs类聚酯。

Lumiaho等研究了聚乳酸输尿管局部支架在比格犬中的应用, 发现该支架管并不影响上尿路动力学, 其生物相容性良好, 同时避免了对输尿管膀胱连接处抗返流功能的影响。Li等制备了改性HA与聚乳酸的共混物, 该共混物具有较好的分散性和粘附性, 其耐热性、抗张强度和弹性模量都得到提高。这表明在解决了HA分散性的同时, 调节HA含量可得到性能相对优异的可降解医用材料。

三、药物控释载体

可生物降解的高分子材料由于其生物相容性和生物降解性使其可作为药物控制释放载体, 缓释药物在降低药物总剂量、体内保持恒定的药物有效浓度、提高药物的药理活性、降低毒副作用及减少服药次数等方面都具有重要意义。

聚乙二醇 (PEG) 具有优良的水溶性、生物相容性、低毒性等优点, 以PEG为亲水段、脂肪族聚酯为亲油段的两亲性嵌段共聚物, 其疏水内核可包埋药物, PEG在纳米粒子表面, 对粒子分散在水中起立体稳定作用, 同时延长了纳米粒子在血液系统中的循环时间。Ruan等合成了PLA-PEG-PLA嵌段共聚物, 通过其作为抗癌药物紫杉醇载体的性能测试, 发现其有较好的释药速率、机械性能及生物相容性。Claper等合成了以疏水性PLA为核、亲水性PEG在两侧并以丙烯酸酯基封端的共聚物, 该聚合物的交联度及力学稳定性都得到提高。

巩长旸等合成了可生物降解温度敏感性聚 (己内酯-泊洛沙姆-己内酯) 共聚物水凝胶, 当该共聚物水溶液浓度高于临界凝胶浓度时, 随着温度的变化呈现出凝胶-溶胶转变特性, 这些性质使该水凝胶在药物控释等领域有着广泛的潜在价值。姚加等将D-葡萄糖酸内酯键合在PCL聚合物链上, 研究发现该共聚物易在水溶液中形成胶束, 且大分子末端糖基的存在提高了聚合物的水溶性, 也使得形成的胶束能够借助于糖基和蛋白之间的亲和作用, 而成为潜在的靶向载药材料。肖凯等用聚三亚甲基碳酸酯-丙交酯为载体, 制备含左旋18甲基炔诺酮 (LNG) 的载药微球, 研究表明, 不同共聚组成聚合物制得的微球LNG的释放速率不同, 均有对LNG的长效释放作用, 有望用于长效避孕。胡银春等利用超临界CO2制备了PCL/水杨酸甲酯控释体系, 通过调节CO2的温度和压力, 可控制药物分子在PCL基质上的插嵌量、材料的缓释行为及多孔材料的微观相态, 进而可调节药物分子的缓释功能。

结语

随着人口老龄化及疑难疾病患者增加的问题越来越严重, 可生物降解材料在医药领域的应用将更加广泛, 需求量也将越来越大。目前, 生物降解材料的研究开发已被许多国家列为高新技术发展计划。当然, 可生物降解高分子材料不是万能的, 也无法解决一切医用材料的问题, 但是通过不同的合成方法及分子设计方法, 制备出具有生物功能的理想医用材料的前景是十分广阔的。

摘要：可生物降解高分子材料不但具有一般医用材料要求的理化性质、无毒及生物相容性等特点, 而且具有可降解性, 这些优点使其在医药领域占据的地位越来越重要。文中对可生物降解高分子材料在医药领域的应用现状做了简单的介绍。

关键词：生物降解高分子材料,医药领域,研究现状

参考文献

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[3]崔西栋、鲁飞、赵霞等:《可降解聚酯材料行鼓膜修补的实验研究》, 《临床耳鼻咽喉头颈外科杂志》, 2010, 16 (24) :755-756。

[4]周炳华、廖文波:《改性聚乳酸-羟基乙酸/Ⅰ型胶原复合支架与兔耳软骨细胞的细胞相容性》, 《中国组织工程研究与临床康复》, 2010, 14 (3) :381-384。

[5]廖立、尹广福、谢克难等:《β-偏磷酸钙/聚乳酸复合骨折内固定材料的细胞相容性》, 《复合材料学报》, 2009, 26:59-62。

[6]杨利剑、梅玉峰、徐海星:《雪旺细胞与PDLLA/CS/CHS自组装复合材料生物相容性研究》, 《华中科技大学学报》 (医学版) , 2011, 4 (40) :468-472.

