时间：2023-06-02 09:21:12
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇生物材料，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
1．1数据来源
以中国知网(CNKI)的《中国科技成果数据库》为数据源，采用“名称+关键词+成果简介”的组合检索策略，以“生物*医用*金属”、“生物*医用*高分子”、“生物*陶瓷”、“生物*复合材料”、“生物*医学*衍生物”为检索词，对2000－2010年间我国科技成果产出进行检索与数据清洗，得到1772条题录。
1．2方法
使用TDA、Excel2010和Origin等统计与绘图软件为分析工具，从科技成果计量分析的角度，对相关科技成果数量进行数值模拟与计算，研究我国尤其是中国科学院系统生物医学材料科技成果的年度分布、科技成果产出机构分布等，并进行对比分析、描述和数据挖掘等深入研究。
2结果
2．1科技成果产出数量趋势
我国生物医学材料科技成果数量的纵向变化规律，反映了生物医学材料的受关注程度和发展速度。2006－2009年是生物医学材料科技成果的高峰时期，与我国的生物医学材料技术研发投入主要分布在近5年即“十一五”相吻合。中国科学院系统在该领域的发展趋势与全国基本一致。图1我国生物医学材料技术成果产出年度分布
2．2我国科技成果产出内容分析
统计结果表明，生物复合材料在近年发展最为迅猛，从2006年开始取得跨越式发展，至2010年累计取得411项成果;而医用金属(188项)、医用高分子(177项)、生物陶瓷(189项)、生物医学衍生物等材料(209项)的发展速度低于生物复合材料，比较平稳。统计结果显示，从2000－2010年，中国科学院系统生物医学材料科技成果也主要集中在生物复合材料方面，共计62项;其他4种生物医学材料科技成果产出相对较少，分别为生物医学衍生物37项，陶瓷材料31项，医药高分子32项，医用金属材料35项。
2．3科技成果产出地区分布
分析我国主要省市在生物医学工程领域的科技成果产出，有助于挖掘不同地区间研发力量的差异，合理配置资源，进行深入研发。重点对我国北京市、上海市、江苏省等7个省市进行了技术领域构成计量分析，结果发现各主要省市生物复合材料研发成果仍然占据主体，生物医用金属材料科技成果的产出以北京市、天津市与江苏省较多，生物陶瓷技成果的产出以上江苏省与湖北省较多，详见图2。表明这些省市在生物医学工程某些关键材料的研究方面已占据先机。
2．4科技成果产出机构分析
2．4．1生物医用金属材料科技成果产出机构分析
医用金属材料是一类生物医用的金属和合金，是临床应用最广泛的植入材料，主要用于骨和牙等硬组织的修复和替换，心血管和软组织的修复以及人工器官制造中的结构元件［5］。检索结果显示，2000－2010年间共有医用金属材料相关的科技成果278项，大部分科研机构只有零星的成果产出，只有少数机构多年来保持着可观的科技成果产出。科技成果数量排名前3位的机构有中国科学院、南开大学、四川大学，分别完成科研成果36，12，6项;其他科研单位如浙江大学、上海交通大学、清华大学等成果数量达到5项;其他均少于5项。在中国科学院系统，山西煤炭化学研究所(5项)、金属研究所(4项)在医用金属材料上也取得较多科技成果。表明我国各主要机构的生物医用金属材料技术科技成果数量不均衡。
2．4．2生物医用高分子科技成果产出机构分析
医用高分子材料是指在生理环境中使用的高分子材料［6－7］。2000－2010年间共检索出医用高分子材料相关的科技成果263件，科技成果数量排名前5位的是中国科学院、浙江大学、武汉大学、清华大学、江南大学，分别获得科研成果32，8，5，5，5项，其成果数量占相关成果总数的21%;其他单位的成果数量均在5项以下。在中国科学院系统，医用高分子材料科技成果数量排名前3位的是微生物研究所、上海药物研究所、上海有机化学研究所，所获成果数量分别是4，3，3项，这10项科技成果占中国科学院总产出量的31%。
2．4．3生物陶瓷科技成果产出机构分析
生物陶瓷包括精细陶瓷、多孔陶瓷、某些玻璃和单晶［8］。2000－2010年间共检索到生物陶瓷相关的科技成果323项，多个科研机构在生物陶瓷研究中取得了较好的研究成果，科技成果在5项以上的机构有10个，其中中国科学院、武汉理工大学、清华大学、四川大学、上海交通大学分别完成科研成果33，18，13，11，10项，前5名机构成果数占总成果数的26%。在中国科学院院系统，生物陶瓷科技成果数量最多的有上海硅酸盐研究所、过程工程研究所贡献了20项科技成果，占中国科学院总产出量的65%。
2．4．4生物复合材料科技成果产出机构分析
生物复合材料是由两种或两种以上不同生物相容性优良的材料复合而成的生物医学材料，可以最大限度地模仿人体组织与器官的功能，进而实现组织的修复与再生，是最有发展潜力和应用前景的组织与器官替代和修复材料［9］。2000－2010年间共检索到生物复合材料相关的科技成果582项，可谓成果丰硕。多个科研机构取得了众多成果，成果数量在10项以上的机构有9个，其中中国科学院、清华大学、四川大学、上海交通大学、暨南大学分别获得63，24，18，17，13项，上述前5名机构的成果数占总成果数的23%。在中国科学院系统，生物复合材料科技成果数量排名前5位的是上海硅酸盐研究所(12项)、长春应用化学研究所(8项)、生态环境研究中心(5项)、金属研究所(5项)、兰州化学物理研究所(4项)，总共贡献了20项科技成果，占中国科学院总产出量的55%。
2．4．5生物医学衍生物科技成果产出机构分析
生物衍生材料是经过特殊处理的天然生物组织形成的生物医学材料。由于它具有类似天然组织的构型和功能，在人体组织的修复和替换中具有重要作用，主要用作皮肤掩膜、血液透析膜、人工心脏瓣膜等［10］。2000－2010年间共检索到相关科技成果326项，获得5项以上科技成果的机构10余个。其中排名前5名的是中国科学院、南开大学、中国海洋大学、武汉大学、中国药科大学，分别获得科研成果36，13，9，8，6项，累计成果数占总成果数的23%。中国科学院系统中，成果数量排名前5的是上海有机化学研究所(4项)、长春应用化学研究所(4项)、上海应用物理研究所(4项)、生物物理研究所(3项)、上海原子核研究所(2项)，总共贡献了17项科技成果，占中国科学院总产出的46%。
关键词：聚氨酯；生物活性材料；高分子
1概述
聚氨酯生物材料因选择具有良好生物相容性和可降解性的聚酯类聚合物为软段，共价并入由二异氰酸酯和扩链剂构成的硬段[1]，赋予了材料良好力学性能，高拉伸强度和断裂伸长率，良好的耐磨损、抗曲挠性能。正是这些原料中的官能团使得聚氨酯材料的降解可以被调控。同时，改变聚酯/聚醚与二异氰酸酯酯的比列可以使它的降解时间达到数月之久，使其得以匹配细胞的生长速率，满足组织医用材料的要求。除此之外，改变扩链剂的种类能获得更多类型的聚氨酯，使其具有了更强的分子可设计，可以通过临床需要选择合适的原料进行设计、加工，性能可控范围大。另外，软硬段之间的力学不相容性，又使其具有了良好的形状记忆性能[2]。以上诸多的优良特性，使聚氨酯材料已经成为生物材料研究热点之一，广泛地应用于生物医学工程领域，如药物缓释载体材料、手术缝合线、人造皮肤、软骨组织工程、骨组织工程。面对生物体这个复杂而又敏感的环境，带有生活活性的生物材料能在使用中为细胞生长提供一个良好的生长环境，从而实现修复。因此，修复使用的材料具有生物活性是一个关键要素。但是，就目前报道聚氨酯材料都不具有生物活性，其主链上也没有可供引入生物活性分子的反应性基团，这极大的限制它的应用。
2无机成分改性聚氨酯
通常来说，实现聚氨酯材料的生物活化通常有三种设计策略。第一种是将磷酸三钙、羟基磷灰石或者其它无机陶瓷材料作为一种生物活性分子。通常用它们改性的方法便是将它们与聚氨酯材料进行共混或者是涂层。羟基磷灰石、微晶陶瓷或者磷酸三钙都有与天然骨头相似的物质，是一类重要的生物活性材料。羟基磷灰石，最为一种最重要的无机磷酸盐，在过去的几十年里已经作为一种医用材料被广泛的应用了。作为一种生物活性材料被利用，除了它有着与天然骨头相似的成分外，还能调节生物材料降解过程中的pH值达到生物降解稳定性，以诱导骨生长，防止炎症发生。这些多样的生物活性物质使得改性后的材料具有更好的细胞相容性，无机陶瓷改性的生物活性材料若是用于骨修复，还能促进骨诱导和骨的传导[3]。虽然无机磷酸盐是一种重要的生物活性材料，但是现在的技术还无法完美解决它们在应用过程中存在的问题-----无机磷酸盐与聚氨酯的相容性。这使得我们很难用它们制备出一个均一的基质，特别是当无机陶瓷的含量较高的时候，涂层和共混都很难制备出一个均一的基体材料[4]。一些研究者还发现，一些HA/PLA的复合材料在生理环境中会快速失去它的力学性能。多数情况下HA和聚合之间的界面会出现分离，原因有两点：（1）磷酸盐陶瓷和聚合物之间缺乏有效地粘附；（2）HA表面上与聚合物主链连接的OH自催化降解。聚氨酯/HA的结构与PLA/HA相似，因此可能会出现相似的界面分离。
3可溶性生物活性分子改性聚氨酯
第二种是将可溶性的生物活性分子，如生长因子添加到生物材料中，让其在后期释放从而引发或者调控细胞的生长和分化，以达到组织修复或形成的目的。IGF 在人体骨骼的正常生长与维持过程中起重要作用，呈现出BMP和TGF-β的整合作用与骨形成扩增的效果。BMP 被认为具有早期前体骨细胞复制和成骨细胞定型的重要效应。TGF-β是具有诱导定型骨细胞复制和促进成骨细胞生产基质的潜能。PDGF（血小板衍生生长因子）能够在间充质组织中诱导未分化的细胞增殖，若与IGF，TGF-β，或BMP 共用，则可以增强骨组织的再生，但是它不能提供完整的骨生成特性。
4细胞活性成分改性聚氨酯
第三种是将细胞粘附多肽通过化学或者物理改性接入到生物材料中。研究表明胞外蛋白确实在细胞粘附和铺展于材料的过程中起着重要作用，因为细胞外基质上特定的功能域可通过整合素与细胞膜直接连接。大量的特定的细胞识别序列被辨别，最为集中序列是存在于基质分子(玻连蛋白、纤连蛋白、层连蛋白、胶原及原纤蛋白)中的(arginine-glycine-aspartic acid ) RGD。RGD是一种近年来被广泛用来设计生物活性聚氨酯材料的生物活性因子。通常为了连接牢固，RGD多肽通过羟基、氨基、羧基等官能团共价连接到聚合物中。
5结语
关键词：生物材料 镁合金 生物相容性
中图分类号：TQ11 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2016）09（a）-0059-02
1 镁合金的优势和不足
镁合金作为生物材料有以下的特点：（1）质量轻，密度为1.74 g/cm3，相对密度24，接近人骨密度。镁在自然界中分布广泛，同时在海水中也含有大量的镁，价格相对便宜。（2）相较于钛合金、不锈钢等生物材料，镁合金有其最大的优势――可降解性。（3）镁合金有良好的力学性能，其杨氏模量为41.45 GPa，远小于钛合金和不锈钢，这就能够有效地缓解传统金属植入材料所引起的“应力遮蔽效应”，骨质疏松甚至是二次骨折。（4）具有良好的生物相容性。镁是人体必需的微量元素，成年人平均每天应该摄入约400 mg镁离子，镁的生物安全性高，无生物毒性。
镁的化学性能很活泼，耐腐蚀性能较差，这是制约镁合金在医疗方面进一步应用的最大阻力。通常，镁合金的耐蚀性主要与生成的腐蚀产物层有关，当生成的腐蚀产物大于溶解的腐蚀产物时，镁具有好的耐蚀性。由于镁表面的氧化物膜疏松多孔，对其难以形成保护作用：镁在酸性条件下易腐蚀，腐蚀膜无法对镁形成保护作用；镁在碱性条件下虽然有较好的耐腐蚀性，但其形成的是松散沉淀物。以上原因使得镁还不能满足当前医学临床上长周期植入物的要求。
2 镁在体液中的降解过程
生物镁合金在植入人体后需要保持12周以上才能保证组织充分愈合和生长。人体的体液是由有机酸、金属离子、阴离子以及蛋白质、酶和细胞等构成的复杂的电解质环境，pH值7.35～7.45，温度37 ℃。由于镁的标准电极电位极低（-2.37 V），因此，易在人体环境中发生电化学腐蚀，其反应过程有：
由于体液成分的复杂性，镁合金在体内的腐蚀受很多因素的影响和制约。一方面血液中大量存在的Cl-，其溶解度大且半径小，易穿透表面膜与基体接触发生反应，并为去极化剂和阳离子扩散打开通道，加速腐蚀电流流动，还会将Mg（OH）2溶解成MgCl2，使其丧失保护膜层的作用；另一方面PO43-、HPO2-、SO42-和CO32-与镁钙离子反应生成的难溶膜层和蛋白质在镁合金表面形成的吸附膜均会阻碍基体与体液接触，阻碍镁合金的进一步腐蚀。
3 镁合金的应用与研究
镁合金在医疗上已有了诸多应用，比如医用螺钉、心血管支架、多孔骨修复材料等。在医用螺钉方面，由于镁的弹性模量与人骨的接近，可以有效地缓解应力遮蔽效应，在骨折愈合初期，提供稳定的力学性能，并逐步增加骨的受力，刺激骨的生长，加速愈合；而在心血管支架方面，相对于不可降解的不锈钢支架，镁合金心血管支架有更好的应用前景；在作为多孔骨修复材料方面，由于其合适的力学性能、可降解性和本身的生物活性，能诱导细胞的分化和血管的生长。
但镁合金作为植入材料，过快的降解速度仍然制约着镁合金在临床上的应用，而且必须在服役期间内满足必要的力学与形态学要求，因此镁合金的降解速度不宜过快，且要尽量避免发生点蚀，点蚀的发生会加快腐蚀速率，合金降解的时间也不可控制。目前的研究工作便是近一步增加镁合金的耐蚀性，促进均匀腐蚀行为，满足镁合金医用材料降解时间的可调控性和可预测性的设计，在长时期植入生w内期间，有效满足新骨的生成速率和镁合金降解速率相一致，最大地促进骨的生长和治愈效果。
4 提高镁合金耐蚀性的方法
元素合金化是目前常用的镁合金强化方法之一，即添加合金元素，使镁的力学性能和耐腐蚀性得以提高，当植入材料在人体内进行工作时，合金元素固然会随之进入人体内，因此合金元素必须对人体无毒副作用，即具有良好的生物相容性。常用的可添加元素有Ca、Sr、Zn、Zr等和一些稀土元素。钙是人体必不可少的元素之一，它是组成骨骼的主要元素。加入少量的钙可以改善镁合金的铸造及机械性能。镁钙合金中Ca的添加量低于wt.1.0%时表现出良好的生物相容性、低腐蚀速率以及适当的弹性模量和强度。锶能够维护骨骼健康，增强骨强度和骨密度。锌元素有助于青少年骨骼发育和组织再生，并能促进伤口愈合，提高人体机能的免疫力。锆本身的耐蚀性就很优异，在镁合金中与铁等形成稳定的化合物。锆能够细化镁合金晶粒，提高合金的机械性能和耐蚀性能。
