智能生物醫(yī)用高分子材料

1、第七章第七章生物醫(yī)用材料概述生物醫(yī)用材料概述生物醫(yī)用高分子材料生物醫(yī)用高分子材料納米生物醫(yī)用材料納米生物醫(yī)用材料124內(nèi)容提綱內(nèi)容提綱智能生物醫(yī)用高分子材料智能生物醫(yī)用高分子材料1 3概述概述生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料（Biomedical Materials），），是指是指“以醫(yī)療為以醫(yī)療為目的，用于與組織接觸以形成目的，用于與組織接觸以形成功能的無生命的材料功能的無生命的材料”。另有定義是：具有天然器官組另有定義是：具有天然器官組織的功能或天然器官部分功能織的功能或天然器官部分功能的材料。的材料。 生物生物醫(yī)用材料要與生理環(huán)境醫(yī)用材料要與生理環(huán)境聯(lián)系，生物醫(yī)用材料可源自天聯(lián)系，生物醫(yī)用材料可

2、源自天然，更可采用合成材料如合成然，更可采用合成材料如合成高分子生物醫(yī)用材料高分子生物醫(yī)用材料。生物醫(yī)用材料定義生物醫(yī)用材料定義生物高分子材料生物高分子材料與生物環(huán)境的相互作用與生物環(huán)境的相互作用（1 1）分子水平）分子水平不同類型的高分子材料包括降解和非降解高分子材料及生物活性高不同類型的高分子材料包括降解和非降解高分子材料及生物活性高分子材料，均已用于生物環(huán)境分子材料，均已用于生物環(huán)境, , 它們與它們與環(huán)境的相互作用可從構(gòu)造的環(huán)境的相互作用可從構(gòu)造的不同水平考慮。不同水平考慮。分子水平反應(yīng)和分子間相互作用很重要分子水平反應(yīng)和分子間相互作用很重要例如例如: : 陰離子和中性高分子材料會(huì)和人

3、血清中的白蛋白和球蛋白形成陰離子和中性高分子材料會(huì)和人血清中的白蛋白和球蛋白形成配合物，這些非特異相互作用是基于氫鍵、靜電和疏水相互作用。如配合物，這些非特異相互作用是基于氫鍵、靜電和疏水相互作用。如何抑制非特異相互作用，賦予生物醫(yī)用材料特異相互作用何抑制非特異相互作用，賦予生物醫(yī)用材料特異相互作用( (配體配體- -受體受體等等) )，是，是調(diào)控其功能調(diào)控其功能, ,產(chǎn)生所期望細(xì)胞應(yīng)答的關(guān)鍵產(chǎn)生所期望細(xì)胞應(yīng)答的關(guān)鍵。生物醫(yī)用材料在生物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，如生物醫(yī)用材料在生物體內(nèi)會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，如水解、氧化及與生物分子偶聯(lián)。水解、氧化及與生物分子偶聯(lián)。（2 2）細(xì)胞水平）細(xì)胞水平 聚合物聚合物

4、不能經(jīng)擴(kuò)散透過細(xì)胞膜，根據(jù)電荷及其分布、分子量、疏不能經(jīng)擴(kuò)散透過細(xì)胞膜，根據(jù)電荷及其分布、分子量、疏水性、構(gòu)象和立體規(guī)整性，水性、構(gòu)象和立體規(guī)整性，聚合物可與聚合物可與細(xì)胞膜細(xì)胞膜( (主要是磷脂主要是磷脂) )結(jié)合結(jié)合。細(xì)細(xì)胞胞通過胞吞作用攝取聚合物。通過胞吞作用攝取聚合物。6（3 3）整個(gè)物體）整個(gè)物體進(jìn)入血流中的聚合物會(huì)通過毛細(xì)血管壁以兩種進(jìn)入血流中的聚合物會(huì)通過毛細(xì)血管壁以兩種方式從區(qū)室清除。一是同胞吞作用為方式從區(qū)室清除。一是同胞吞作用為RESRES的的上皮上皮細(xì)胞接納細(xì)胞接納, ,然后經(jīng)胞吞囊泡通過這些細(xì)胞然后經(jīng)胞吞囊泡通過這些細(xì)胞, , 通過通過胞吐作用進(jìn)入血流胞吐作用進(jìn)入血流;

5、 ; 二是聚合物可能經(jīng)細(xì)胞間二是聚合物可能經(jīng)細(xì)胞間隙進(jìn)入組織細(xì)胞周圍的隙進(jìn)入組織細(xì)胞周圍的間隙間隙。1.1. 對(duì)于人體組織無刺激性，無毒副作用，無致癌性。對(duì)于人體組織無刺激性，無毒副作用，無致癌性。2.2. 接觸人體各種體液（唾液、淋巴液、血液）時(shí)，應(yīng)接觸人體各種體液（唾液、淋巴液、血液）時(shí)，應(yīng)有良好的耐蝕性。有良好的耐蝕性。唾液、血液、間質(zhì)液都是以唾液、血液、間質(zhì)液都是以ClCl- -、NaNa+ +、K K+ +離子為主的電解質(zhì)溶液，生物醫(yī)用材料在這離子為主的電解質(zhì)溶液，生物醫(yī)用材料在這種溶液中應(yīng)不發(fā)生反應(yīng)、腐蝕和變質(zhì)。種溶液中應(yīng)不發(fā)生反應(yīng)、腐蝕和變質(zhì)。玻璃鋼人工顱蓋玻璃鋼人工顱蓋骨骨高分