[7]Aiping Zhu, Ning Fang, Mary B.Chan-Park, et al.Adhesion contact dynamics of3T3fibroblasts on poly (lactide-co-glycolide) surface:regulation by chitosan and gelatin surface immobilization[J].Biomaterials, 2006, 27 (12) :2566-2576.

[8]Shi X Q, Aimi K, Im H, eta l.Characterizationonmixed-crystal strucwre of poly (but y leneste rephthalate/succinatc/adipate) biodegradable copolymer fibers[J].Polymer, 2005, 46:751-760.

[9]刘华国、王迎军、宁成云等:《冷冻干燥/粒子沥滤复合法制备聚己内酯组织工程支架》, 《材料导报》, 2007, 2 (21) :125-127。

[10]Lendlein A, Langer R.Self-Closing Sutures[J].Science, 2002, 296:1673。

生物医学材料概论 第9篇

一、生物医学材料的分类

生物材料品种丰富, 分类方法很多。一般按照属性对其进行分类包括生物医学金属材料, 生物医学高分子材料, 生物陶瓷, 生物医学复合材料以及生物医学衍生材料。

(一) 生物医学金属材料

生物医用金属材料指的是用作生物医学材料的金属或合金, 机械强度高, 抗疲劳特性强, 在临床应用作为植入材料广泛使用, 目前常用的有钻合金、钛合金和不锈钢的人造骨。另外, 镍钛形状记忆合金具有记忆功能, 能够用于矫形外科手术和心血管外科手术。

(二) 生物医学高分子材料

生物医学高分子材料包括天然的和合成的两种类型, 当前发展得最快的是合成高分子医用材料。通过分子改造, 可以获得许多优良物理机械性和生物相容性的生物材料。其中软性材料常用来作为人体软组织如血管等的代用品;硬材料可以用来作硬脑膜、心脏瓣膜等。

(三) 生物医学无机非金属材料

生物医学无机非金属材料又称作生物陶瓷。化学性能稳定, 生物相容性良好。生物陶瓷包括两类:惰性生物陶瓷, 如氧化铝、临床碳素材料等。这类材料具有较高的机械强度, 材料的耐磨性能良好, 分子化学键能较高;生物活性陶瓷, 如羟基磷灰石等, 这类材料能在内环境中逐步降解和吸收, 或者可与生物机体内的组织以稳定的化学键结合, 因而发展前景明朗。

(四) 生物医学复合材料

生物医学复合材料是由多种不同材料复合而成的材料, 主要用于修复人体组织、代替人体器官以及人工器官的制造等方面。其中钻合金和聚乙烯组织制作的假体常被用作关节材料;碳-钛合成材料是良好的人工股骨头替代品。复合材料与生物高分子, 如激素、抗原、抗体和酶类等结合, 可以作为生物传感器起传递信号的功能。

(五) 生物医学衍生材料

生物衍生材料是经过特殊手段处理的天然生物组织。经过处理的生物衍生材料不具有无生物活力, 但是因其具有类似天然组织的构型和相似生理功能, 在人体组织的修复、替换中作用显著, 目前临床应用主要有皮肤掩膜、透析膜、人工心脏瓣膜的制作等。

二、生物医学材料的特性

生物医学材料做为一种临床医学的替代材料, 其要求和期望相对较高。首先, 生物医用材料应具有良好的血液和组织相容性, 不能出现凝血现象和排异反应。其次, 要求其能够抗生物老化。生物体内代谢产生的酸碱物质可能会对生物材料造成一定程度的腐蚀, 因此对于长期植入的材料, 要求材料的生物稳定性高, 耐体内化学物质腐蚀能力强, 而对于短暂植入的医学材料, 则耍求在一定时间之后为可被人体吸收或代谢。最后, 生物医学材料还要求具有良好的物理机械性质、易于加工、造价低廉, 另外在消毒灭菌方面, 要便于消毒灭茵, 不能够含有致癌或致畸的组分。对于不同用途的材料, 其要求各有侧重。