另外，对镁进行表面改性处理是指通过化学或物理方法进行处理，使其表面生成耐腐蚀膜，从而对基体起到保护作用。目前表面处理的方法有化学转化膜、碱热处理、阳极氧化、微弧氧化、离子注入和构筑生物活性涂层等。其中构筑生物活性涂层法是指在镁合金表面涂上一层生物活性膜，此法不仅能提高其生物相容性，而且可以延缓基体在体液中的腐蚀和降解速率。Rudd等人[1]通过放置镁及WE43合金在Ce（NO3）3、La（NO3）3或Pr（NO3）3溶液中进行化学处理，在表面生成稀土转化膜。将处理过的纯镁与WE43在pH为8.5的硼酸溶液中进行动态极化测试和阻抗测试。结果表明两种合金在溶液的耐蚀性在短期内显著增加。
5 镁合金体内测试研究成果介绍
在作为心血管支架方面，国内外的研究人员通过科学实验验证了镁合金因其具有可降解性可以在一段时间内自行降解并具有很大的应用前景。B.Heublein等[2]将AE21镁合金（2%Al+1%RE）支架植入家养猪的冠状动脉，结果显示植入6个月后有50%质量损失，且降解速度与时间呈线性关系，在试验期间没有出现重大的问题和初期支架破损的现象。Erbel的临床研究显示[3]，将71个长度10～15 mm、直径3.0～3.5 mm的镁合金支架植入63个冠状动脉狭窄的患者，4个月后经血管内超声检查，血管狭窄率由61.5%降低到12.6%，可观察到部分狭窄血管直径增加且血供良好，术后1年残余的少量镁合金支架嵌入内膜，没有不良反应。
在作为骨固定材料方面，镁合金的腐蚀产物有助于诱导骨生长。F. Witte等[4]将4种不同镁合金和1种降解聚合物植入豚鼠股骨进行比较研究，发现镁合金组在1周内有皮下气泡产生，2～3周后气泡消失；在6周和18周进行观察，所有镁合金植入体被主要由与骨直接接触的Ca、P组成的磷酸盐相覆盖，镁合金周围的矿化骨的面积显著高于聚合物，认为镁离子的聚集可以激活骨细胞，促进骨的再生。
6 实验生物镁合金组织性能测试
稀土Nd在镁合金中有较大的极限固溶度，可以对镁合金起到很好的固溶强化作用。Nd的添加可以形成金属间化合物使镁合金电偶腐蚀过程中阴极性减弱，降低了镁合金的微电偶腐蚀，并且可以改善表面氧化膜的结构，使其变得致密，从而增强了耐腐蚀性。而且少量Nd在生物体内无细胞毒性，晶界处会形成Mg12Nd耐蚀相，在晶界处形成腐蚀障碍，增加耐蚀性，并且析出的第二相Mg12Nd的电位比镁稍高，可以缓解镁被腐蚀的程度。该文介绍课题组制备的两种稀土生物镁合金的实验测试结果如下。
Mg2.4Nd0.8Sr0.3Zr镁合金在模拟体液中腐蚀7天后的表面形貌图如图1（a）所示。在合金腐蚀后表面生成了密集的腐蚀产物层，阻碍溶液进一步渗入基体，增加耐蚀性。且片状腐蚀层被裂纹分割成相对均匀的区域，表明该合金在模拟体液中的腐蚀行为是均匀腐蚀的。Mg3.5Nd0.2Zn0.4Zr合金显微组织如图1（b）所示，基体主要由α-Mg和在晶界析出白色的Mg12Nd相组成，Mg12Nd相的生成提高了V合金的耐蚀性。
7 结语
综上所述，生物镁合金自身在各方面性能上也具有极大的优越性，尤其是力学性能、可降解性以及生物相容性。因此，其可以作为可降解医用金属材料，其可降解性有助于组织生长和愈合，可极大地减轻患者的痛苦和经济压力，同时避免二次手术带来的风险，并具有广阔的应用前景。
参考文献
[1] AL Rudd，CB Breslin，F Mansfeld.The corrosion protection afforded by rare earth conversion coatings applied to magnesium[J].Corrosion Science，2000，42（2）：275-288.
[2] Heublein B，Rohde R，Kaese V，et al.Biocorrosion of magnesium alloys： a new principle in cardiovascular implant technology[J].Heart， 2003，89（6）：651-656.
Abstract It is quick convient good-repeating and cheap that examining the biotic materials compatibility through cell-culturing method，and it is more and more important in evaluating the compatibility of biotic material.The new material appeating continously complicating of the part and aim material be planted in the intensity of materials toxic effect the reactions complication of material and biotic body，all of these decide the variety of experiment method and cells in cell toxicity experiment.It is very important that choices the right experiment method and cells according to the materials character the part and aim the material be planted in .The evaluation of biotic materials compatibility stressed on the changing of cells form and quantity before.Inrecent years，more and more reports appear about material influeances the growth.adhesion proliferation and metabolizing of cell.and presents the point that the evaluation standard of biotic materials compatibility should be set according to the active cells quantity and their growth.Combining many subjects technological development，such as immunology， chemistry，radiation and shadowgraphy，thoroughly inquires the changeing relation of cells structure and funtion，furtherly clarifes the materials effect on cell，It is the developing direction in the future that evaluates the biotic materials compatibility in cedd-culturing method.
Key words Biotic material Cell-culturing Compatibility Toxicity experiment
生物材料的临床应用已有较长的历史，广泛应用于牙科、眼科、整形外科及心血管外科领域。目前美每年有2-3百万人工脏器或假肢植入人体中。生物材料不仅要具有临床使用时所需要的理化性能，还必须具有良好的生物相容性，以保证使用安全。如何快速准确地评价材料的生物相容性，对于研制新材料和缩短研究周期起着重要的作用[1]。
根据1982年美国国家标准学会和牙科协会（ANSI/ADA）公布的评价生物相容性实验标准草案，评价生物相容性的实验方法有全身毒性试验（口服法）、急性全身毒性试验（静脉注射法）、吸入毒性试验、溶血试验、皮下植入试验、骨内植入试验、过敏试验等[2]。细胞培养法作为检测材料毒性的手段（亦称为细胞毒性试验），具有简便、敏感性高、节省动物、节约经费、缩短生物材料研究周期等优点，正日益受到人们的广泛重视。本文就该研究领域近几年的发展及动向作一简介。
1 细胞毒性试验方法的进展
1948年Rosen Bluth等首次报道利用鼠成纤维细胞培养来筛选聚合物，开始了细胞毒性试验评价生物材料的生物相容性的研究与应用工作，迄今为止这方面已有大量的工作积累与研究发现。细胞毒性试验在评价材料生物相容性地位已得到公认[3]。由于目前对生物相容性概念及机理还完全了解，加之材料的多样性、置入要体内环境中的变异性、材料与机体作用的复杂性等因素，故迄今为止，国内外还没有一个统一细胞毒性试验方法。
细胞毒性试验由于细胞培养方式（如单层细胞培养、细胞悬液与材料混合培养、细胞在材料上培养等）的不同，细胞与材料之间有无间质（即细胞直接与材料或其浸出液接触，还是通过间质接触）以及材料毒性成份（即材料本身、浸出物、扩散物或材料降解产物等）不同决定了细胞毒性试验方法的多样性。根据细胞和材料之间有无间质可以将细胞毒性试验方法分为间接法与直接法两大类。
1.1间接法
最典型的间接法是琼脂覆盖法，该法是Dubecco在1952年首先提出[4]。其方法是将含有培养液的琼层平铺在有单层细胞的培养皿中，再在固化的琼脂层上放上试样进行细胞培养。此法优点是不管试验材料是什么形态（膜、粉末或油脂状）等都适用。但该法敏感性受试样溶出物琼脂层上扩散程度的影响。当溶出物分子量小，易溶于水，其毒性发现早且较强。反之即使有毒的材料，如溶出物分子量大并难溶于水，使用该法时材料毒性就难以表现出来。
为克服琼脂法的缺点，Sabita Sriva等提出分子滤过法[3]。该法是在单层细胞上覆盖一层丙烯盐制成的微孔滤膜，将试样材料放在滤膜上，使材料毒性在成份通过滤膜作用于其下的细胞。由于滤膜微孔直径约0.45μm，Bondemark认为该法适合评价毒性成份分子量小的材料的相容性[5]。 van Luyn等1992年报道用甲基纤维素细胞培养法评价聚合物的细胞毒性[6]。该法是在甲基纤维素中混入细胞表面进行培养。该法优点是生物材料的水解及细胞坏死释放出的蛋白分解酶引起的酶解作用均要发生，因此可同观察到生物材料的原发性及继发性细胞毒性。
1.2 直接法
生物材料中一些易溶出物质引起炎症反应和组织反应的主要原因。易溶出物质一般是原料单体、低分子聚合物、催化剂、溶剂、稳定剂、乳化剂等。为研究这些溶出物的细胞毒性，一些学者提出浸出液法。该法是将试样投入培养液或蒸馏水中适当条件下进行浸泡，制备出含有溶出的浸泡液再将浸了液加在含有细胞的培养皿或试管中继续培养，观察溶出物对细胞的影响。Oshima认为不同浸提条件和浸提方式所制备的材料溶出物在细胞敏感程度上并无显著性差异[7]。
直接浸渍法：该法是形态不规则的试样（如金属粉末、油脂类材料）等与细胞一起放入培养皿中进行培养。当有溶出物时试样周围的细胞就会受到影响。宁淑华等1988年用该法对医用硅胶及聚乙烯醇进行细胞毒性试验[8]。作者认为对于形态不规则有微量毒性的材料使用该法较为适宜。
另一些学者在直接法基础上提出直接接触法。该法将细胞直接放在生物材料上进行细胞培养。当有毒性物质释放时，由细胞形态变化和数量增减检测细胞毒性程度，同时可以直接观察到细胞在材料表面贴附情况。直接接触法不仅能直接检测材料溶出物的细胞毒性，同时也是考察材料与组织细胞相容性的重要手段。通常“材料生物相容性好”，很多场合都是指细胞容易贴壁且能迅速繁殖生长。因此可根据直接接触法细胞培养的结果推测材料植入人体后与机体细胞的反应。但是，对于与血液接触的循环系统来说，为了避免引起血栓形成，就希望细胞难以贴壁且不易增殖。因此应根据材料的使用目的，作出相应的生物相容性判断。
Tsuchiya[9]等于1994年对琼脂法、分子滤过法、浸出液和直接接触法对材料的细胞毒性敏感程度的差异性进行比较。作者认为浸出液法适合检测材料溶出物毒性，并与动物毒性试验结果相符合。直接接触法对材料的细胞毒性敏感性最高，可测出材料微弱的细胞毒性。琼脂法适合对毒性大的大指材料进行筛选。分子滤过法适合毒性成份分子子量小的材料进行生物相容性评价。
综上所述。细胞毒性试验方法多种多样，并各有其特色。每种试验方法因其原理及方法不同，选择材料的针对性也不同。根据实验材料本身理化性质、毒性成份表现形式、毒性作用强弱及材料用途选择正确的实验方法是至关重要的。转贴于
2 实验细胞研究进展
目前细胞毒性试验中应用最早的及使用最广泛的细胞是L-929细胞，该细胞是Earle等1948年从小鼠皮小组织中分离出的成纤维细胞。另一种应用较多的细胞是Gey等1953年从人类子宫肿瘤中分离出的子宫粘膜上细胞（HeLa细胞）[10]。由于这两种具有传代容易，繁殖迅速、体外培养条件低、易储存，同时这两种已建立成系的细胞株能为实验提供稳定传代的细胞，能为许多材料细胞毒性评价所共用等优点。1982年美国质量标准协会将L-929细胞和HaLe细胞推荐为细胞毒性试验中的标准细胞[2]。
由于L-929细胞来源于小鼠的皮下组织，HaLe细胞来源于人的肿瘤组织。这两种已建立成系的细胞株都具有无限分裂增殖类似肿瘤细胞的特征。因此人们对利用这现两种细胞代替人体正常组织细胞评价材料的生物相容性的敏感性及可靠性产生了疑问。同时随着不断涌现，人们对材料植入人体后与机体组织之间可能发生的反应其对材料的影响产生了浓厚的兴趣。因此单用L0929和HaLe细胞培养检测材料的生物相容性已不能满足人们的这种需要。
从九十年代起越来越多学者根据材料植入体内的不同部位及使用目的选择人体不部位或/和组织来源的细胞作业实验细胞，使体外细胞培养对机体内环境的模拟更趋真实，其结果更为准确与客观。
对宿主而言植入宿主体内的生物材料是种异物，因此材料植入体内最普遍和最常见的反应是免疫排斥反应。由于单核巨噬细胞来源于人体的血液，在人体免疫系统中起着重要的作用，能释放各种刺激因子激活补体引起急慢性炎症反应，同时刺激成纤维细胞生长促进伤品的愈合。因此选择单核巨噬细胞作评价材料细胞毒性的实验细胞，有助于人们了解材料置入体内引起的炎症反应对组织细胞的影响[1]。