6、子與鈦合金人造髖骨高分子與鈦合金人造髖骨對(duì)生物對(duì)生物醫(yī)用材料醫(yī)用材料的要求的要求3.3. 具有必要的強(qiáng)度、耐磨性和耐疲勞性能。具有必要的強(qiáng)度、耐磨性和耐疲勞性能。如髖關(guān)節(jié)如髖關(guān)節(jié)在靜止?fàn)顟B(tài)承受體重的二分之一，水平步行時(shí)承受在靜止?fàn)顟B(tài)承受體重的二分之一，水平步行時(shí)承受的重量為靜止時(shí)的的重量為靜止時(shí)的3.33.3倍，而跑步時(shí)則為倍，而跑步時(shí)則為4 4倍以上。倍以上。此外此外, ,每步行一公里大約活動(dòng)每步行一公里大約活動(dòng)10001000次，按照一般的生次，按照一般的生活情況活情況, ,每年大約承受每年大約承受1 110106 6 - 3- 310106 6次重復(fù)負(fù)荷的次重復(fù)負(fù)荷的作用。作用。4.4.

7、 與生物體組織、與血液有相容性與生物體組織、與血液有相容性不會(huì)引起凝血，與軟硬組織有良好的粘接性，不會(huì)產(chǎn)生不會(huì)引起凝血，與軟硬組織有良好的粘接性，不會(huì)產(chǎn)生吸收物和沉淀物。吸收物和沉淀物。 按應(yīng)用性質(zhì)分類：按應(yīng)用性質(zhì)分類：心血管材料心血管材料硬組織材料硬組織材料軟組織材料軟組織材料血液代用材料血液代用材料分離、過濾、透析膜材料分離、過濾、透析膜材料生物高分子材料生物高分子材料分類分類 心血管材料心血管材料硬組織材料硬組織材料軟組織材料軟組織材料血液代用材料血液代用材料膜材料膜材料 按生物醫(yī)用材料使用要求分類：按生物醫(yī)用材料使用要求分類：非植入性材料和制品非植入性材料和制品植入性材料和制品植入性材

8、料和制品血液接觸材料和制品血液接觸材料和制品降解和可吸收性材料和制品降解和可吸收性材料和制品 按生物醫(yī)用材料的性質(zhì)分類：按生物醫(yī)用材料的性質(zhì)分類： 天然生物材料天然生物材料 合成生物材料合成生物材料 醫(yī)用金屬材料醫(yī)用金屬材料 無機(jī)非金屬材料無機(jī)非金屬材料 高分子材料高分子材料 按生物醫(yī)用材料的來源分類：按生物醫(yī)用材料的來源分類： 人體自身組織人體自身組織 同種器官與組織同種器官與組織 異種同類器官與組織異種同類器官與組織 天然生物材料提取和改性天然生物材料提取和改性 合成材料合成材料無機(jī)陶瓷材料無機(jī)陶瓷材料高分子材料高分子材料天然材料天然材料生物醫(yī)用高分子材料生物醫(yī)用高分子材料天然生物材料天然

9、生物材料1 1）I I型膠原型膠原l 來源來源：哺乳動(dòng)物體內(nèi)結(jié)締組織，構(gòu)成人體約哺乳動(dòng)物體內(nèi)結(jié)締組織，構(gòu)成人體約30%30%的蛋白質(zhì)，共的蛋白質(zhì)，共1414種，種，I I型最豐富且性能優(yōu)良。型最豐富且性能優(yōu)良。l 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)：三股螺旋多肽，每一個(gè)鏈有三股螺旋多肽，每一個(gè)鏈有10501050個(gè)氨個(gè)氨基酸，一級(jí)結(jié)構(gòu)富有脯氨酸和羥脯氨酸，第三基酸，一級(jí)結(jié)構(gòu)富有脯氨酸和羥脯氨酸，第三個(gè)總是甘氨酸，結(jié)構(gòu)個(gè)總是甘氨酸，結(jié)構(gòu)有序有序。膠原結(jié)構(gòu)示意圖膠原結(jié)構(gòu)示意圖規(guī)整的螺旋結(jié)構(gòu)規(guī)整的螺旋結(jié)構(gòu)-免疫原性溫和免疫原性溫和; ;體外可形成較大的有序結(jié)構(gòu)體外可形成較大的有序結(jié)構(gòu)-強(qiáng)度良好的纖維強(qiáng)度良好的纖維; ;物理或

10、化學(xué)交聯(lián)物理或化學(xué)交聯(lián)-提高強(qiáng)度且延長(zhǎng)了降解時(shí)間；提高強(qiáng)度且延長(zhǎng)了降解時(shí)間；可提供細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、增殖、代謝的一個(gè)結(jié)合可提供細(xì)胞生長(zhǎng)、分化、增殖、代謝的一個(gè)結(jié)合位點(diǎn)位點(diǎn)性能：性能：用途：用途：膠原分子可以作為組織修復(fù)的支架材料膠原分子可以作為組織修復(fù)的支架材料; ;可作為藥物控釋載體可作為藥物控釋載體 成纖維細(xì)胞成纖維細(xì)胞在膠原上生長(zhǎng)時(shí)，代謝和形在膠原上生長(zhǎng)時(shí)，代謝和形態(tài)與其在體內(nèi)生長(zhǎng)極為相似態(tài)與其在體內(nèi)生長(zhǎng)極為相似. . YannasYannas等人首先用膠原等人首先用膠原-硫酸軟骨素多硫酸軟骨素多孔交聯(lián)的支架成功制得人工皮膚，能治孔交聯(lián)的支架成功制得人工皮膚，能治療嚴(yán)重?zé)齻牟∪?。療?yán)重?zé)?/p>