目前应用最为成熟和广泛的两种生物医学材料应属医用硅橡胶和人工骨。医用硅胶是高分子有机化合物聚硅酮的一种橡胶样固体形态, 又称二甲基硅氧烷。具有优异的生理惰性, 无毒、无味、无腐蚀、抗凝血、与机体的相容性好, 能经受苛刻的消毒条件, 是美容外科中应用较广的生物材料.。随着生物医学和材料的发展, 人工骨作为人为制备的生物医用材料被植入骨内替代骨移植, 收到了不错的临床效果, 这些人工合成或提取的植入材料生物相容性好, 对骨形成具有明显的诱导作用, 因而受到了广大医生和患者的信赖。

三、生物医学材料研究进展

生物医用材料是材料科学与工程中新兴的一门学科, 其特点在于学科交叉广泛、应用前景广泛。当前, 新材料、新技术、新应用相继出现, 使得科学家们急切地投入这一领域中, 生物医学材料的研究成为当今材料学研究最前沿的课题。生物医学研究在于以下几个方向:一是生物结构及其功能的设计和改造。着重研究具有诱导组织分化再生出骨细胞的基底材料以及其仿生学研究;二是生物材料与植入机体之间的相互作用机制研究。从细胞和分子水平深入研究材料与特定细胞、组织之间的表面作用机制, 揭示影响生物相容性原理;三是生物活性物质的控制和释放研究。研究可自我调控和定向释放蛋白抗体等特异性生物活性物质的材料;用于细胞和基因治疗的聚合膜的制作技术;四是生物材料降解、吸收机制的探索。研究生物可降解、吸收材料的分子结构和生物环境对其降解工程、降解与吸收的代谢机制。其目标是为组织工程化、人工器官生物材料设计及药物控释材料的可行性提供理论支持, 实现材料参与生命活动和构建机体组织的目的;五是材料的制备方法学的研究。主要针对生物医用材料的计算机辅助设计。

四、生物医学材料的发展前景

生物医学作为一种新兴的替代材料, 以其良好的生物亲和性受到广泛的关注。生活节奏日益加快、活动时间增加和食物来源的变化等因素, 使机械受伤成为一个令人关切的问题, 在全世界, 心脑血管疾病、癌症、老年痴呆等发病率逐年增加, 急需用于替代和修复的生物材料。随着生物技术和材料科学的发展, 不同学科交流合作日益密切, 从而使制造具有完整的生物功能和生物相容性的人工器官展现出美好的未来。人体组织的替代和修复, 将从简单机械固定发展到再生和重建。这将是医学届一次伟大的革命, 并对生命利学和材料等学科的研究提出了更多诉求, 对生物医用材料的开发研究产生了极大的促进作用。所以在不久的未来, 生物医学材料必将会成为临床上普遍使用的替代材料, 而人类也将受益于新型生物材料给生活带来的改变。

参考文献

[1]金怡, 王海之, 钱旻.生物医学材料及其产业发展前景分析[J].世界科技研究与发展, 2001.

[2]马春.世界生物医学材料2005年研究进展及趋势[J].新材料产业, 2006.

[3]余耀庭, 王深琪.生物聚合物材料[J].生物医用材料篇, 2009.

生物医学高分子材料 第10篇

《生物化学与分子生物学》课程是医学生的重要基础课程, 其教学除了介绍经典的物质代谢之外, 重点是介绍生物化学与分子生物学的基本知识和现代生物技术, 同时联系临床, 从分子水平介绍疾病诊疗。实践表明, 生物化学与分子生物学不仅基本知识概念繁多、理论抽象、大分子结构复杂、微观, 而且新的理论和研究方法不断推陈出新, 这些都给生物化学与分子生物学的教学带来了挑战, 使得教师授课难度加大, 同时学生也不易理解和掌握[2]。为了学生能在有限的时间内掌握这门课程的理论知识和现代生物技术, 了解最新的研究成果, 我们这门课程的理论教学、实践教学、实验室管理等方面采取了多种切实可行的措施。具体介绍如下:

1 夯实学生《生物化学与分子生物学》的基本理论知识

在《生物化学与分子生物学》理论教学中, 采取了多种教学方法以及形式多样的教学活动来加强学生对这门课基本理论知识的理解和掌握。

提高学生课堂学习效率。由于本课程教学内容抽象、微观、难度大, 我们特别注重提高学生的课堂学习效率以减轻学生课后学习负担。一方面要求教师讲授生物化学与分子生物学时, 充分运用现代教学手段如多媒体技术, 将抽象、难以理解的理论制作成动画或图表, 展示给学生, 帮助学生理解抽象的理论知识;另一方面要求教师积极联系临床病例, 采用PBL教学方法引导学生分析问题、解决问题。除《生物化学》、《医学分子生物学》教材外, 我们还向学生推荐了一些辅助材料, 希望同学们在掌握基本概念的基础上通过课外阅读拓展课堂知识、强化基本理论。实践证明, 在这门课的教学中开展以问题为中心的启发式和引导式教学, 充分发挥了以教师为主导、学生为主体的作用, 不但加强了学生对基本知识的理解和掌握、而且提高了学生学习本课程的兴趣。

加强师生互动, 及时了解学生学习动态。为了及时了解学生学习生物化学与分子生物学这门课程的具体情况和解决学习中遇到的实际问题, 每学期期中, 我们都要精心组织和安排师生座谈会, 参加的人员主要有:院教学办公室的管理教师、系正副主任、授课教师、每个班级班长、学习委员和学生代表。

通过座谈会, 使学生有机会和授课教师进行面对面地交流教与学的问题, 如教师的为人师表、教学态度、作业批改、课程进度、实验安排、操作考试等具体问题, 教师对学生提出的问题作细致解答, 对有些暂时无法解决的情况向学生说明原因。通过座谈会, 教师与学生共同探讨生物化学与分子生物学课程教与学的相关问题, 不仅增强了系教师和广大医学生之间的沟通和交流, 也为医学生解决了不少学习、生活和科研等方面的实际问题, 真正做到教与学的人性化。

举办生物化学知识竞赛, 塑造良好学风。生物化学与分子生物学教学组与2005级七年制学生会联合举办生物化学知识竞赛。通过竞赛, 大大激发了同学们的学习热情, 塑造了良好的学风, 巩固了理论课的学习效果。

建立网络教学平台、延伸教学空间, 加强课外学习。为充分利用网络资源, 我们通过系网站建立了网络教学平台[3]。一方面, 教师挑选合适的网络内容和典型的事例向同学们介绍, 充实授课的内容, 例如:在RNA干涉现象被报道出来以后, 我们就开展讲座向同学们介绍这一现象发现的历史, 及其可能的原理。在讲授《转基因动物与基因打靶》一章时, 我们从网络中找到国内外转基因动物技术发展史上的一些重大突破, 汇编成转基因动物大事记。另一方面, 学生通过网络平台及时将自己学习遇到的问题反馈给教师, 教师通过网络进行答疑解惑。此外, 在授课之余我们也积极向同学们推荐介绍分子生物学知识的网站, 如:生物谷、生物通、生命经纬等, 鼓励同学们登陆这些网站进行再学习。事实表明, 通过网上师生的互动交流, 延伸了教学空间, 补充了课堂教学的不足, 提高了学生学习分子生物学的兴趣和自主性, 还能了解此学科的最新进展。

2 开展多层次的实践教学

《生物化学与分子生物学》是生命科学的前沿学科, 医学生的主干课程, 能为医学生其他课程的学习和进一步发展奠定坚实基础。为了提高教学质量, 培养学生的综合素质, 并且使生物化学实验与分子生物学实验进行有机的衔接, 我们对生物化学与分子生物学实验课程进行教学改革, 对其设置逐年进行适当的调整, 削减了一些验证性实验的内容, 大幅度增加综合性实验课程的比例, 将原来孤立的几个实验技术和理论在蛋白质和核酸水平进行有机的整合, 形成基本实验、综合性实验和多层次的开放性实验[4,5], 设计思路如下:

基本实验。我们以生物化学与分子生物学研究的主要生物大分子蛋白质、核酸为主线, 分别设计了与蛋白质和核酸相关的实验内容。在蛋白质水平, 主要涉及蛋白质定量技术 (包括双缩脲法、Hartree's法、紫外分光光度法) 、蛋白质电泳技术 (包括醋酸纤维素薄膜电泳和聚丙烯酰胺凝胶电泳) 、影响酶活性的理化因素的酶学实验;在核酸水平, 主要安排了组织微量DNA的分离、纯化鉴定、聚合酶链反应 (PCR) 、限制性内切酶反应及琼脂糖凝胶电泳等基本实验技术。目的就是要通过基本实验阶段的操作训练, 使学生熟练掌握生物化学和分子生物学基本实验技术的原理、实验方法和操作步骤。