Cheung认为不同组织来源的细胞材料的敏感性是有差异的[12]。只用软组织来源的细胞培养检测材料的细胞毒性尚不能全面反映出材料的生物相容性。以骨替代材料和牙用材料为例。前者种植到骨组织内，所接触的是骨环境，而后者存在于软组织环境中。因此骨替代材料应选择骨组织来源的细胞，因为这种细胞在体外培养中可形成体内环境一致的矿物化小结，这种小结内含有类成骨细胞和类骨髓细胞及钙化的胶原基质，使体外细胞包培养更好地模拟了生物材料与骨组织在体内的反应。牙用材料可释放一些可溶性的毒性成份如Na+、Ca2+、Al3+和氟化物等[]14，这些可溶物质主要影响邻近的牙组织及口腔粘膜的上皮细胞、成纤维细胞及各种免疫细胞，并对这些细胞的生长、附着增殖及代谢等功能产生影响。因此对牙材料采用口腔粘膜的成纤细胞或/和上皮细胞才能更准确地反映出材料的生物相容性。
3 细胞毒性的观察方法
以往对材料生物相容性的评价往往着眼于细胞的形态与数量，通过细胞形态的改变和数量的增减判断材料的细胞毒性[15]。由于材料毒性成份对细胞的损伤，首先发生细胞生物化学反应和生物分子结构的改变，出现代谢和机能的改变如线粒体氧化代谢障碍、蛋白质合成下降，细胞膜选择性通透屏障作用消失等，这种变化用形态学方法通常不能发现。只有当细胞死亡10h以上，细胞的自溶性变化相当明显的才能在光显微镜下根据细胞死亡的判断特点，即核浓缩、核碎裂、胞浆伊红染色等判断材料的细胞毒性程度。因此传统的细胞毒性观察方法不能及时、准确地判断材料的细胞毒性。
九十年代以来，越来越多学者倾向于从材料毒性成份引起细胞死亡所产生的细胞形态和数量的变化评价材料生物相容性转移到材料对细胞的生长、附着、增殖及代谢功能的影响，并提出了以存活的有功能的细胞或/和细胞生长增殖情况作材料的生物相容性评价指标。
在体外细胞培养中已有学者提出一些能敏感地反映细胞活力功/和细胞殖的实验室评价方法。如放射性位素（3H-胸腺嘧啶，3H-亮氨酸等）摄入法[16]、荧光染色法（如乙酰乙酸荧光素）[18]、流式细胞光度术等[19]。这此方法各有其优缺点及适用范围。
放射性同位素摄入法是在培养基中掺入3H-胸腺嘧啶或/和3H-亮氨酸等，根据3H-胸腺嘧啶在细胞内含量测量DNA的合成含量，3H-亮氨酸含量测定细胞内蛋白质合成清况[16]。该法能揭示细胞分子水平的动态变化，是研究细胞代谢状态的重要手段。但同位素物质对研究人员会造成一定程度的放射性损害，同时需要特殊设计的实验室和一些特殊设备是其缺点。
四甲基偶氮唑盐微量酶反应色法（MTT法）是由Mosroann在1983年提出，最初应用于免疫学领域，近年一些学者将该法应用到生物相容性评价中[20]。其原理是线粒体琥珀酸脱氢酶能催化四甲基偶氮唑盐（MTT）形成兰色甲替。形成数目的多寡与活细胞数目和功能状态呈正相关，该法简便迅速、不接触同位素、而敏感性同位素法接近。该法缺点是甲替有时易聚集成团影响结果的难确性。
荧光染色法：其基本原理是当细胞受到损伤时，细胞膜的选择通透性屏障作用消失，利用乙酰乙酸荧光素和溴化乙锭快速进出细胞膜受损的细胞特点。在荧光显微镜下迅速区分受损细胞[22]该法特点适合评价首先影响细胞膜功能的材料的生理相容性。
流式细胞光度术（Flow cytometry，FCM）是近几年迅速发展起来的分析细胞的方法[22]。该法利用鞘流原理，使被荧光标记的单个悬浮细胞排成单列，按重力方向流动。细胞被激光照射后反射荧光，检测器械可逐个结细胞的荧光强度进行测定。FCM对细胞测定能力30-60万个细胞/分钟，同时可对细胞的核酸，蛋白质、酶、细胞周期分布等八种量进行测定。该法在材料的生物相容性评价中有着广泛的应用价值。
4 结束语
口腔生物医学材料具有比较广泛的应用范围，不只是在因先天或后天原因导致牙体组织和颌面器官缺损的修复方面进行应用，还可能在鉴别诊断口腔疾病方面具有辅助作用。生物医学材料可实现对缺损组织与器官的修复和置换，恢复组织或器官的正常功能。随着迅猛发展的科技水平，口腔生物医学材料的制作方法也具有明显的改进，日益推出复合型与功能型形式各样的生物医学材料，并日益优化其性能。
2. 资料与方法
通过对生物医学和生命科学有关文献的数据库的检索，并进行较深入地分析。结合临床口腔生物医学材料应用的特点，比较分析有关数据。口腔生物医学材料基础性研究、临床应用的生物医学材料等相关文献都是重要依据，并将与目的无关的研究结果予以排除。
3. 结果
按照材质类别可将口腔生物医学材料分为金属、高分子及非金属生物复合材料三类。金属类材料在临床口腔生物材料中是最早应用的一类材料，这类材料优点是具有较高强度、较强韧性、获取容易等，在临床中应用广泛。还可结合其成分将金属类材料分为纯金属、合金及特种金属三种，在临床中纯金属类材料应用不多，应用较多的主要是合金和特种金属。合金类金属材料由不少于两种金属元素组成，尽管其延展与抗压等物理性能低于纯金属材料，但在应用中生物安全性较高，所以在临床中具有比较广泛的应用。钴基合金材料目前广泛应用的合金类材料，主要有钴铬钨镍和钴铬钼合金两类，具有抗腐蚀性较强的性能，高于单一金属材料40倍。但在加工制作过程中比较烦琐，所以相对具有比较昂贵的价格。此外，机械性能也比纯金属类材料高，通常在替换颞下颌关节与颌面部内固定大面积骨折中应用较多。钛合金与上述金属合金材料相比较，具有较高的机械性能和相容性，在人体植入后不会产生排斥反应和毒副作用，生物相容性较好。通常在种植牙基桩制作、固定骨折及骨缺损替代植入性材料中比较常用。但在使用中金属材料也具有不足之处，诸如在使用中因人体具有比较复杂的内部环境，因人体内长期存在金属材料部会造成离子向体内微渗入，进而产生较大的副作用和毒性。
在现代口腔生物医学材料中非金属生物复合材料也是其中的重要组成部分，主要有以下三种。一是生物活性陶瓷，该材料是表面具有生物活性和吸附性的一?N陶瓷，通常具有羟基，为多孔形，具有较高的孔隙率。在体内生物活性陶瓷能够降解吸收，通常在生物体内用于骨诱导材料对新生骨生长具有一定的诱导作用。在实际应用中骨传导性与诱导性良好，所以通常该材料可用于修复骨缺损的一种支架材料，在支架的周围利用填充材料的良好生物学活性充填覆盖，以实现对缺损的修复作用，并使材料增加生物相容性。二是惰性生物陶瓷材料，其主要成分是氧化铝和氧化锆，硬度高，生物相容性好，所以通常在内固定骨折中应用较多，在制作口腔全瓷牙内冠中也比较常用。三是复合树脂，主要混合有机树脂基质和无机填料形成，在特定条件下是能够引发化学性反应的一种修复材料，在修复小面积牙体缺损时比较适合。在临床中目前主要应用的有光固化、化学固化及复合固化等树脂类材料，该材料具有较强的可塑性、良好的仿真性、较高的生物相容性、比较耐磨等优势。
在临床中高分子类材料是一种比较广泛应用的材料，稳定性强，聚乙烯和聚丙烯是其主要成分。与其它材料相比较，该材料在人体中不能降解产生离子，因此不具有毒性。抗冲击性和抗摩擦性也较强，所以在替换人工关节中应用比较广泛。高分子类材料中的硅橡胶材料耐高温、腐蚀及透气性较高，所以在制作颌面部复体及口腔印模精确制取材料中应用较广。另外，该材料可降解，经一段时间后可形成小分子化合物而随人体基础代谢排出患者体外。
4. 讨论
通过研究分析生物材料有关文献资料，在口腔临床生物医学材料中选取金属材料、高分子、生物复合材料三大类分别进行研究。大部分高分子材料与生物复合材料都是由不少于两种材料构成，对这类材料进行制作时，可利用相关技术对材料微观构造进行改变，使材料特性和优点得到充分发挥，对不足之处进行有效弥补，对生物材料赋予新的生物特性。材料的生物相容性和机械强度较高，具有较强的耐腐蚀性，在特定环境下能够降解吸收，在临床应用中完全满足。在高分子材料与生物复合材料中，我国开展相关的研究相对较晚，并在研究初期发展相对较为缓慢，但经过近年来的不断发展，已由最初的盲目效仿逐渐发展到自主研发，由质变迅速发展发展到量变。口腔医用生物医学材料目前在我国已逐渐由传统的单一功能、非专一化、低效逐步发展为功能完善、复合化、专业化及高效，发表的生物医学材料的相关文献也跃居世界第二。
随着医学技术及材料技术的快速发展，口腔生物医学材料也得到了前所未有的发展机遇。目前在临床研究中已逐渐由常用的无机材料转变为有机材料，有机类生物材料在开展较多研究的就是多糖类物质。天然多糖类物质中壳聚糖属于其中一种，其生物相容性良好，抗菌性能优异。通常该类材料被用于对各种材料进行塑造以便于长入细胞和将应力传递至骨与骨之间。壳聚糖类物质因其生物相容性和细胞黏附性较好，而被广泛用于各种细胞因子和药物载体，实现对遗传信息进行传递以及相关疾病的临床治疗。
关键词：胶原生物医用材料；优势；临床医学应用
生物医学材料是一类对人体细胞、组织、器官具有增强、替代、修复、再生作用的新型功能材料。它有独特的基本要求：①具有生物相容性，要求材料在使用期间，同机体之间不产生有害作用，不引起中毒、溶血、凝血、发热、过敏等现象；②具有生物功能性，在生理环境的约束下能够发挥一定的生理功能；③具有生物可靠性，无毒性，不致癌、不致畸、不致引起人体组织细胞突变和组织细胞反应（即“三致物质”），有一定的使用寿命，具有与生物组织相适应的物理机械性能；④化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；⑤针对不同的使用目的具有特定功能。按生物医用材料性质的不同可分为四大类：①医用金属材料。主要用于硬组织的修复和置换，有钴合金（Co-Cr-Ni）、不锈钢、钛合金（Ti-6Al-4V）、贵金属系、形状记忆合金、金属磁性材料等7类，广泛用于齿科填充、人工关节、人工心脏等。②医用高分子材料。有天然与合成两类，通过分子设计与功能拓展，即合金化、共混、复合（ABC）等技术手段，可获得许多具有良好物理机械性能和生物相容的新型生物材料。③生物陶瓷材料。有惰性生物陶瓷（氧化铝陶瓷材料、医用碳素材料等）和生物活性陶瓷（羟基磷灰石、生物活性玻璃等）。④医用复合材料。由两种或者两种以上不同性质材料复合而成，取长补短，达到功能互补。主要用于修复或者替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造。胶原属于细胞外基质的结构蛋白质，结构复杂，根据分子结构决定功能和性质的原则。其分子量大小、形状、化学反应以及独特的生物分子等对功能、性质起着决定性作用。胶原来源广泛，资源丰富，性质特殊。是21世纪生物医学材料研究和应用的热点和重点[1]。
1胶原生物医学材料的优势
（1）低免疫源性。组织胶原具有一定的免疫性，20世纪90年代研究发现，其免疫源性来自于端肽及变性胶原和非胶原蛋白质，在提取胶原时，除去端肽及纯化分离掉变性胶原和非胶原蛋白，能得到极弱免疫原性的胶原材料。（2）与宿主细胞及组织之间的协调作用。其特点：①胶原有利于细胞的存活和促进不同类型细胞的生长；②胶原不但可增加细胞黏结，而且有利于控制细胞的形态、运动、骨架组装及细胞增殖与分化。（3）止血作用。胶原的四级特殊结构能使血小板活化、释放出颗粒成分，起到迅速凝血的作用。（4）可生物降解性。胶原是一种特殊的生物降解材料，其降解性作为器官移植的基础。（5）物理机械性能。胶原的三螺旋结构以及自身交联而成网状结构，使其具有很高的强度，可满足机体对机械强度的要求；另外通过进一步的交联增强其强度，而且采用不同的交联剂可获得不同的强度和韧性材料。通过复合和接枝共聚能获得更多性能优良的材料。（6）组织工程（Tissueengineering）。胶原的优良特性使其在组织工程中扮演更重要的角色，大量应用于临床，前景广阔。
2胶原在生物临床医学上的应用
[2]（1）手术缝合线。当前应用的天然与合成材料制备缝合线均存在这样那样的不足和缺陷，或者不能自然吸收，需要拆线；或者与组织反应大，引起发炎、造成伤口瘢痕明显；或者吸收时间过长等。而胶原制备的缝合线既有与天然丝一样的高强度，又有可吸收性；使用时有优良的血小板凝聚性能，止血效果好，有较好的平滑性和弹性，缝合结头不易松散，操作过程中不易损伤肌体组织。可采用复合与交联改性方法提高缝合线功能和性能，制备的可吸收缝合线有：①纯胶原可吸收缝合线；②胶原/聚乙烯醇共混复合；③胶原/壳聚糖复合可吸收缝合线；④胶原/壳聚糖/聚丙烯酰胺复合可吸收缝合线。（2）止血纤维。胶原纤维是一种天然的止血剂和凝血材料，且止血功能优异。胶原纤维是一种集止血、消炎、促愈为一体，可被组织吸收，无毒、无副作用的医用功能纤维，相比于以前使用的氧化纤维素、羧甲基纤维素及明胶海绵等止血材料，其效果要好的多。（3）止血海绵。胶原海绵有良好的止血作用，能使创口渗血区血液很快凝结，被人体组织吸收，一般用于内脏手术时的毛细血管渗出性出血。临床应用于普外科、心血管外科、整形外科、泌尿外科、骨科、皮肤科、烧伤科、妇产科以及口腔科、耳鼻喉科、眼科等几乎所有的手术。（4）代血浆。当人体由于外伤或其他原因发生意外急性失血时，最佳方法必须立刻输血，但众所周知，血液来源非常困难！而且不能长久保存，输血之前还需鉴定血型和配型。因此，寻找理想的代用品成为人们的梦想。20世纪50年明胶代血浆受到重视，且符合血浆的条件和性质，国外已大量使用，我国正在积极推进其产业化。国外明胶类代血浆有脲交联明胶、改性液体明胶和氧化聚明胶3种。国内有氧化聚明胶、血安定（Gelofu-sine）海星明胶和血代（Haemaccel）。（5）水凝胶。水凝胶是一些由亲水大分子吸收了大量水分形成的溶胀交联状态的半固体（三维网络），能保持大量水分而不溶解，具有良好的溶胀性、柔软性和弹性，以及较低的表面张力等特殊性质。交联方式有共价键、离子键和次级键（范德华力、氢键等）。水凝胶是高分子凝胶中的一类，可分为物理凝胶和化学凝胶。为改善性能需对天然高分子与合成高分子进行共混复合制备新型水凝胶（互穿网络水凝胶），现已取得很大进展。制成的复合材料有胶原/聚甲基丙烯酸羟乙酯水凝胶、胶原/聚乙烯醇水凝胶、胶原/聚异丙酰胺水凝胶、胶原/壳聚糖水凝胶等。（6）敷料。敷料是能够起到暂时保护伤口、防止感染、促进愈合作用的医用材料。有普通敷料（常用植物纤维纱布）、生物敷料（胶原蛋白及其改性产品以及左旋糖酐、壳聚糖、淀粉磷酸酯等）、合成敷料和复合敷料等四种。开发使用的品种有海绵型敷料、胶原膜敷料、凝胶敷料。（7）人工皮肤。