11、傷的病人。 作為眼藥水的膠原保護(hù)層，可防止藥物作為眼藥水的膠原保護(hù)層，可防止藥物角膜前流失角膜前流失膠原應(yīng)用舉例膠原應(yīng)用舉例：* * 結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)： 由雙糖重復(fù)單位聚合成高分子直鏈的雜由雙糖重復(fù)單位聚合成高分子直鏈的雜多糖，一般包括一個(gè)醛酸部分（己糖醛酸）多糖，一般包括一個(gè)醛酸部分（己糖醛酸）和一個(gè)胺基糖部分（和一個(gè)胺基糖部分（N-N-乙酰氨基己糖乙酰氨基己糖), ), 主主要成分為透明質(zhì)酸。要成分為透明質(zhì)酸。2) 氨基葡聚糖氨基葡聚糖* * 來源：來源： 植物植物中中易于易于進(jìn)行化學(xué)修飾，無免疫原性，不產(chǎn)生進(jìn)行化學(xué)修飾，無免疫原性，不產(chǎn)生炎癥或免疫排斥反應(yīng)，但強(qiáng)度和穩(wěn)定性較炎癥或免疫排斥反應(yīng)，但

12、強(qiáng)度和穩(wěn)定性較差。差。 組織修復(fù)材料（尚有爭(zhēng)論）組織修復(fù)材料（尚有爭(zhēng)論） 醫(yī)療裝置（較硬的骨架）醫(yī)療裝置（較硬的骨架）* * 性能性能：* * 用途用途：3 3）殼聚糖）殼聚糖(chitosan)(chitosan)* * 來源來源：節(jié)足動(dòng)物的甲殼和細(xì)菌細(xì)胞壁中，產(chǎn)量節(jié)足動(dòng)物的甲殼和細(xì)菌細(xì)胞壁中，產(chǎn)量豐富，價(jià)格豐富，價(jià)格低廉低廉* * 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：以以-1-1，4 4鍵合的多糖，氨基帶有正電鍵合的多糖，氨基帶有正電荷荷* * 性能：性能： 無免疫原性無免疫原性-很好的植入材料很好的植入材料 可進(jìn)行化學(xué)修飾可進(jìn)行化學(xué)修飾-強(qiáng)度不同的纖維材料強(qiáng)度不同的纖維材料 可進(jìn)行交聯(lián)可進(jìn)行交聯(lián)-凝膠材料凝膠材

13、料 利用帶電性能可以調(diào)控物理和化學(xué)性質(zhì)利用帶電性能可以調(diào)控物理和化學(xué)性質(zhì)* * 用途：用途：(1)(1) 藥物釋放藥物釋放包埋包埋材材(2) (2) 膜膜屏蔽材料屏蔽材料(3) (3) 接觸鏡接觸鏡(4) (4) 細(xì)胞培養(yǎng)細(xì)胞培養(yǎng)抗凝劑及血液抗凝劑抗凝劑及血液抗凝劑* * 來源：來源：由微生物制成，分子量由一萬到十幾萬，由微生物制成，分子量由一萬到十幾萬， 研究最多的是聚研究最多的是聚- -羥基丁酸酯（羥基丁酸酯（PHBPHB）* * 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：COCH2CHCH3On* * 性能性能：均聚物高度結(jié)晶性、脆、憎水性均聚物高度結(jié)晶性、脆、憎水性低毒、可在體內(nèi)降解成低毒、可在體內(nèi)降解成D-3D-

14、3羥基丁酸（人體血液成分）羥基丁酸（人體血液成分）可進(jìn)行共聚改性可進(jìn)行共聚改性4 4）聚羥基烷基酸酯）聚羥基烷基酸酯(polyhydroxy alkanoates)(polyhydroxy alkanoates)* * 用途用途： 藥物控釋藥物控釋 縫合線縫合線 人工皮膚人工皮膚* * 舉例舉例：聚羥基丁酸與聚羥基丁酸與 30% 30% 羥基戊酸共聚，商品名為羥基戊酸共聚，商品名為: : Biopol. Biopol. 材料由原來的高結(jié)晶度、脆、憎水，變?yōu)榻Y(jié)晶材料由原來的高結(jié)晶度、脆、憎水，變?yōu)榻Y(jié)晶度低、柔順、易于加工的醫(yī)用材料度低、柔順、易于加工的醫(yī)用材料. .1) 1) 羧甲基纖維素鈉羧甲

15、基纖維素鈉 (Sodium carboxymethyl (Sodium carboxymethyl cellulose, SCMC)cellulose, SCMC)來源來源: : 纖維素的羥基羧甲基醚化的產(chǎn)物纖維素的羥基羧甲基醚化的產(chǎn)物人工人工半半合成生物可降解材料合成生物可降解材料結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu): :OHOOHOHHHHCH2OCH2COONaHOHOHCH2OCH2COONaORHHOHORn性質(zhì)性質(zhì): : 陰離子型高分子電解質(zhì)陰離子型高分子電解質(zhì), , 溶于水成粘稠溶液溶于水成粘稠溶液, , 加熱會(huì)成果凍加熱會(huì)成果凍. .用途用途: :常與明膠配合作復(fù)合囊材常與明膠配合作復(fù)合囊材(1-5g/L

16、 SCMS(1-5g/L SCMS和和30g/L30g/L明膠按體積比明膠按體積比2:12:1混合混合), ), 用于口服腸道用于口服腸道靶向藥劑靶向藥劑. .2 2）鄰）鄰苯二甲酸醋酸纖維素苯二甲酸醋酸纖維素(Cellulose acetate (Cellulose acetate phthalate, CAP)phthalate, CAP)結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：來源來源: : 纖維素部分羥基乙酸酯化纖維素部分羥基乙酸酯化, , 再用鄰苯再用鄰苯二甲酸酯化二甲酸酯化HOORORHHHCH2ORHOHOHCH2OR1ORHHOHORnR：CH3COR1：CCOOHO性質(zhì)性質(zhì): : 強(qiáng)酸中不溶解，強(qiáng)酸中不