综合实验。为了使学生能深入理解和灵活运用生物化学和分子生物学基本实验技术、解决实际问题, 我们特意为学生准备了蛋白质水平和核酸水平的综合性实验。例如:学生综合运用沉淀、超滤、离子交换层析、紫外分光光度法等多种生物化学技术从鸡蛋蛋清中分离、纯化卵清类粘蛋白;运用DNA提取、RFLP技术等对一氧化氮合酶进行基因分型。通过此阶段的训练, 学生综合运用所学知识和技术解决实际问题的能力得到了极大的提高。

多层次的开放性实验。为了增加医学生学习生物化学与分子生物学的兴趣, 培养医学生的科学素养, 我们为医学院的学生创设了不同层次的开放性实验。①面向全院医学生, 举办了生物化学与分子生物学实验室开放日活动, 通过本活动让医学生初步感受到科学的气氛。②为了给热爱科学研究的学生提供更多的实践机会, 我们系在学校和学院的支持下, 开展了开放性的助研型科研训练实验项目。③同时, 我系积极支持本科生的科研创新训练, 协助学有余力、成绩优秀、热爱科学研究的本科生积极申请学校及教育部国家级本科生创新基金, 提高科研创新能力。

3 实施开放式的医学实验室管理模式

为了保证生物化学与分子生物学理论和实践教学的顺利进行, 加速培养具有创新精神、创新思维、创新意识及创新能力的高素质医学人才, 我们转变了医学实验室的管理观念, 即将封闭式的管理模式转变为开放式的管理模式, 采取系统、科学的管理措施, 使之从传统只为教学服务转变为为教学科研提供最优质的服务[6]。具体措施如下:

实验室面向医学本科生开放。为了保证基本实验、综合实验、多层次开放实验的顺利进行, 我们将生物化学与分子生物学实验室对医学生开放, 在基本实验阶段, 学生除了在实验时进行操作训练外, 还可利用课余时间继续练习, 直到全部掌握。在综合实验阶段, 学生根据具体情况来安排实验内容和实验进度。对于开放性实验, 学生则可跟随高年级的研究生和青年教师进行科研训练。

对医学生的管理——登记注册和考核制度。为了保证参加开放性实验项目的医学生的训练效果, 我们要求在本系参加科研训练的本科生, 必须登记注册, 培训合格之后, 才可以进入实验室;在实验过程中, 由辅导其做实验的高年级研究生或青年教师负责具体的考勤和考核工作。

实验仪器设备的开放式管理。为了保证实验室仪器设备的正常运行, 保证教学、科研活动的正常进行, 我们实行了研究生具体负责制度, 具体来讲, 就是由研究生具体负责每台实验仪器的使用、日常维护以及对新的实验人员的培训, 培训合格才能发给使用证书。另外, 对仪器设备使用实行登记制度, 包括使用时间、目的、工作状态等。

图书资料的管理。为了方便教师和学生完成实验和查阅资料, 我们实验中心还建立了图书杂志柜, 购买了一批关于生物化学、分子生物学、遗传学、免疫学等专业的理论和技术书籍, 并建立借用制度。

教学活动资料的管理。在生物化学与分子生物学教学过程中, 我们安排专门人员详细记录各种教学活动, 包括纸质文件、电子文档、多媒体资料等。对于在本室参加科研训练的本科生也要求详细记录其实验进展情况, 在实验结束后留档保存。

经过近几年的改革实践, 《生物化学与分子生物学》教学取得了良好的效果, 一方面学生学习这门课的兴趣明显提高, 通过全面的实践训练, 学生的实验操作能力、思维能力和创新能力都得到了很大的提高。这也促使我们不断探索, 努力提高自身的带教水平, 为培养更多、更优秀的创新型人才而努力。

摘要：生物化学与分子生物学不但是促进整个生命科学发展的前沿学科, 也是医学生的重要基础课。近代医学的发展要求高等医学院校培养的学生, 必须具备扎实的生物化学与分子生物学理论知识、以及运用其技术解决医学实际问题的能力和科研创新能力。为此, 我们通过夯实学生《生物化学与分子生物学》的基础理论知识、开展多层次的实践训练 (基本实验、综合试验及开放性实验) 、科学管理的开放性实验室等多种途径, 不断提高教学水平, 努力培养医学创新性人才。

关键词：生物化学,分子生物学,实践教学,创新

参考文献

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