人工皮肤是在创伤敷料基础上发展起来的一种皮肤创伤修复材料和损伤皮肤的替代品。其制备方法采用复合与交联法，一是提高胶原的机械强度；二是胶原与其他天然高分子进行杂化改善机械性能和生物活性。（8）人工血管。人工血管是近年来组织工程（一门多学科的交叉科学）研究的重点之一。当今临床应用的人工血管主要是人工合成材料制成的，最早是涤纶纤维编织的人工血管，但只能对大口径血管有较短的替代作用。后来开发聚四氟乙烯（PTFE）、聚氨酯（PU）、膨体聚四氟乙烯（ePTFE），并采取多种方法进行改性，以适应血管植入的要求。此外，还有生物降解材料如聚乙醇酸（PGA）、聚乳酸（PLA）、聚乳酸异构体（PLLA）等。（9）人工食管。分为两种，一种是用自身的其他组织或器官（如结肠、空肠、胃、胃管和游离的空肠等）加工而成，现已广泛应用于临床，优缺互见；另一种是人工合成材料加工而成，比如塑料管、金属管、PTFE管、硅胶管等，效果均不理想。最早制成使用的聚乙烯（PE）管，此后发展了PTFE、硅橡胶、硅胶涂覆的涤纶编织管（PET）、碳纤维管等。近年以来，使用聚乙烯醇（PVA）、PLA降解塑料。用降解塑料制作无细胞支架的人工食管、组织工程化食管等。（10）心脏瓣膜。分为机械瓣膜（金属瓣）和生物瓣膜。心脏瓣膜支架材料有可降解合成高分子和生物高分子。可降解合成高分子有PLA、PGA及二者共聚物（PGLA），此外还有聚β—羟基烷酸酯、聚羟基丁酸酯（PHB）；生物高分子材料有胶原、纤维蛋白凝胶、去细胞瓣膜支架等。（11）骨的修复和人工骨。目前仍以金属（不锈钢、钴铬合金、钴镍合金、钛合金）为主；高分子材料，诸如PTFE、聚硅氧烷、高密度聚乙烯（HDPE）、陶瓷（结晶氧化铝、羟基磷灰石）以及复合材料。胶原以其独特的性能成为不可或缺的生物材料，在骨修复中起举足轻重作用。①在组织引导再生术中（guidedtissueregeneration,GTR）能起到“诱导成骨”、“传导成骨”，实现再生修复和骨愈合的作用。②组织工程化骨组织的构建。包括三个方面：一是寻求能够作为细胞移植与引导新骨生长的支架结构作为细胞外基质（ECM）的替代物；二是种子细胞；三是组织工程骨的组织还原（骨缺损修复）。（12）角膜与神经修复。角膜胶原膜和组织工程化角膜；人工神经支架采用胶原、胶原/壳聚糖或胶原/糖胺聚糖等。（13）药物载体。药物载体由高分子材料充当，大多数为传递系统，其主要成分是胶原和明胶。有胶原膜、胶原海绵、药用胶囊和微胶囊和丸剂与片剂。（14）固定化酶载体。胶原可作为细胞或酶的载体，其特点：①胶原本身是蛋白质，对酶和细胞的亲和性是其他材料不可及的；②胶原蛋白成膜性好，可制成各种酶膜；③胶原蛋白肽链上具有许多官能团，诸如羧基、氨基、羟基等，易于吸附和固化。胶原蛋白有很好的生物相容性，在体内可被逐步吸收，交联接枝共聚后赋予了材料良好的物理机械性能，且可在体内长期保存。广泛应用于人体的各个部位。生物医学材料在人体的应用部位，详见图1[3]。
3结语
随着社会文明的不断进步，生命至上理念不断深入人心，天赋人权，生命是任何人都不能剥夺的最高权利，人类对身心健康和生活质量越来越重视。当前，新型材料更多的应用于医药和临床，尤其如胶原基生物材料，以其独特的优势和优异的性能在这一领域大显身手。科技改变未来、改变生活，天然高分子与合成高分子材料通过共混、复合、合金化、纳米化等技术手段，制备成多种新颖独特的新材料和新产品。尤其应用于临床和组织器官工程挽救了数以万计的人类生命并提高了生命质量和延长了寿命。随着3D打印技术在生物医疗领域的快速发展，如何制备出适合3D打印的不同类型胶原蛋白材料，并保证在打印过程中蛋白不变性、强度可控、易塑性等成为研究的新课题[4]。当今，是生物高分子时代，随着科技发展日新月异，生命科学和生物材料研究的不断深入。生物医药是“十四五”的新兴产业链。胶原在生物医学、医药、组织器官工程和临床医学的应用将更加光明，潜力非常巨大。开发应用必将成为广大科研人员研究的重点和热点，我们将拭目以待有更多的新型材料和产品为人类的健康服务并造福人类。
关键词：复合材料 包埋微生物 废水 废气
生物固定化技术是20世纪70年展起来的技术，它是使物质扩散进入多孔性载体内部，或利用高聚物在形成凝胶时将物质包埋在其内部[1]。经研究结果表明，该技术可用于处理NH3和等H2S多种废气[2]，由此可见，固定化微生物在处理废气中有非常重要的意义。因此，本文对固定化微生物技术及其所用包埋载体进行简要介绍，对聚乙烯醇（ PVA）和海藻酸钠（SA）包埋微生物去除废气的影响因素进行综述，并总结了固定化微生物处理废气的应用，提出了一种既能促进微生物的生长，又能改善小球的性能新方向。
微生物细胞的固定化方法有吸附法、交联法和包埋法，其中，以包埋法最为常用[3]。包埋材料主要分为：一类是天然高分子多糖类，主要有琼脂、明胶和SA等，这类包埋材料具有成型容易，毒性小，传质性能好，包埋密度高等优点，但机械强度较低。另一类是合成高分子化合物，常主要有PVA与聚丙烯酰胺等，这类载体材料不易被微生物分解，机械强度较高，且化学稳定性好。
聚乙烯醇是一种无色、无毒、无腐蚀性、且微生物不易降解的有机高分子化合物，在纺织浆料、涂料、薄膜等工业领域中普遍使用，但成型性差。而海藻酸钠比较容易成型，传质性能较好，但其机械强度差，分析原因一方面是海藻酸钠凝胶是一种多糖类物质在水中有一定的水溶性，另一方面微生物能够降解海藻酸钠[4]，所以用海藻酸钠做包埋凝胶小球的主体材料不适合。因此，将PVA与SA相结合，提高机械强度与传质性能。
1.复合材料包埋性能的影响因素
影响复合材料包埋性能的因素有PVA与SA的浓度配比、交联剂、添加吸附剂等，通过形成小球的难易程度、机械强度和传质性能来评价凝胶球的性能，选择最佳条件来包埋微生物去除废气。
1.1 PVA-SA的浓度配比
洪梅等[5]采用PVA-SA作为包埋剂，培养了用氯苯驯化的微生物，制备固定化微生物小球，利用正交实验确定了制备固定化微生物小球的最佳条件，并对固定化微生物和游离微生物降解氯苯的效果进行了比较。结果表明：固定化小球制备最优条件为：聚乙烯醇的质量浓度80g/L，海藻酸钠质量比1.0%，菌液与包埋剂体积比25：1，当氯苯质量浓度为80mg/L，菌液接种量为8%，氯苯去除率为87.6%，固定化微生物降解性能较好。杨慧[4]等研究了PVA与SA的配比，PVA和海藻酸钠混合溶液浓度，凹凸棒土浓度，活性污泥浓度，通过形成凝胶球的机械强度和传质性能来检测，研究结果，PVA与SA的质量浓度最佳配比为7：1。
1.2交联剂
用于制备PVA-SA小球的交联剂有戊二醛、硼酸和CaCl2溶液。王孝华[6]采用戊二醛与CaCl2溶液作为交联剂，研究了戊二醛用量、PVA与SA质量比、CaCl2质量分数、戊二醛与聚乙烯醇的反应时间对复合材料含水率的影响。实验结果表明：当戊二醛质量分数为 0.85%、聚乙烯醇与海藻酸钠质量比为 8：1 、CaCl2溶液质量浓度为 2%、交联1.5h时，复合材料的拉伸强度和扯断伸长率最高，含水率最高。茆云汉[7]采用5种不同固定化方法，即PVA-硼酸法、PVA-硝酸盐法、PVA-磷酸盐法、PVA-硫酸盐法、PVA冻融法，通过检测包埋微生物的机械强度与活性。结果表明，PVA-硫酸盐法制备的凝胶球机械稳定性较高，包埋微生物的生物活性较高，凝胶球的使用寿命在30d以上。
1.3交联时间
赖子尼[8]以正交设计试验法制备聚乙烯醇-海藻酸钠混合物，研究了PVA-SA配比、交联剂浓度、交联时间与凝胶硬度的关系。结果表明，凝胶硬度的影响因素的次序是交联时间、SA、PVA和CaCl2浓度。李花子[9]等以PVA-SA作为包埋介质采用延时包埋法，延长溶解后冷却的时间和加入化学试剂，结果表明，用这两种方法制得的聚乙烯醇固定化颗粒的水溶胀性减少，不容易破裂，通过电镜观察发现，改进后的聚乙烯醇凝胶网状结构明显优于未经过改进的。
1.4添加吸附剂
许多学者[10，11]在PVA-SA复合材料中添加了活性炭纤维、碳酸钙、泥炭、蛭石、高岭土、珍珠、铁粉、二氧化硅粉末、钙基膨润土、粉末活性炭、硅藻土等。结果发现，添加吸附剂的凝胶球机械强度和传质性能都好于未添加吸附剂的凝胶球。
综上所述，以上方法可以使PVA-SA这种复合材料的机械性能和传质性能有所改进，但是添加吸附剂，可以使物理吸附和生物降解同时进行，因此在PVA-SA复合材料里添加吸附剂的方法比较可行。
2. P复合材料包埋微生物技术处理废气的研究
采用PVA―SA复合材料固定微生物技术在治理许多废气如NH3、H2S等方面都有研究。
2.1处理NH3
氨气是一种会发出刺激性气味的无色气体，是污染大气的重要污染物。因此，Kim等[12]利用PVA-SA复合材料固定微生物，通过生物过滤器治理NH3，当为NH3的进口浓度为0.05～6g（m3・h）时，去除氨气的效率为68%～100%，并且使用寿命在60d以上，由此可见，PVA―SA复合材料固定微生物在处理氨气中具有较大的应用前景。
2.2处理H2S
H2S废气对环境及人体有较大的危害，已经引起了人们的广泛关注[13]，Kim等[14]采用PVA-SA包埋微生物并填入生物过滤器处理H2S，结果表明，当H2S的浓度低时，H2S的去除率可以达到99%。
采用PVA―SA复合材料固定的微生物，处理废气的研究很少，用其他包埋材料固定微生物治理氮氧化物[15]、甲硫醇[16]、二氯甲烷[17]、油烟废气[18]等都有报道，除此之外，挥发性有机物质（VOCS）是在粉尘之后的第二大类污染物，挥发性有机气体的去除已成为大气污染控制领域的研究热点，因此，利用PVA―SA混合材料包埋微生物来处理甲醛和VOCS等废气具有重要的研究意义。
4. 结论
采用PVA与SA复合材料固定微生物处理废气有多种优点：处理效果好，反应器启动快、效率高、成本低、能耗省、无二次污染等，因此，使用这种材料固定微生物在环境治理中有独特的优势，在环境污染治理中的应用前景潜力巨大。但在处理废气方面研究较少，目前仍处于实验室研究阶段并没有大规模应用，由此可见它还是有缺陷与不足，机械强度不足、传质性能不佳等，为改进PVA―SA复合材料，添加无机化学试剂（例如，NaSO3），既能促进微生物的生长，又能改善小球的性能，是材料改进的一个新的方向，使这种复合材料更能适用于工业化应用。
参考文献
[1] 谢新宇. 包埋粉末活性炭的高分子凝胶球对无机磷的去除效率及吸附特性[J]. 河北科技师范学院学报，2011，25（2）：22-25
[2] 何杰，赵佳佳，等. 固定化微生物技术净化废气的研究进展[J]. 能源环境保 护. 2010，24（5）： 4-7
[3] Tampion J ，Tampion M D . Immobilized cells ： Principles and applications[M] . Cambridge University Press . 1987
[4] 杨慧，金顺，宁海丽. 添加改性材料对包埋微生物凝胶小球性能影响研究[J]. 科技信 息，2009，（33）： 16-17
[5] 洪梅，毛霞飞，王冬，等. 固定化微生物去除地下水中氯苯研究[J].科技导报，2011，29（6）：43-47
[6] 王孝华，谭世语，聂明. 聚乙烯醇-海藻酸钙制备的影响因素[J]. 化学推进剂与高分子材料，2004，2（4）：36-39
[7] 茆云汉，王建龙. 聚乙烯醇固定化微生物新方法的研究[J].环境科学学报.2013，33（2）：370-375
[8] 赖子尼，崔英德，等. 海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶硬度的研究[J]. 2010，24 （11）： 32-34
[9] 李花子，王建龙，文湘华等. 聚乙烯醇―硼酸固定化方法的改进[J]. 环境科学研究，2002，15（5）：25-27
[10] 赖子尼，崔英德，等. 海藻酸钠/聚乙烯醇水凝胶硬度的研究[J]. 2010，24 （11）： 32-34
[11] 闵 航，郑耀通，钱泽澎等. 聚乙烯醇包埋厌氧活性污泥处理废水的最优化条件[J]. 环境科学，1994，15（5）： 10
[12] Jung Hoon Kim，Eldon R. Rene. Performance of an immobilized cell biofilter for ammonia removal from contaminated air stream [J]. Chemosphere. 2007，68（2）： 274～280
[13] 李晶，倪晋仁. 填充大孔载体的生物滴滤塔脱除H2S的研究[J]. 北京大学学报自然科学版，2007，43（4）： 572～577
[14] Jung Hoon Kim，Eldon R. Rene. Biological oxidation of hydrogen sulfide under steady and transient state conditions in an immobilized cell biofilter [J]. Bioresource Technology，2008，99（3）： 583～588
[15] 牛何晶英. 固定化微生物处理氮氧化物废气的试验研究[D]. 广东. 2008. 1～75
[16] 袁志文，何品晶. 固定化微生物法处理含甲硫醇恶臭气体[J]. 上海环境科学，2000，13（3）： 108～111
关键词：纳米材料；生物安全性；评价
Development of Research on the Bio-safety Evaluation of Nanomaterials LI Yan，LU Wei（Shanghai Municipal Center for Disease Control & Prevention，Shanghai 200336，China）
Abstract：The evalution system on bio-safety of nanomaterials is at the phase of exploration. At present，more concentration was given on toxicology than onepidemiology in the research of the bio-safety evaluation of nanomaterials.
Key Words：nanomaterials；bio-safety；evaluation纳米材料（nanomaterial）是指由处于1～100 nm尺度范围内的纳米颗粒（nanoparticulate）及其致密的聚集体，以及纳米微晶体所构成的具有一系列新物性（小尺寸效应、接口效应、量子效应和量子隧道效应）的材料［1］。