17、溶解， 可溶于可溶于pHpH66的水溶液，分子的水溶液，分子中含有游離羧基，其相對(duì)含量決定其水溶液中含有游離羧基，其相對(duì)含量決定其水溶液的的pHpH值及能溶解值及能溶解CAPCAP的溶液最低的溶液最低pHpH。用途：用途：可單獨(dú)作為囊材使用，用量一般在可單獨(dú)作為囊材使用，用量一般在3030g/Lg/L，也，也可以與明膠配合使用?？梢耘c明膠配合使用。3 3）甲基）甲基、乙基纖維素（、乙基纖維素（MC MC 、ECEC）結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：OHOORORHHHCH2ORHOHOHCH2ORORHHHORn R：HCH3CH2CH3n: Polymer degree性質(zhì)：性質(zhì)：化學(xué)穩(wěn)定性高，不溶于水、甘油和

18、丙醇，可溶于乙醇，遇化學(xué)穩(wěn)定性高，不溶于水、甘油和丙醇，可溶于乙醇，遇強(qiáng)酸易水解。強(qiáng)酸易水解。用途：用途：適用于多種藥物的微囊化載體，但對(duì)強(qiáng)酸性藥物不適合。適用于多種藥物的微囊化載體，但對(duì)強(qiáng)酸性藥物不適合。4 4）羥）羥丙甲纖維素丙甲纖維素(HPMC)(HPMC)：結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：OHOORORHHHCH2ORHOHOHCH2ORORHHHORn R：HCH3CH2CH(OH)CH3n: Polymer degree性質(zhì)性質(zhì)：穩(wěn)定性穩(wěn)定性高，能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，有表面活性，能溶高，能長(zhǎng)期儲(chǔ)存，有表面活性，能溶于冷水成為黏性膠體溶液于冷水成為黏性膠體溶液用途：用途： 藥物賦型劑和包衣藥物賦型劑和包衣 微囊和

19、微球及納米粒的載體微囊和微球及納米粒的載體合成合成生物降解材料生物降解材料1 1）聚羥基乙酸均聚物）聚羥基乙酸均聚物 合成方程式合成方程式: :OCH2COnOOOOO CH2COnSn(Oct)2or ZnCl2degradationHO CH2COOH結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式: :特點(diǎn)特點(diǎn): : 結(jié)晶性高結(jié)晶性高, 40%-50%, 40%-50%結(jié)晶度結(jié)晶度 熔點(diǎn)高熔點(diǎn)高, 225 , 225 不溶于有機(jī)溶劑不溶于有機(jī)溶劑, , 只溶于六氟異丙醇強(qiáng)溶劑中只溶于六氟異丙醇強(qiáng)溶劑中用途用途: : 可做內(nèi)植骨釘可做內(nèi)植骨釘, , 如商品名為如商品名為 Biofix Biofix 的產(chǎn)品的產(chǎn)品. . 可做縫

20、線可做縫線, , 如商品名為如商品名為 Dexon Dexon 的產(chǎn)品的產(chǎn)品 ( (3) 3) 因結(jié)晶度高因結(jié)晶度高, , 難溶性難溶性, , 均聚物不適合做藥物均聚物不適合做藥物 控釋載體控釋載體2 2）聚）聚乳酸均聚物乳酸均聚物合成方程式合成方程式: :OCH2COnCH3OOOOH3CCH3Sn(Oct)2or ZnCl2degradationHOCH2COOHOCH2COnCH3CH3結(jié)構(gòu)式結(jié)構(gòu)式: : PLAPLA有兩種有兩種光學(xué)異構(gòu)體，可形成四種不同構(gòu)型的聚光學(xué)異構(gòu)體，可形成四種不同構(gòu)型的聚合物：合物：D-PLA；L-PLA；DL-PLA（外消旋（外消旋）；）；DL-PLA（內(nèi)消旋

21、（內(nèi)消旋）特點(diǎn)特點(diǎn): :半結(jié)晶聚合物，熔點(diǎn)：半結(jié)晶聚合物，熔點(diǎn)：185185C C，強(qiáng)度高，降解，強(qiáng)度高，降解吸收時(shí)間長(zhǎng)（吸收時(shí)間長(zhǎng)（33.533.5年），適用于承載裝置，年），適用于承載裝置，制作內(nèi)植骨固定裝置。制作內(nèi)植骨固定裝置。無定形聚合物，無定形聚合物，TgTg約為約為6565C C，降解和吸收速，降解和吸收速度較快（度較快（3 36 6月），主要作藥物控釋載體和月），主要作藥物控釋載體和軟組織修復(fù)材料。軟組織修復(fù)材料。L-PLAL-PLA：DL-PLADL-PLA：用途：用途： 胰島素的聚乳酸雙層緩釋片胰島素的聚乳酸雙層緩釋片 慶大霉素的聚乳酸圓柱體慶大霉素的聚乳酸圓柱體 激素左炔諾

22、酮的空心聚乳酸纖維劑等激素左炔諾酮的空心聚乳酸纖維劑等3）聚）聚羥基乙酸和聚乳酸的改性羥基乙酸和聚乳酸的改性二嵌段共聚物二嵌段共聚物：PEG-PGA；PEG-PLA三嵌段共聚物三嵌段共聚物：PGA-PEG-PGA；PLA-PEG-PLA親水性和降解性可調(diào)控親水性和降解性可調(diào)控（1）親水性）親水性共聚物：共聚物： 多肽和蛋白質(zhì)藥物控制釋放與血液接多肽和蛋白質(zhì)藥物控制釋放與血液接 觸的表面和組織粘合劑觸的表面和組織粘合劑 智能控釋體系智能控釋體系用途：用途：（2 2）聚合物合金）聚合物合金 可提高產(chǎn)品的力學(xué)強(qiáng)度和硬度及抗彎強(qiáng)度可提高產(chǎn)品的力學(xué)強(qiáng)度和硬度及抗彎強(qiáng)度用途：用途：作內(nèi)植骨固定裝置作內(nèi)植骨