随着纳米技术的飞速发展，各种纳米材料大量涌现，其优良特性及新奇功能使其具有广泛的应用前景，人们接触纳米材料的机会也随之迅速增多。对纳米材料的生物安全性进行评价成为迫在眉睫的问题。然而，现有的环境与职业卫生接触标准及安全性评价标准及方法能否直接适用于纳米材料还未能确定，纳米材料生物安全性评价体系的建立还处在探索阶段。目前，对纳米材料生物安全性评价还主要集中在对其健康效应的毒理学研究。本文从人群流行病学和实验室研究两个方面分析纳米材料生物安全性的研究进展。
1 人群流行病学研究
美国和欧洲的科学家针对大气污染物中纳米颗粒成分进行了一项长达20年的流行病学研究，结果发现：人群发病率和死亡率与他们所处生活环境空气中大气颗粒物浓度和颗粒物大小密切相关，死亡率增加是由浓度非常低的相对较小的颗粒物的增加引起的［2］。世界卫生组织（WHO）［2］对已有的实验数据进行分析发现：①周围空气10 μm的颗粒每增加100 μg/m3，死亡率增加6%～8%，周围空气2.5 μm的颗粒每增加100 μg/m3，死亡率增加12%～19%；②周围空气10 μm的颗粒每增加50 μg/m3，住院病人增加3%～6%，周围空气2.5 μm的颗粒每增加50 μg/m3，住院病人增加25%；③周围空气10 μm的颗粒每增加50 μg/m3，哮喘病人病情恶化和使用支气管扩张器增加8%，咳嗽病人增加12%。
大气纳米颗粒的流行病学研究结果为纳米材料的生物安全性评价提供了参考，但是，纳米材料特殊的理化性质对其粒径、组成和在媒介中分布情况的影响是否与人们所熟悉的总悬浮颗粒物（TSP）、PM10和超细颗粒物（UFPs）等具有相似性，目前还没有科学定论；能否将大气纳米颗粒的流行病学研究结果简单地外推到纳米材料上，也还有待研究证实。
随着越来越多的纳米材料、纳米产品进入人们的日常生活，它究竟会对环境及健康引起什么样的生物效应，我们知之甚少。到目前为止，仍未见专门针对纳米材料的系统人群流行病学研究报道，更无纳米材料全面的生物安全性评价资料。
2 实验室研究
近几年，纳米毒理学研究成为纳米材料生物安全性评价研究的一个热点，从传统对呼吸系统、消化系统和皮肤功能的影响研究扩展到当前流行的生物学终点研究，例如纳米材料引发的呼吸道和心血管系统炎症反应的氧化应激、细胞信号传导的改变以及炎症介子的激活和释放情况；从研究纳米材料对生物体局部影响的观察到对各种纳米材料在体内的吸收、分布、代谢和清除，以及生物靶器官相互作用规律的系统研究。纳米毒理学的快速发展，为纳米材料生物安全性评价体系的建立积累了重要的数据资料，同时，为探索纳米材料生物安全性评价方法以及纳米材料安全性标准及安全防护提供了科学线索。
2.1 纳米材料的毒代动力学研究
纳米材料进入机体后，可以向全身组织弥散。WANG等［3］用放射性125I标记的单壁碳纳米管（Single-walled carbon nanotube，SWCNT）经灌胃、腹腔注射和静脉等不同途径给药后，相对分子质量超过60万的SWCNT可以像小分子一样在身体各部分间自由穿梭，迅速分布于小鼠身体各器官组织中（除大脑），这一点与常规物质截然不同。
一般而言，纳米材料在体内组织间的弥散主要有以下3种途径：①由呼吸道表面向黏膜下组织弥散：OBERDORSTER等［4］发现，大鼠暴露于20 nm多聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）4 h 后，PTFE已经进入呼吸道黏膜下及肺泡间质区。LAM［5］和WARHEIT［6］也观察到了SWCNT向动物肺间质组织弥散的情况。②通过循环系统弥散：OBERDORSTER等［7］给大鼠吸入13C颗粒（30 nm），24 h后在肝脏中发现了聚集的13C。③穿透血脑屏障：KREUTER等［8］发现，静脉注射聚山梨酯-80包裹的阿霉素纳米颗粒，可被大脑毛细血管内皮细胞吞噬后穿透大鼠血脑屏障。OBERDORSTER等［9］还发现了另一种进入中枢神经系统的可能通路――嗅神经通路。所有这些说明，纳米材料进入机体后可以在体内弥散，因此有必要对其毒代动力学进行深入研究。
2.2 纳米材料的整体生物效应
初步研究结果显示，不同的纳米材料会出现不一样的毒作用表现；同一种材料纳米级和微米级可能出现不同的生物毒性。ZHAO等［10］发现在生理盐水溶液中
但是，也不是所有的纳米材料都如此。比如，研究［12］发现纳米ZnO与通常的微米ZnO都几乎没有生物毒性。这些研究结果改变了人们对颗粒毒性问题的认识：即使是无毒或低毒的细颗粒材料，其纳米颗粒也可能会变得有毒。因此，此类曾被认为无毒或极低毒物质的纳米级颗粒以及其他纳米颗粒成了毒理学研究的热点。
2.3 纳米材料对呼吸系统的影响
2.3.1 在呼吸系统内的沉积国际放射线防护委员会（ICRP）1994年的研究指出［13］，纳米材料可以在人类呼吸道及肺泡中沉积。粒径为1 nm的颗粒，90%左右沉积在鼻咽部，其余10%沉积在气管、支气管区，肺泡中几乎不沉积；粒径为5～10 nm的成分，沉积在上述3个区域均为20%～30%；粒径为20 nm的成分，有50%左右沉积在肺泡内。这说明纳米材料在人呼吸道内的沉积部位与粒径有关。近来的多项研究也发现纳米材料可以在动物的呼吸道各段和肺泡内沉积。虽然被吸入体内的纳米材料质量浓度并不高，但由于粒径极小，数量是极大的，所有这些都为纳米材料致肺脏损伤提供了可能。
2.3.2 对肺的炎性刺激 AFAQ 等［14］用支气管注入法研究超细TiO2（
OBERDORSTER等［15］用粒径为20 nm和200 nm的TiO2做了大鼠亚慢性吸人实验，发现20 nm TiO2不仅有很强的生物效应，而且也显现出不同的毒代动力学表现，使肺在低于颗粒容积负荷的情况下出现清除能力显著下降，并导致炎症反应增强的现象。WARHEIT等［16］研究了SWCNT对大鼠的影响，结果也观察到了肺损伤和肉芽肿的形成，但是，SWCNT暴露所导致的是多病灶肉芽肿，且没有进行性肺部炎症和细胞增生的表现，这种肉芽肿损伤更像免疫反应或是肺对外来物质的清除反应，这预示着SWCNT具有新的致肺损伤机制。
2.3.3 致肺巨噬细胞（AM）损伤纳米材料可引起暴露动物肺的清除能力下降，并导致明显的AM损伤［17，18］。RENWICK［19］ 等发现，小鼠AM在含有纳米炭黑（14.3 nm）及纳米TiO2（29.0 nm）的培养基中培养8 h后，其吞噬能力受到了明显的抑制。RENWICK等［20］用健康志愿者的AM暴露于0.03～3 μg/106的纳米碳微粒中发现，AM对SiO2微粒的贴附和吞噬功能都受到了抑制。ZHANG等［21］发现纳米材料可以对AM细胞膜造成损伤。MOELER等［22］发现了纳米材料对AM骨架的影响。
2.3.4 致肺部氧化损伤 纳米材料致肺部炎症和损伤与其小粒径和大表面积的特性有关，同时也与纳米材料刺激机体产生自由基继而引发氧化损伤有关。DICK等［23］比较了纳米炭黑、纳米钴、纳米镍和纳米TiO2，发现它们致肺部损伤的程度与产生自由基并且引发氧化损伤有关。他们认为，这是纳米材料表面可以与组织发生反应产生自由基的缘故。
2.4 纳米材料对消化系统的影响
吸收进入消化道黏膜下层组织的纳米微粒可以进入毛细淋巴管，从而引起淋巴细胞的免疫应答反应，有研究［24］显示，Crohn's病（节段性回肠炎）与肠道微粒对肠道壁刺激有关。通过黏膜下层进入毛细血管的纳米微粒可到达全身各组织器官，JANI 等［25］分别用50、100 nm尺寸的聚苯乙烯微粒按照1.25 mg/kg剂量喂食雌性SD大鼠，10 d后在大鼠体内检测到34%的50 nm聚苯乙烯微粒和26%的100 nm聚苯乙烯微粒。
SZENTKUTI［26］对纳米材料在消化系统中的毒物动力学研究显示：纳米材料的表面荷电性以及粒径大小对其进入肠道有重要影响，粒径越小，肠道对其的吸收速度越快，吸收的数量也越多。
2.5 纳米材料对皮肤的影响
纳米材料可以渗透皮肤引起皮肤的炎症反应。MENZEL等［27］ 用粒径为45～150 nm长、17～35 nm宽的纳米TiO2覆盖与人体皮肤最为相似的猪皮，8 h后通过粒子诱发X射线荧光分析（PIXE）观察纳米TiO2在皮肤结构中的分布情况，实验结果证实纳米TiO2可以通过角质层进入到表皮下的颗粒层，尤其是在表皮生发层。OBERDORSTER［28］和 SAUNDERS［29］也在毛囊角质层和毛处发现了防晒霜中的超细TiO2 颗粒的沉积。
从目前的研究结果显示：纳米材料对皮肤渗透作用的特点主要是：①与纳米材料粒径有关，粒径越小越易渗透进入皮肤；②进入真皮的纳米材料性质决定了其对皮肤的刺激作用；③可以溶解的物质、金属等的浸提液、纳米颗粒较易渗透入皮肤。
2.6 纳米材料对细胞的作用
纳米材料能够进入细胞并与细胞发生作用，主要是对跨膜过程和细胞分裂、增殖、凋亡等基本生命过程的影响和相关信号传导通路的调控，从而在细胞水平上产生一定的生物效应。研究［12］发现，材料的拓扑结构和化学特性是决定细胞与其相互作用的重要因素，某些纳米拓扑结构会促进细胞的粘附、铺展和细胞骨架的形成，但是在某些情况下，纳米拓扑结构会对细胞骨架分布和张力纤维的取向产生负面影响。赵宇亮等［12］发现碳纳米管容易进入细胞，并影响细胞结构，在低剂量下可以刺激肺巨噬细胞的吞噬能力，但在高剂量下，则严重降低肺巨噬细胞对外源性毒物的吞噬功能。
对纳米TiO2的一系列研究结果揭示了纳米材料可能的细胞毒作用机制：①攻击细胞膜，使其破裂，使细胞坏死。LIPPMANN等［30］发现，纳米TiO2处理的细胞，可以检测出大量的钙离子，说明细胞膜的破裂，钙离子的渗出。②利用纳米TiO2超微性进入细胞质，高化学活性又使其具备氧化损伤细胞遗传物质的能力。WAMER等［31］的实验证明，纳米TiO2损伤人体纤维原细胞的核酸，将纳米TiO2作用后的细胞分离出RNA和DNA，在RNA中可以检测到8-羟基鸟苷的生成。由于RNA负责遗传信息从DNA到蛋白质的传递，纳米TiO2对RNA的损伤间接影响了细胞遗传信息的表达。③抑制细胞生长和增殖。YEATES等［32］用47 nm粒径的纳米TiO2培养细胞系Bel-7402人肝癌细胞，发现细胞系G1期细胞数明显增加，S期数量减少，即纳米TiO2通过阻止细胞从G1期进入S期，通过影响细胞周期抑制细胞生长。④引起细胞凋亡。WANG等［33］用粒径
2.7 纳米材料对DNA的损伤作用
8-羟基脱氧鸟苷是DNA氧化损伤的标志物，是鸟嘌呤上的C-8位受到攻击的产物。JUVIN等［34］用320～400 nm的紫外线照射在纳米TiO2溶液中的小牛胸腺DNA，用高效液相色谱仪（HPLC）分析反应后的小牛胸腺DNA，发现有8-羟基脱氧鸟苷的生成，从而验证了纳米TiO2对DNA的氧化损伤作用。
LUNDBORG等［35］用含有纳米TiO2的防晒化妆品作用于核酸PBⅡDNA，介于300～400 nm 的紫外线照射，通过DNA凝胶电泳分析，发现了DNA的解旋与断裂。
ASHIKAGA［36］等采用超螺旋pBR322 DNA作为作用对象，将其与一定浓度的纳米TiO2混合，采用波长在365 nm左右的黑灯提供紫外光照35.5 min，通过柯达显像密度计分析，得到了有25%左右的DNA产生解旋的试验结果。在同样的实验条件下，如果提高光照的强度与光照时间，DNA的解旋率必然会增加。
综上所述，纳米材料具有一定的生物活性，可以通过呼吸系统、消化道和皮肤进入机体。纳米材料可以沉淀在呼吸系统引起炎症反应；可损伤AM致肺清除功能下降，引发肺部慢性炎症病变和氧化损伤；可以从沉淀部位向周围组织弥散，穿透血气屏障进入循环系统；还可穿透血脑屏障和经嗅神经通路导致脑损伤。
由于纳米材料种类繁多，理化性质各不相同，即使同一种纳米材料不同粒径也会出现不同的生物效应。因此，对每年不断涌现的新型纳米材料进行生物安全性评价就显得尤为紧迫和必要，对合适的研究模型和高通量筛选的方法以及系统的人群流行病学调查将成为纳米材料生物安全性评价体系建立的下一步研究重点。
（致谢：特别感谢胡天锡教授、顾祖维教授、应贤平主任医师、吴世达主任医师、陈良主任医师和贾晓东博士对本文提出的宝贵意见。）
参考文献：
白春礼. 纳米科技及其发展前景［J］. 科学通报，2001，46（1）：89-90.
赵宇亮，白春礼. 纳米安全性：纳米材料的生物效应［J］. 世界科学技术-中医药现代化，2005，7（4）：104-107.
WANG H F. Preparation and biological behaviors of' L-1 abeled water-soluble single-wall carbon nanotubes［J］. Nanosic Nan otech，2004，4：1-6.
OBERDORSTER G. Acute pulmonary effects of ultrafine particles in rats and mice［J］. Res Report，2000，2：96-102.
LAM C W，JAMES J T，MCCLUSKEY R，et a1. Pulmonary toxicity of single-wall carbon nanotubes in mice 7 and 90 days after intratracheal instillation［J］. Toxicol Sci，2004，77：126-134．
WARHEIT D B，LAURENCE B R，REED K L，et a1. Comparative pulmonary toxicity assessment of single-wall carbon nanotubes in rats［J］. Toxicol Sci，2004，77：117-125．
OBERDORSTER G，SHARP Z，ATUDOREI V，et a1. Extrapulmonary translocation of ultrafine carbon pictales following whole body inhalation exposure of rats［J］. Tox Environ Health，2002，65：1531-1543.
KREUTER J. Nanoparticulate systems for brain delivery of drugs［J］. Adv Drug Deliv Rev，2001，47：65-81.
OBERDORSTER G，SHARP Z，ATUDOREI V，et a1. Translocation of inhaled ultrafine particles to the brain［J］. Inhal Toxicol，2004，16：437，445.
ZHAO Y L. Nanotoxicology，Encyclopedia of Nanoscience and Nanotechnology［M］. Stevenson Ranch：American Scientific Publishers，2005.
FERIN J. Material properties of MMVFs and their time-dependent failure in lung environments［J］. Inhal Toxicol，2001，13：1117-1149.
赵宇亮. 纳米生物效应研究进展［J］. 中国科学院院刊，2005，20（3）：194-199.
王翔，闫蕾，贾光，等. 纳米材料潜在健康影响的研究进展［J］. 毒理学杂，2005，19（1）：15-17.
AFAQ F，ABIDI P，MATIN R，et al. Cytotoxicity，pro-oxidant effects and antioxidant depletion in rat lung alveolar macrophages exposed to ultrafine titanium dioxide［J］. J Appl Toxicol，1998，18：307-312.
OBERDORSTER G，FERIN J，LEHNERT B E，et al. Correlation between particle size，in vivo particle persistence and lung injury［J］. Environ Health Perspect，1994，102：173-179.
WARHEIT D B，LAURENCE B R，REED K L，et a1. Comparative pulmonary toxicity assessment of single-wall carbon nanotubes in rats［J］. Toxicol Sci，2002，77：117-125.
HEINRICH U，FUHST R，RITTINGHAUSEN S，et a1. Chronic inhalation exposure of wistar rats and two difierent stains of mice to diesel engine exhaust，carbon black，and tianium dioxide［J］. Inhal Toxicol，1995，7：533-556．
BERMUDEZ E，MANGUM J B，WONG B A，et a1．Pulmonary responses of mice，rats，and hamsters to subchronic inhalation of ultrafine titanium dioxide particles［J］. Toxicol Sci，2004，77：347-357．
RENWICK L C，BROWN D，CLOUTER A，et a1. Increased inflammation and altered macrophage chemotactic responses caused by two ultrafine particle types［J］. Occup Environ Med，2004，61：442-447.
RENWICK L C，DONALDSON K，CLOUTER A. Impairment of alveolar macrophage phagocytosis by ultrafine particles［J］. Toxicol Appl Pharmacol，2001，172：119-127.
ZHANG Q W，KUSAKA Y. Comparative injurious and proinflammatory effects of three ultrafine metals in macrophages from young and old rats［J］. Inhal Toxicol，2000，12：267-273.
MOELER W，HOFER T，ZIESENIS A，et a1. Ultrafine particles cause cytoskeletal dysfunctions in macrophages［J］. Toxicol Appl Pharmacol，2002，182：197-207.
DICK C A J，BROWN D M，DONALDSON K，et a1．The role of free radicals in the toxic and inflammatory effects of four different ultrafine particle types［J］. Inhal Toxicol，2003，15：39-52.
LIMPANUSSORN J，SIMON L，DAYAN A D. Intestinal uptake of particulate material by dexamethasone-treated rats： use of a novel technique to avoid intestinal mucosal contamination［J］. J Pharm Pharmacol，1998，50：745-751.
JANI P，HALBERT G W，LANGRIDGE J，et al. Nanoparticle uptake by the rat gastrointestinal mucosa：quantitation and particle size dependency［J］. J Pharm Pharmacol，1990，42：821-826.
SZENTKUTI L. Light microscopical observations on luminally administered dyes，dextrans，nanospheres and microspheres in the pre-epithelial mucus gel layer of the rat distal colon［J］. J Control Release，1997，46：233-242.
MENZEL F. Particle size of liposomes influences dermal delivery of substances into skin［J］. Int J Pharm，2003，258：141-151.
OBERDORSTER G. Lung particle overload：implications for occupationalexposures to particles［J］. Regul Toxicol Pharmacol，1995，21（1）：123-135.
SAUNDERS J. A novel skin penetration enhancer：evaluation bymembrane diffusion and confocal microscopy［J］. J Pharm Pharm Sci，1999，2：99-107.
LIPPMANN M. Effects of fiber characteristics on lung deposition，retention，and disease［J］. Environ Health Perspect，1990，88：311-317.
WAMER W G．Surfactant ultrafine particle interactions：what we can learn from PM10 studies［J］. Phil Trans R Soc Lond A，2000，358：2707-2718.
YEATES D B. Inhaled environmental/occupational irritants and allergens： mechanisms of cardiovascular and systemic responses： Introduction［J］. Environ Health Perspect，2001，109：479-481.
WANG J，DENG X Y. Preparation and biological behaviors of L-labeled water-soluble single-wall carbon nanotubes［J］. Nanosic Nanotech，2004，4：1-6.
JUVIN P，FOURNIER T，BOLAND S，et al. Diesel particles are taken up by alveolar type II tumor cells and alter cytokines secretion［J］. Arch Environ Health，2002，57（1）：53-60.
LUNDBORG M，JOHARD U，LASTBOM L，et al. Human alveolar macrophage phagocytic function is impaired by aggregates of ultrafine carbon particles［J］. Environ Res，2001，86（3）：244-253.
ASHIKAGA T. Nanoparticle technology for delivery of drugs across the blood-brain barrier［J］. J Pharm Sci，1998，87：1305-1307.
【摘要】 ［目的］探讨骨形态发生蛋白(bone morphogenetic protein，BMP)、碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor，bFGF)生物材料在关节软骨缺损修复过程中的作用，为内源性修复关节软骨缺损提供实验基础。［方法］取24只14龄成年大白兔随机分成4组，每只动物于双侧膝关节股骨膑股关节面制备直径5mm全层关节软骨缺损模型。钻通骨髓腔。A组应用BMP/ bFGF生物活性材料，B组应用BMP生物活性材料，C组应用bFGF生物活性材料，D组单纯应用生物蛋白胶材料。于8、12、24周在大体，光镜及电镜下观察损伤修复效果，组织学评分。 ［结果］A组于8、12周时，软骨缺损被白色半透明坚硬组织平滑修复，富有光泽，24周时修复组织正常软骨边界模糊，连接紧密，质地坚硬，表面平滑光润。B、C组于8、12、24周时候均未见软骨缺损完全修复，边界清楚，中央凹陷明显残留。D组全程均未见软骨修复。组织学平分A组明显优于B、C、D组，而B、C组之间无差别。［结论］BMP/bFGF生物活性材料可以有效修复兔大面积关节软骨损伤，疗效明显优于单独应用骨形态发生蛋白或碱性成纤维细胞生长因子，为关节软骨损伤治疗提供新的治疗方法。
【关键词】 骨形态发生蛋白； 碱性成纤维细胞生长因子； 软骨缺损； 生物蛋白
Abstract：［Objective］To study the repair of articular cartilage defects with combined bone morphogenetic protein(BMP)/basic fibroblast growth factor (bFGF) biomaterial in order to supply experimental basis for repairing cartilage defects biologically.［Method］Twentyfour 14weekold rabbits were randomly pided into four groups，BMP/bFGF biomaterial gel(group A)， BMP biomaterial gel (group B)， bFGF biomaterial gel(group C) and simple fibrin glue treated group (group D).A couple of knees of each rabbit experienced 5 mmdiameterfull cartilage resection and drilling throuth of bone marrow.Gross appearance，histologicol section and electron microscope were axamined at 8，12，24 weeks after operation.［Result］In group A the cartilage defects were smoothly repaired by white translucent hard tissue at 8 and 12 weeks，and defect boundary was hard to be indentified with normal cartilage at 24 weks. No smooth repairing was observered in B，C and D groups. Group A got a better histological score than B，C and group D(P0.05).［Conclusion］Combined BMP/bFGF biomaterial is good for repair of articular cartilage defects and has better result than using BMP or bFGF alone.These results may provide a therapy for articular cartilage defects.