23、固定裝置 如：如： L-PLAL-PLA與聚富馬酸酯合金與聚富馬酸酯合金（3 3）自增強(qiáng)復(fù)合材料）自增強(qiáng)復(fù)合材料 如：如：PGAPGA纖維增強(qiáng)纖維增強(qiáng)PGAPGA板，抗彎強(qiáng)度可板，抗彎強(qiáng)度可達(dá)到達(dá)到300 300 MPaMPa4 4） 聚己內(nèi)酯（聚己內(nèi)酯（PCLPCL）結(jié)構(gòu)式：結(jié)構(gòu)式：OCH2CH2CH2CH2CH2COn PCL PCL 半結(jié)晶態(tài)聚合物半結(jié)晶態(tài)聚合物 , , 結(jié)晶度約為結(jié)晶度約為45%45% 超低玻璃化溫度超低玻璃化溫度(Tg = -62(Tg = -62C C) )和和低熔點(diǎn)低熔點(diǎn)(Tm =57(Tm =57C)C) 良好的藥物通透性及良好的藥物通透性及熱穩(wěn)定性熱穩(wěn)定性(

24、(分解溫度分解溫度=350=350C)C)性質(zhì)性質(zhì): :用途用途: : 用于可溶蝕的擴(kuò)散型控釋放裝置用于可溶蝕的擴(kuò)散型控釋放裝置 降解吸收時(shí)間長(zhǎng)，用于長(zhǎng)效抗生育制劑降解吸收時(shí)間長(zhǎng)，用于長(zhǎng)效抗生育制劑 可制成微球、微膠囊、膜、纖維棒可制成微球、微膠囊、膜、纖維棒狀及狀及納米粒子制劑納米粒子制劑 可與可與PLAPLA、PEGPEG等共聚賦予材料特殊性能等共聚賦予材料特殊性能5 5） 聚酸酐聚酸酐結(jié)構(gòu)式：結(jié)構(gòu)式：RCOCROOnR=H , CH2R=H , CH2性質(zhì)：性質(zhì)：高結(jié)晶度高結(jié)晶度芳香族聚酸酐是高熔點(diǎn)和難溶解聚合物芳香族聚酸酐是高熔點(diǎn)和難溶解聚合物脂肪族聚酸酐熔點(diǎn)較低，能溶于大多數(shù)溶劑：二

25、脂肪族聚酸酐熔點(diǎn)較低，能溶于大多數(shù)溶劑：二氯甲烷、氯仿等氯甲烷、氯仿等脂肪族：芳香族脂肪族：芳香族=1=1：1 1時(shí)時(shí) 無定型態(tài)無定型態(tài)共聚后熔點(diǎn)降低且溶解性改善共聚后熔點(diǎn)降低且溶解性改善應(yīng)用：應(yīng)用：藥物控釋載體適用于大分子生物活性藥物藥物控釋載體適用于大分子生物活性藥物。如如：蛋白、多肽和蛋白、多肽和DNADNA藥物藥物6 6） 聚磷腈聚磷腈PRRNn結(jié)構(gòu)式：結(jié)構(gòu)式：合成方法：合成方法：PNPNPNClClClClClCl開 環(huán) Cat聚 合PNClClnRNH2or ROH氨 基 酸(NH2RCOOH)PNRRnR=RNH or RO / NHROOH性質(zhì)：性質(zhì)： 水解后生成磷酸和銨鹽水解

26、后生成磷酸和銨鹽 調(diào)節(jié)不同側(cè)鏈基團(tuán)可得到性能不同的藥物控釋載體調(diào)節(jié)不同側(cè)鏈基團(tuán)可得到性能不同的藥物控釋載體如：側(cè)鏈為溫度響應(yīng)或如：側(cè)鏈為溫度響應(yīng)或PHPH響應(yīng)的智能型水凝膠藥物體響應(yīng)的智能型水凝膠藥物體用途：用途：可制備環(huán)境響應(yīng)性藥物釋放裝置可制備環(huán)境響應(yīng)性藥物釋放裝置7 7） 氨基酸類聚合物氨基酸類聚合物 聚氨基酸聚氨基酸 假性聚氨基酸假性聚氨基酸 氨基酸氨基酸- -非氨基酸共聚物非氨基酸共聚物氨基酸類聚合物分為三類：氨基酸類聚合物分為三類： 聚氨基酸聚氨基酸 優(yōu)越性：可降解生成簡(jiǎn)單的優(yōu)越性：可降解生成簡(jiǎn)單的-氨基酸氨基酸 缺點(diǎn)：成本高，除聚谷氨酸外，其他聚氨基酸難溶于水缺點(diǎn)：成本高，除聚谷

27、氨酸外，其他聚氨基酸難溶于水或常規(guī)有機(jī)溶劑?；虺Ｒ?guī)有機(jī)溶劑。熱熱- -機(jī)械，電機(jī)械，電- -機(jī)械和化學(xué)機(jī)械和化學(xué)- -機(jī)械之間的機(jī)械之間的能量轉(zhuǎn)換功能和逆相轉(zhuǎn)變。能量轉(zhuǎn)換功能和逆相轉(zhuǎn)變。肌肉骨骼的修復(fù)裝置，眼科裝置，機(jī)械或電感應(yīng)肌肉骨骼的修復(fù)裝置，眼科裝置，機(jī)械或電感應(yīng)式藥物控釋裝置。式藥物控釋裝置。應(yīng)用應(yīng)用：如：如： 19681968年年MiganaeMiganae等人合成了聚谷氨酸纖維（等人合成了聚谷氨酸纖維（外科縫線外科縫線）天然多肽序列聚氨基酸。天然多肽序列聚氨基酸。 美國(guó)美國(guó)UrryUrry公司合成的頡公司合成的頡- -脯脯- -甘甘- -頡頡- -甘甘(VPGVG)(VPGVG)為

28、重復(fù)為重復(fù)結(jié)構(gòu)單元的氨基酸，成膜交聯(lián)后有如下結(jié)構(gòu)單元的氨基酸，成膜交聯(lián)后有如下性能：性能： 假性聚氨基酸假性聚氨基酸用用非酰胺鍵選擇性地取代傳統(tǒng)的酰胺鍵生成類似聚氨非酰胺鍵選擇性地取代傳統(tǒng)的酰胺鍵生成類似聚氨基酸的聚合物，如：羧酸酯鍵、碳酸酯鍵、脲鍵等。基酸的聚合物，如：羧酸酯鍵、碳酸酯鍵、脲鍵等。定義：定義：優(yōu)勢(shì)：優(yōu)勢(shì)： 可明顯改善其物理、化學(xué)和生物學(xué)性能可明顯改善其物理、化學(xué)和生物學(xué)性能 保留了傳統(tǒng)聚氨基酸的無毒和生物相容性保留了傳統(tǒng)聚氨基酸的無毒和生物相容性 合成時(shí)不需要昂貴的合成時(shí)不需要昂貴的N-N-羧酸酐，成本大大降低羧酸酐，成本大大降低藥物控釋制劑和骨植入裝置藥物控釋制劑和骨植入裝

29、置 ，長(zhǎng)效控釋制劑長(zhǎng)效控釋制劑應(yīng)用應(yīng)用： 氨基酸與非氨基酸共聚物氨基酸與非氨基酸共聚物 如：如：PEG-PEG-聚天門冬氨酸聚天門冬氨酸 ( (由不溶由不溶水溶性膠囊水溶性膠囊) ) PEG-PEG-聚賴氨酸聚賴氨酸 ( (不在臟器中積蓄不在臟器中積蓄) )優(yōu)勢(shì)：優(yōu)勢(shì)：改善溶解性、力學(xué)性能、親水性；改善溶解性、力學(xué)性能、親水性； 更具有可修飾性更具有可修飾性智能智能生物醫(yī)用高分子生物醫(yī)用高分子材料材料模擬生物大分子的協(xié)同相互作用，可賦予合成高分子材料智能性，近數(shù)模擬生物大分子的協(xié)同相互作用，可賦予合成高分子材料智能性，近數(shù)十年以來，合成功能高分子，使其以十年以來，合成功能高分子，使其以期望的方

30、式響應(yīng)溫度、期望的方式響應(yīng)溫度、pHpH，電場(chǎng)，電場(chǎng)，磁場(chǎng)或其他參數(shù)變化磁場(chǎng)或其他參數(shù)變化，這與生物大分子相似的刺激響應(yīng)性聚合物即，這與生物大分子相似的刺激響應(yīng)性聚合物即“靈靈巧巧”或或“智能智能”高分子材料，與生物醫(yī)用材料密切相關(guān)。高分子材料，與生物醫(yī)用材料密切相關(guān)。1 1）彈性蛋白）彈性蛋白彈性蛋白是一種結(jié)締組織蛋白，它賦予細(xì)胞外基質(zhì)強(qiáng)度和韌性。彈性蛋白彈性蛋白是一種結(jié)締組織蛋白，它賦予細(xì)胞外基質(zhì)強(qiáng)度和韌性。彈性蛋白重復(fù)序列簡(jiǎn)單，這類材料不同于絲或膠原，無溶解度問題。重復(fù)序列簡(jiǎn)單，這類材料不同于絲或膠原，無溶解度問題。彈性蛋白狀多肽在低溫下溶于溶液中，呈現(xiàn)無規(guī)線團(tuán)構(gòu)象。彈性蛋白狀多肽在低溫

31、下溶于溶液中，呈現(xiàn)無規(guī)線團(tuán)構(gòu)象。彈性蛋白顯示低臨界溶解溫度彈性蛋白顯示低臨界溶解溫度(LCST)(LCST)行為，它在升溫時(shí)蛋白質(zhì)形成有序結(jié)構(gòu)，行為，它在升溫時(shí)蛋白質(zhì)形成有序結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)本身折疊成結(jié)構(gòu)本身折疊成螺旋構(gòu)象時(shí)蛋白質(zhì)鏈熵的降低為鏈中釋放水所補(bǔ)償。螺旋構(gòu)象時(shí)蛋白質(zhì)鏈熵的降低為鏈中釋放水所補(bǔ)償。彈性蛋白既可以由有機(jī)化學(xué)制備，亦能由微生物蛋白質(zhì)表達(dá)合成。彈性蛋白既可以由有機(jī)化學(xué)制備，亦能由微生物蛋白質(zhì)表達(dá)合成。常以五肽序列常以五肽序列 纈氨酸纈氨酸- -脯氨酸脯氨酸- -甘氨酸甘氨酸- -纈氨酸纈氨酸- -甘氨酸甘氨酸(VPGVA)(VPGVA)研究彈研究彈性蛋白性蛋白可作為藥物釋放載體可作