Key words：bone morphogenetic protein; fibroblast growth factor; basic defects of cartilage; fibrin glue
关节软骨缺损是临床常见疾病，病人会出现关节疼痛及运动障碍，最终引起骨性关节炎。 关节软骨缺损的修复是骨科研究的热点。目前常用的是外源性修复方法，如钻孔术、骨膜和软骨膜移植、细胞移植、骨软骨移植等，尽管软骨细胞移植在理论上更为有利，但依照国内外实际情况，自体软骨细胞回植的治疗方法在取材，培养，防止污染和经费方面都有困难，而且疗效也并不完美［1］。随着分子生物学研究的进展，发现软骨缺损的修复过程是一个多种因子参与的复杂过程。所以本研究基于临床实际情况，利用有效生物活性材料，为内源性软骨修复提供实验参考。
1 实验方法
1.1 实验材料
14周龄哈尔滨大白兔24只，哈尔滨医科大学附属第一医院动物实验中心提供；医用生物蛋白胶， 广州倍绣生物技术有限公司；重组人碱性成纤维细胞生长因子，美国invitrogen生物有限公司； 牛天然骨形态发生蛋白，天津中津生物发展有限公司；戊巴比妥钠， 上海化学试剂厂。
1.2 BMP和bFGF生物蛋白胶复合材料的制备［2］
溶解60 mg/ml纤维蛋白原(50 000 u/ml和500 mg/ml)1 ml，准备凝血酶原溶液(500 u/ml)1 ml。改进共推注射器，控制其微量出液。纤维蛋白原和凝血酶原组通过“Y”形针头混合后立即成为固体状态。
30 mg骨形态发生蛋白溶于2 mL 4 mol/L盐酸胍、10.05 mol/L氯化钙溶液中，兑水透析24 h，备用。如果需要保存，将稀释液在-20°C条件下贮存。
先用0.1%胎牛血清蛋白1 ml溶解0.1 mg碱性成纤维细胞生长因子（防止碱性成纤维细胞生长因子粘附于安瓶内），将稀释液溶解于1 ml Tris液备用。如果需要保存，将稀释液在-20°C条件下贮存。
1.3 模型制备
1.3.1 动物分组
A组6只，利用BMP/bFGF生物活性材料治疗（n=12）；B组6只，BMP生物活性材料治疗；C组6只，bFGF生物活性材料治疗（n=12）；D组6只，生物活性材料治疗（n=12）。
1.3.2 动物建摸
全麻（2%戊巴比妥钠1.2 mL/kg耳缘静脉麻醉），双膝关节常规备皮、消毒，铺巾。取膝关节内侧小切口，向上向下少许锐性分离，屈曲膝关节将髌骨脱位于外侧，暴露股骨滑车关节面，制造直径5 mm、深3 mm的圆形全层软骨缺损。同时钻通骨髓腔。充分止血，利用共推针头注入各组活性材料，填满缺损。细致休整表面。冲洗，逐层缝合。对侧操作同上。术后置于标准动物实验笼中，每日活动，加强锻炼。术后8 、12 、24周每组空气处死2只动物，观察大体、光镜、电镜指标。
1.4 观察指标
1.4.1 一般观察
术后步态，膝关节活动范围，切口情况，动物大体状态和进食情况。
1.4.2 关节修复的大体观察
表面平整与否，色泽，质地，与临近软骨结合情况。
1.4.3 光镜观察 10℅甲醛固定，0.1 mol/L EDTA脱钙，梯度逐级脱水，缺损区纵形剖开石蜡包埋，4 μm超薄切片。HE、PAS染色，观察组织形态和蛋白多糖沉积情况。
1.4.4 扫描电镜观察
标本取材后纵行剖开，磷酸盐缓冲液漂洗，戊二醛溶液固定，置入锇酸2 h，洗净，逐级脱水，临界点干燥，喷金后电镜观察。
1.4.5 组织学评分 根据Wakitani等制定的评分标准，采用双盲法对各标本进行组织学评价。
2 结 果
2.1 BMP/bFGF生物蛋白胶的制备
在20℃左右的室温条件下，bFGF及 BMP溶液可以很好的溶解于纤维蛋白原中成为透明液体，与凝血酶混合后，于5 s内迅速凝结，成为固态胶体。材料白色半透明，富于光泽，质地松软而脆弱，充填于软骨缺损部可以很好的适应软骨的曲线，并可将修饰得非常平滑。注射过程应该均匀而快速，注于缺损部后待凝胶成型后，注意休整表面与正常关节面一致。
2.2 大体形态和一般状况
所有动物均无膝关节感染和积液发生。A组1只，B组2只，C组2只动物跛行（4周左右），关节活动受限。余所有动物均未见跛行，其膝关节活动范围较术前无明显改变，表现活跃，食欲佳。大体观察，A组：软骨缺损区均为修复组织所充填，表面光滑，半透明状而有光泽。术后8周修复组织成白色，质地坚韧，与周围组织结合紧密，但可清楚的显示界限，表面平滑与关节面曲线配合完善；术后12周修复组织仍成白色坚韧组织，与周围组织融为一体，边界趋与模糊，表面更趋平整；术后24周修复组织成为白色半透明软骨样组织，与周围软骨结合为一体，表面稍微凹陷，关节表面平滑，坚硬。B组，C组：术后8、12、24周均未出现完整平滑关节面修复现象，表面凹凸不平，只是在缺损边缘有部分修复组织出现，中央缺损长期存在，被暗红色疏松结缔组织充填，修复组织与正常软骨界限清楚。D组也完全没有出现修复现象出现 。
2.3 组织学观察
A组：术后8周，HE染色见缺损已经被明显修复，大量软骨细胞出现，圆形和椭形胞核清晰，有软骨陷凹出现，修复组织与关节缺损边缘软骨结合紧密，PAS染色见基质出现蓝染，糖胺多糖类物质开始大量沉积；术后12周，修复组织厚于正常软骨，修复组织与其结合紧密，以类透明软骨细胞为主，大量增殖，软骨陷窝大量出现，表层软骨细胞稀疏体积小，而底层细胞量多且较为巨大，呈现分层分布的特点，基质PAS染色见明显蓝染，糖胺多糖类物质沉积更为明显；术后24周，软骨厚度稍变薄，软骨陷窝明显，修复组织与正常软骨界限模糊，结合紧密，蛋白多糖类物质明显沉积，部分区域出现纤维软骨特点。B组、C组：术后缺损未被有效修复，中央凹陷表面长期残留，缺损内部被大量肉芽组织填充，边壁出现骨板，基质染色见少数靠近骨板的局部出现软骨基质沉积。D组：8、12、24周术后软骨缺损长期存在，缺损处被大量肉芽组织所填充。质地松软，与周围无明显连接，HE染色未见软骨细胞出现，PAS染色未见糖胺多糖类物质沉积。
2.4 电镜下观察
A组术后8、12周电镜下表层可见纵行排列的软骨细胞、软骨囊，软骨细胞之间可见间隙及成熟的软骨基质，部分软骨钙化；术后24周组:电镜下软骨基质胶原排列规则，软骨厚度均匀，软骨下方为排列规则的骨髓腔（图1～11）。
2.5 组织学评分
双盲法测定，结果显示，A组（1.92±0.69）明显优于B组（3.58±0.67），C组(3.33±0.89)及D组(12.45±1.05)。SPSS13.0软件进行方差分析，A组和B 、C 、D 3组均存在显著性差异(P
图1 BMP/bFGF生物活性材料组术后8周大体观察 图2 BMP/bFGF生物活性材料组术后12周大体观察 图3 BMP/bFGF生物活性材料组术后24周大体观察 图4 BMP/bFGF生活活性材料组术后8周（HE染色×40） 图5 BMP/bFGF生活活性材料组术后12周（HE染色×40） 图6 BMP/bFGF生活活性材料组术后24周（HE染色×40） 图7 BMP/bFGF生活活性材料组术后8周（PAS×40） 图8 BMP/bFGF生活活性材料组术后12周（PAS×40） 图9 BMP/bFGF生活活性材料组术后24周（PAS×40） 图10 BMP/bFGF生活活性材料组术后24周电镜水平扫描×1000 图11 BMP/bFGF生活活性材料组术后24周电镜纵向扫描×1000
3 讨 论
创伤、骨关节病等多种疾病均可造成关节软骨缺损。由于关节软骨不能自身修复，如何修复关节软骨缺损是骨科的研究热点之一。许多学者应用软骨生长板移植、软骨膜移植、骨膜移植及软骨细胞移植等多种外源性修复方法进行实验及临床研究。肌腱和筋膜瓣插入关节成形术主要应用于上肢关节，特别对于改善拇指功能有较好效果。1992年赵距才等报道动物实验术后3个月，移植的筋膜退变，成形的关节严重退变。Knight认为成形术只能提供一个无痛或微痛的有一定活动度的关节，不适于需要一个稳定、牢固、灵活关节的病人。自体骨软骨移植治疗关节软骨缺损的远、近期效果较好，但自体移植取材有限；同种异体移植远期有退变、易感染、易被吸收等问题。骨膜和软骨膜移植也是一种较好的修复关节软骨缺损的方法。骨膜生发层中的未分化间充质细胞可分化为骨细胞或软骨细胞，在关节腔内无血液供应低氧环境中分化为软骨细胞。但再生软骨有退变可能，持续被动运动(CPM)有利于骨膜再生软骨，并降低退变率。软骨膜再生软骨能力强，但来源少，再生软骨较正常软骨耐压能力差，并随时间延长逐退变。组织工程方法培养软骨细胞移植适合修复各种形状的软骨缺损，具有一定优势，但其缺点是自体有活性的软骨收集困难，同种异体细胞又有传播病毒的危险。
随着细胞因子研究的深入，发现多种细胞因子通过自分泌和旁分泌2种方式调节骨和软骨的生成， 其中主要有骨形态发生蛋白(BMP)、bFGF、转化生长因子-β(TGF-β)、胰岛素生长因子(IGF)、血小板衍生因子(PDGF)、肿瘤坏死因子(TNF)等。这些因子的发现使内源性修复关节软骨缺损成为可能。
BMP具有诱导未分化间充质细胞分化形成软骨和新生骨的生物学作用，在体外能诱导骨髓腔内骨髓源性干细胞，关节腔内的脂肪组织、髌韧带组织和滑膜组织的细胞分化为软骨细胞［3］。BMP能诱导未分化的间充质细胞不可逆地分化形成软骨和骨，但BMP仅是骨生成的启动因子，对已分化的成骨细胞、骨细胞及软骨细胞无进一步促进其增殖作用。而软骨细胞形成后的进一步生长、增殖、分化是由其它骨生长因子调节的。bFGF广泛存在于人体组织中，对骨和软骨的修复起重要的作用，特别它是一种毛细血管增殖刺激剂，促进毛细血管向骨移植物中长入，使软骨生成早期的组织中软骨岛数量增多。所以它增加BMP成骨量的原理可能促进了需要血供的软骨内化骨，加速了软骨的成熟和骨化。因而BMP启动骨形成过程后，为bFGF提供了大量靶细胞。另一方面，bFGF无异位诱导成骨活性，BMP的异位骨诱导作用又可弥补bFGF的不足，从而使BMP和bFGF在生物学功能上形成互补，进而加速骨诱导、软骨形成过程。尽管BMP和bFGF的作用有着显著的差别，但它们在骨诱导、软骨形成中的调节是必不可少的。二者在不同水平和不同环节上参与对骨诱导、软骨形成过程的调节。在适宜的剂量下，二者存在着明显的协同作用［4］。医用生物蛋白胶具有良好生物相容性，可以完全被降解。由于其特有的三维网架结构营养物质的扩散，所以是关节内软骨修复的良好载体。有人用生物蛋白胶作为IGF-1的控制载体，用于治疗马的关节软骨损伤，取得良好的效果［5］。
本实验发展了这种天然材料，采用BMP/bFGF生物蛋白胶联合应用修复关节软骨缺损。结果表明，其关节软骨缺损修复效果明显优于单独应用其中一种因子，可见12例膝关节软骨缺损均愈合良好，关节面光滑、完整、无裂隙、富有弹性，与周围软骨界限不清，缺损区内软骨细胞丰富，排列趋于正常，软骨下骨进一步改建，软骨厚度基本达到正常。基质PAS染色见明显蓝染，糖胺多糖类物质沉积更为明显。而单独采用BMP/生物蛋白胶或bFGF/生物蛋白胶修复关节软骨缺损，由于功能较单一，可能在体内被降解后才可以被利用，较低的生物利用度限制了BMP及bFGF应用疗效的发挥。所以，软骨缺损均未愈合良好，关节面凹凸不平、表面不完整、裂隙清楚、基质PAS染色蓝染较淡，糖胺多糖类物质沉积不明显［6］。
综上所述，认为:（1)BMP及bFGF具有诱导形成软骨的活性，能促进关节内透明软骨再生，但能力较弱，无诱导关节软骨形成作用；（2)BMP/bFGF生物复合物能促进关节软骨形成，较单独应用BMP、bFGF效果好，是生物学修复关节软骨缺损的良好方法。
参考文献
［1］ 何 川，杨庆铭.骨髓源性间充质干细胞的基本概念和在骨科的相关应用研究［J］.中国矫形外科杂志，2005，5：389-392．
［2］ 吕昌伟，胡蕴玉，白建平，等.注射型软骨组织工程活性材料修复关节软骨缺损的实验研究［J］.骨与关节损伤杂志，2003，10:686-689.
［3］ 胡益华，林月秋 ，阮 默. rhBMP-2临床应用研究新进展［J］.西南国防医药，2007，5: 663-665.
［4］ 李 毅，陈槐卿 ，成 敏，等. 骨髓基质干细胞BMP-2和bFGF基因的联合修饰［J］. 细胞与分子免疫学杂志， 2006，2:133-136.