32、為藥物釋放載體2 2） 絲絲- -彈性蛋白狀聚合物彈性蛋白狀聚合物絲絲- -彈性蛋白質(zhì)基聚合物（彈性蛋白質(zhì)基聚合物（SELPSELP）是由絲氨基酸序列（甘氨酸是由絲氨基酸序列（甘氨酸- -丙氨酸丙氨酸- -甘氨酸甘氨酸- -丙氨酸丙氨酸- -甘氨酸甘氨酸- -絲氨酸）和彈性蛋白氨基酸序列（甘氨酸絲氨酸）和彈性蛋白氨基酸序列（甘氨酸- -纈氨酸纈氨酸- -甘氨酸甘氨酸- -纈氨酸纈氨酸- -脯氨酸）構(gòu)成的基因工程生物聚合物。脯氨酸）構(gòu)成的基因工程生物聚合物。絲絲- -彈性蛋白質(zhì)基彈性蛋白質(zhì)基聚合物共聚物在生聚合物共聚物在生理?xiàng)l件下根據(jù)重復(fù)理?xiàng)l件下根據(jù)重復(fù)單元內(nèi)絲狀模序數(shù)單元內(nèi)絲狀模序數(shù)目可逆地自

33、組裝。目可逆地自組裝。它會(huì)通過不可逆放它會(huì)通過不可逆放熱事件形成凝膠，熱事件形成凝膠，此時(shí)絲狀結(jié)構(gòu)域因此時(shí)絲狀結(jié)構(gòu)域因氫鍵介導(dǎo)物理交聯(lián)。氫鍵介導(dǎo)物理交聯(lián)。3 3） 自組裝水凝膠自組裝水凝膠智能智能生物醫(yī)用高分子材料生物醫(yī)用高分子材料的應(yīng)用的應(yīng)用1 1 ） 表面分子識(shí)別表面分子識(shí)別細(xì)胞細(xì)胞表面呈現(xiàn)受體和配體混合物，它們介導(dǎo)細(xì)胞黏附和細(xì)胞通訊。表面呈現(xiàn)受體和配體混合物，它們介導(dǎo)細(xì)胞黏附和細(xì)胞通訊。受受體和配體均為蛋白質(zhì)分子相互作用體和配體均為蛋白質(zhì)分子相互作用, , 如鉤狀物和眼狀物之間相互扣住。如鉤狀物和眼狀物之間相互扣住。受體受體通常和細(xì)胞膜整合：一部分分子陷入脂質(zhì)雙層，其余部分越過細(xì)通常和細(xì)

34、胞膜整合：一部分分子陷入脂質(zhì)雙層，其余部分越過細(xì)胞內(nèi)和外的膜胞內(nèi)和外的膜。配體配體與另外細(xì)胞膜、細(xì)胞外的一部分整合，或自由擴(kuò)散至細(xì)胞外的介與另外細(xì)胞膜、細(xì)胞外的一部分整合，或自由擴(kuò)散至細(xì)胞外的介質(zhì)中質(zhì)中。此類受體與配體蛋白質(zhì)常糖基化，即糖聚合物與蛋白質(zhì)鍵合。根據(jù)受此類受體與配體蛋白質(zhì)常糖基化，即糖聚合物與蛋白質(zhì)鍵合。根據(jù)受體與配體的不同，蛋白質(zhì)氨基酸、糖或兩者會(huì)成為細(xì)胞黏附和通訊的體與配體的不同，蛋白質(zhì)氨基酸、糖或兩者會(huì)成為細(xì)胞黏附和通訊的功能組成成分。功能組成成分。利用細(xì)胞表面工程可以有機(jī)結(jié)合選擇性地進(jìn)行修飾，賦予其新的受體結(jié)利用細(xì)胞表面工程可以有機(jī)結(jié)合選擇性地進(jìn)行修飾，賦予其新的受體結(jié)合活

35、性。合活性。2 2） 分子識(shí)別分子識(shí)別molecular recognitionmolecular recognition 分子識(shí)別指主體分子在許多分子群中識(shí)別特定的客體分子，此過程分子識(shí)別指主體分子在許多分子群中識(shí)別特定的客體分子，此過程中分子間共存各種分子相互作用的分子信息。中分子間共存各種分子相互作用的分子信息。 怎樣怎樣調(diào)控眾多分子的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)，賦予其特異性，就要考慮調(diào)控眾多分子的最穩(wěn)定結(jié)構(gòu)狀態(tài)，賦予其特異性，就要考慮分子的捕分子的捕捉能力捉能力。在一定方向上再配置，使其相互作用達(dá)到穩(wěn)定的結(jié)合狀態(tài)，如利用高。在一定方向上再配置，使其相互作用達(dá)到穩(wěn)定的結(jié)合狀態(tài)，如利用高分子量的主體分

36、子的多點(diǎn)相互作用分子量的主體分子的多點(diǎn)相互作用, , 達(dá)到穩(wěn)定的結(jié)合狀態(tài)，以增強(qiáng)識(shí)別能力。達(dá)到穩(wěn)定的結(jié)合狀態(tài)，以增強(qiáng)識(shí)別能力。 生物大分子生物大分子以其分子間相互作用實(shí)施正確的信息傳達(dá)。以蛋白質(zhì)為例，是以其分子間相互作用實(shí)施正確的信息傳達(dá)。以蛋白質(zhì)為例，是它的折疊構(gòu)象傳達(dá)信息，這又與氨基酸排列組合相關(guān)。特定的分子對(duì)應(yīng)于立體它的折疊構(gòu)象傳達(dá)信息，這又與氨基酸排列組合相關(guān)。特定的分子對(duì)應(yīng)于立體多點(diǎn)相互作用，才產(chǎn)生分子識(shí)別。在無數(shù)的單體排列中，選擇特定的單體，人多點(diǎn)相互作用，才產(chǎn)生分子識(shí)別。在無數(shù)的單體排列中，選擇特定的單體，人工實(shí)現(xiàn)此過程非常困難工實(shí)現(xiàn)此過程非常困難, , 為構(gòu)筑分子識(shí)別三維結(jié)構(gòu)可