【关键词】纳米生物材料 纳米技术 肿瘤诊断 肿瘤治疗
1 纳米生物材料和技术在肿瘤诊断中的应用
1.1纳米生物材料和技术可用来进行前哨淋巴结成像，从而判断有无转移乳腺癌、黑色素瘤或胃肠癌的患者，通常会在手术前进行前哨淋巴结活检，以确定癌症是否转移。纳米颗粒制剂可通过不同的成像技术发现转移灶，例如Kobayashi等在研究中发现，标记了MRI造影剂钆的树突状聚合物可以提供一种出色的影像，显示充满转移癌细胞的淋巴结。
1.2纳米生物材料和技术可用于肿瘤的早期检测
1.2.1纳米颗粒 纳米材料通过双功能螯合剂或物理包埋的方法将同位素与纳米材料连接，再将可与病变组织特异结合的靶向分子连接到纳米材料上。纳米颗粒作为影像的对比剂，一方面靶向肿瘤显像，另一方面还可携带药物[1]。
1.2.2悬臂梁 纳米装置悬臂梁一端被瞄定，能纵来与特定分子结合，而这种特定分子代表与癌有关的某些改变。当这些分子结合到悬臂梁上，表面张力会发生改变，导致悬臂梁弯曲。通过检测其弯曲，科学家们能够判断是否存在与癌有关的一些分子。
1.2.3纳米孔 经过改进的基因码阅读方法可以帮助研究者检测到可能引发癌症的基因错误。纳米孔一次只允许DNA穿过一条链，科学家能够检测链上每个碱基的形状和电特性，使DNA测序效率更高，从而来获取编码信息，包括与癌有关的编码错误。
1.2.4纳米管 纳米管是大小约为一个DNA分子直径一半的碳棒，它不仅能检测改变基因的出现，还能帮助研究者查明那些改变的准确位置。
1.2.5量子点 半导体量子点纳米级的光辐射颗粒，具有独特的光学及电子特点，其亮度高而稳定，并可发出不同的荧光颜色，量子点与肿瘤抗原连接后形成影像，从而对肿瘤进行诊断。
1.2.6纳米生物传感器 纳米生物传感器通过靶向分子与肿瘤细胞表面标志物分子结合，利用物理方法来测量传感器中的磁信号、光信号等，可实现肿瘤的定位和显像，有利于肿瘤的早期诊断。
1.2.7纳米机器人 用纳米微电子学控制形成纳米机器人，尺寸比人体红细胞还小。将纳米机器人从血管注入人体后，可经血液循环对身体各部位进行检测和诊断[2]。
1.2.8光学相干层析术 由清华大学研制，其分辨率可达1 个微米级，较CT和核磁共振的精密度高出上千倍，据此可以对疾病进行早发现和早诊断。
2 纳米生物材料和技术在肿瘤治疗中的应用
2.1纳米颗粒能提高肿瘤基因治疗的效果 针对脑胶质细胞瘤，基因治疗系统中的关键物质是氯毒素和铁氧物纳米微粒。这种靶向基因传递系统提高了基因治疗的疗效。同时有研究表明微小的硅石颗粒能充当DNA载体，提供一种非病毒方法的基因治疗。Deng等用纳米微粒介导的基因转染使肿瘤抑制基因FUS1外源表达，可提高人肺癌细胞（NSCLC细胞）对化疗药物顺铂的敏感性，同时出现MDM2的下调、p53的蓄积以及Apaf-1依赖凋亡通路的活化，使肿瘤抑制作用成倍提高。
2.2纳米颗粒能提高化疗的效果 Majoros等将甲氨蝶呤附着于树枝纳米颗粒中，制作成靶向纳米微粒。研究表明靶向药物制剂能提高药物在病灶组织中的蓄积浓度，从而提高药物的疗效，降低药物对其他正常组织的损伤及全身毒副作用。
2.3纳米颗粒能提高肿瘤热疗的效果 热疗是通过加热治疗肿瘤，使肿瘤组织温度上升至40-43℃，既使肿瘤缩小，又不损伤正常组织的一种治疗方法[3]。纳米颗粒提高了热疗靶向性和疗效，降低了毒副反应。
2.4生物纳米管治疗癌症 由细胞核心部位的部分自身结构制作的纳米管，可作为纳米级胶囊传递基因和药物进入人体。Miguel等将抗癌药物泰素掺入到蛋白质-脂质混合体，可使药物到达癌细胞的同时减少化疗的副作用。
2.5纳米壳能杀死肿瘤细胞 纳米壳是外壳涂金的微小珠子，科学家设计这些珠子吸收特定波长的光，纳米壳吸收光能可产生一种强热，纳米壳吸收所产生的热能成功地杀死肿瘤细胞，而邻近细胞却完好无损。
总之，纳米科技正在以迅猛的势头快速发展，而且越来越渗透到各个学科和研究领域。纳米医学技术为基础和临床医学研究提供了重大的创新机遇和巨大的市场前景，同时也带来了风险和挑战。有一些关键的问题有待解决，如纳米药物的药代动力学、生物分布、毒副作用以及安全性等。这些问题的解决需要物理学家、化学家、生物学家及临床医生共同努力来完成。
参 考 文 献
[1]刘金剑，刘鉴峰.纳米材料在核医学中的应用.国际放射医学核医学杂志，2010，34（6）：326-329.
编者按：本文主要从继续沿用去年先学后教的教学方法；提高对学生掌握知识的要求；进一步加强对学生学习兴趣的培养；理论练习实际贯穿到每节课中进行讲述。其中，主要包括：先学后教，老师有目的的教学生有目的的学，减少教与学的盲目性、在第一轮复习时就要求学生对知识不仅要理解，还要能用生物术语准确表达、兴趣是学习的动力，在老师学习时间缩短的情况下，我们只有最大程度的调动学生学习的积极性主动性，才能真正顺利完成我们的复习任务、从各种媒体中获取生命科学发展中的重大热点问题、引导学生发现生命现象、生命规律,并用生物学知识来解释、精心选择贴近生产、生活的题目,加强学生的阅读能力、分析能力的培养等，具体材料请详见：
随着素质教育的实施，09届的考试在校学习时间少了两个月的时间。这新一轮的高三备考是一个很大的考验。我们准备在以往的基础上，改进复习策略，具体做法如下：
一：继续沿用去年先学后教的教学方法
先学后教，老师有目的的教学生有目的的学，减少教与学的盲目性。能够实现高效课堂和有效课堂。
二：提高对学生掌握知识的要求
高考不仅考察是你对知识的理解程度如何还考察对知识理解的准确度，生物素养（生物术语的准确应用），语言表达能力，所以我们在第一轮复习时就要求学生对知识不仅要理解，还要能用生物术语准确表达。
三：进一步加强对学生学习兴趣的培养
兴趣是学习的动力，在老师学习时间缩短的情况下，我们只有最大程度的调动学生学习的积极性主动性，才能真正顺利完成我们的复习任务，今后“怎样调动学生的兴趣”将纳入我们集体的备课的主要内容。
四：理论练习实际贯穿到每节课中
生物学理论知识来源于实践,是与人类的生存和发展息息相关的一门科学,在人类社会的各个领域中发挥着日益重要的作用。例如,近年的高考中经常出现关于关注热点的试题。2006年开始，高考的《考试说明》就要求“关注对科学、技术和社会发展有重大影响和意义的生物学新进展”。这类题型重在考查学生对科学、技术、社会三者关系理解方面的内容,同时更是考查学生如何综合运用生物学的原理、概念和规律来解释、解决现实生活以及生产实践中遇到的有关问题的能力。
因此，在平时的复习中,我们应该做到以下几点从各种媒体中获取生命科学发展中的重大热点问题,如人体健康与疾病防治、干细胞技术、生物工程、禽流感、航天生物学、西部大开发等,将生产、生活中的生物学问题融入生物复习教学中,以增强理论与实践的有机结合,促进学生思维活动的发展;(2)引导学生发现生命现象、生命规律,并用生物学知识来解释,例如植物施肥过多的“烧苗”问题的分析、生长素可以作为除草剂的原理剖析、无子果实形成的特点分析等;(3)精心选择贴近生产、生活的题目,加强学生的阅读能力、分析能力的培养,始终要求学生必须细心阅读给出的材料,充分联系教材,围绕问题进行分析、归纳、综合和解决问题。
关键词：高分子材料 可降解 生物
我国目前的高分子材料生产和使用已跃居世界前列，每年产生几百万吨废旧物。如此多的高聚物迫切需要进行生物可降解，以尽量减少对人类及环境的污染。生物可降解材料，是指在自然界微生物，如细菌、霉菌及藻类作用下，可完全降解为低分子的材料。这类材料储存方便，只要保持干燥，不需避光，应用范围广，可用于地膜、包装袋、医药等领域。生物可降解的机理大致有以下3 种方式： 生物的细胞增长使物质发生机械性破坏； 微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。按照上述机理，现将目前研究的几种主要的可生物可降解的高分子材料介绍如下。
1、生物可降解高分子材料概念及降解机理
生物可降解高分子材料是指在一定的时间和一定的条件下，能被微生物或其分泌物在酶或化学分解作用下发生降解的高分子材料。
生物可降解的机理大致有以下3种方式：生物的细胞增长使物质发生机械性破坏；微生物对聚合物作用产生新的物质；酶的直接作用，即微生物侵蚀高聚物从而导致裂解。一般认为，高分子材料的生物可降解是经过两个过程进行的。首先，微生物向体外分泌水解酶和材料表面结合，通过水解切断高分子链，生成分子量小于500的小分子量的化合物；然后，降解的生成物被微生物摄入人体内，经过种种的代谢路线，合成为微生物体物或转化为微生物活动的能量，最终都转化为水和二氧化碳。
因此，生物可降解并非单一机理，而是一个复杂的生物物理、生物化学协同作用，相互促进的物理化学过程。到目前为止，有关生物可降解的机理尚未完全阐述清楚。除了生物可降解外，高分子材料在机体内的降解还被描述为生物吸收、生物侵蚀及生物劣化等。生物可降解高分子材料的降解除与材料本身性能有关外，还与材料温度、酶、ph值、微生物等外部环境有关。
2、生物可降解高分子材料的类型
按来源，生物可降解高分子材料可分为天然高分子和人工合成高分子两大类。按用途分类，有医用和非医用生物可降解高分子材料两大类。按合成方法可分为如下几种类型。
2.1微生物生产型
通过微生物合成的高分子物质。这类高分子主要有微生物聚酯和微生物多糖，具有生物可降解性，可用于制造不污染环境的生物可降解塑料。如英国ici 公司生产的“biopol”产品。
2.2合成高分子型
脂肪族聚酯具有较好的生物可降解性。但其熔点低，强度及耐热性差，无法应用。芳香族聚酯(pet) 和聚酰胺的熔点较高，强度好，是应用价值很高的工程塑料，但没有生物可降解性。将脂肪族和芳香族聚酯(或聚酰胺) 制成一定结构的共聚物，这种共聚物具有良好的性能，又有一定的生物可降解性。
2.3天然高分子型
自然界中存在的纤维素、甲壳素和木质素等均属可降解天然高分子，这些高分子可被微生物完全降解，但因纤维素等存在物理性能上的不足，由其单独制成的薄膜的耐水性、强度均达不到要求，因此，它大多与其它高分子，如由甲壳质制得的脱乙酰基多糖等共混制得。
2.4掺合型
在没有生物可降解的高分子材料中，掺混一定量的生物可降解的高分子化合物，使所得产品具有相当程度的生物可降解性，这就制成了掺合型生物可降解高分子材料，但这种材料不能完全生物可降解。
3、生物可降解高分子材料的开发
3.1生物可降解高分子材料开发的传统方法
传统开发生物可降解高分子材料的方法包括天然高分子的改造法、化学合成法和微生物发酵法等。
3.1.1天然高分子的改造法
通过化学修饰和共混等方法，对自然界中存在大量的多糖类高分子，如淀粉、纤维素、甲壳素等能被生物可降解的天然高分子进行改性，可以合成生物可降解高分子材料。此法虽然原料充足，但一般不易成型加工，而且产量小，限制了它们的应用。
3.1.2化学合成法
模拟天然高分子的化学结构，从简单的小分子出发制备分子链上含有酯基、酰胺基、肽基的聚合物，这些高分子化合物结构单元中含有易被生物可降解的化学结构或是在高分子链中嵌入易生物可降解的链段。化学合成法反应条件苛刻，副产品多，工艺复杂，成本较高。
3.1.3微生物发酵法
许多生物能以某些有机物为碳源，通过代谢分泌出聚酯或聚糖类高分子。但利用微生物发酵法合成产物的分离有一定困难，且仍有一些副产品。
; 3.2生物可降解高分子材料开发的新方法——酶促合成
用酶促法合成生物可降解高分子材料，得益于非水酶学的发展，酶在有机介质中表现出了与其在水溶液中不同的性质，并拥有了催化一些特殊反应的能力，从而显示出了许多水相中所没有的特点。
3.3酶促合成法与化学合成法结合使用
酶促合成法具有高的位置及立体选择性，而化学聚合则能有效的提高聚合物的分子量，因此，为了提高聚合效率，许多研究者已开始用酶促法与化学法联合使用来合成生物可降解高分子材料
4、生物可降解高分子材料的应用
目前生物可降解高分子材料主要有两方面的用途：（1）利用其生物可降解性，解决环境污染问题，以保证人类生存环境的可持续发展。通常，对高聚物材料的处理主要有填埋、焚烧和再回收利用等3种方法，但这几种方法都有其弊端。（2）利用其可降解性，用作生物医用材料。目前，我国一年约生产3000 多亿片片剂与控释胶囊剂，其中70%以上是上了包衣的表皮，其中包衣片中有80%以上是传统的糖衣片，而国际上发达国家80%以上使用水溶性高分子材料作薄膜衣片，因此，我国的片剂制造水平与国际先进水平有很大的差距。国外片剂和薄膜衣片多采用羟丙基甲纤维素，羟丙纤维素、丙烯酸树脂、聚乙烯吡咯烷酮、醋酸纤维素、邻苯二甲酸醋酸纤维素、羟甲基纤维素钠、微晶纤维素、羟甲基淀粉钠等。
参考文献：