37、采用為構(gòu)筑分子識(shí)別三維結(jié)構(gòu)可采用分子印跡法分子印跡法。將各種生物大分子從凝膠轉(zhuǎn)移到一種固定基質(zhì)上的過程稱為印跡將各種生物大分子從凝膠轉(zhuǎn)移到一種固定基質(zhì)上的過程稱為印跡技術(shù)（技術(shù)（blottingblotting） 分子印跡技術(shù)分子印跡技術(shù)當(dāng)模板分子（印跡分子）與聚合物單體接觸時(shí)會(huì)形當(dāng)模板分子（印跡分子）與聚合物單體接觸時(shí)會(huì)形成多重作用點(diǎn)，通過聚合過程這種作用就會(huì)被記憶成多重作用點(diǎn)，通過聚合過程這種作用就會(huì)被記憶下來，當(dāng)模板分子除去后，聚合物中就形成了與模下來，當(dāng)模板分子除去后，聚合物中就形成了與模板分子空間構(gòu)型相匹配的具有多重作用點(diǎn)的空穴，板分子空間構(gòu)型相匹配的具有多重作用點(diǎn)的空穴，這樣的空穴

38、將對(duì)模板分子及其類似物具有選擇識(shí)別這樣的空穴將對(duì)模板分子及其類似物具有選擇識(shí)別特性。特性。 分子印跡技術(shù)分子印跡技術(shù)- -基本原理：基本原理： 3 3） 自組裝自組裝 self-assemblyself-assembly 自組裝自組裝為組分在無人為干預(yù)下自動(dòng)組構(gòu)成圖案或結(jié)構(gòu)，自組裝過程一般通過為組分在無人為干預(yù)下自動(dòng)組構(gòu)成圖案或結(jié)構(gòu)，自組裝過程一般通過自然和技術(shù)實(shí)施。自然和技術(shù)實(shí)施。所謂自組裝（所謂自組裝（self-assemblyself-assembly），是指），是指基本結(jié)構(gòu)單元基本結(jié)構(gòu)單元( (分子，納米材料，微米分子，納米材料，微米或更大尺度的物質(zhì)）自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)或更大尺度的物質(zhì)）

39、自發(fā)形成有序結(jié)構(gòu)的一種技術(shù)。在自組裝的過程中，基本的一種技術(shù)。在自組裝的過程中，基本結(jié)構(gòu)單元在基于非共價(jià)鍵的相互作用下結(jié)構(gòu)單元在基于非共價(jià)鍵的相互作用下自發(fā)的組織或聚集為一個(gè)穩(wěn)定、具有一自發(fā)的組織或聚集為一個(gè)穩(wěn)定、具有一定規(guī)則幾何外觀的結(jié)構(gòu)。定規(guī)則幾何外觀的結(jié)構(gòu)。自組裝有兩種主要類型，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。自組裝有兩種主要類型，靜態(tài)和動(dòng)態(tài)。1 1） 靜態(tài)自組裝包括整體或局部處于平衡的系統(tǒng)，并不耗散能量，如分靜態(tài)自組裝包括整體或局部處于平衡的系統(tǒng)，并不耗散能量，如分子結(jié)晶由靜態(tài)自組裝形成，大多數(shù)折疊的球狀蛋白質(zhì)亦屬此類型。靜態(tài)子結(jié)晶由靜態(tài)自組裝形成，大多數(shù)折疊的球狀蛋白質(zhì)亦屬此類型。靜態(tài)自組裝時(shí)有序結(jié)構(gòu)的

40、形成需要能量自組裝時(shí)有序結(jié)構(gòu)的形成需要能量( (如以攪拌方式如以攪拌方式) )，但一旦形成組裝體，但一旦形成組裝體則穩(wěn)定。則穩(wěn)定。2 2） 動(dòng)態(tài)動(dòng)態(tài)自組裝組分間形成結(jié)構(gòu)式圖案相應(yīng)的相互作用，只有在系統(tǒng)耗自組裝組分間形成結(jié)構(gòu)式圖案相應(yīng)的相互作用，只有在系統(tǒng)耗散能量才能產(chǎn)生。如振蕩化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)與擴(kuò)散競(jìng)爭(zhēng)才產(chǎn)生圖案，生物散能量才能產(chǎn)生。如振蕩化學(xué)反應(yīng)中反應(yīng)與擴(kuò)散競(jìng)爭(zhēng)才產(chǎn)生圖案，生物細(xì)胞則是更復(fù)雜的實(shí)例。動(dòng)態(tài)自組裝還能細(xì)分為成模板自組裝和生物自細(xì)胞則是更復(fù)雜的實(shí)例。動(dòng)態(tài)自組裝還能細(xì)分為成模板自組裝和生物自組裝。模板自組裝時(shí)組分間相互作用及其環(huán)境的調(diào)控特征決定形成的結(jié)組裝。模板自組裝時(shí)組分間相互作用及

41、其環(huán)境的調(diào)控特征決定形成的結(jié)構(gòu)。例如，表面上結(jié)晶決定結(jié)晶的形態(tài)。構(gòu)。例如，表面上結(jié)晶決定結(jié)晶的形態(tài)。 分子自組裝涉及非共價(jià)或弱共價(jià)相互作用(范德瓦爾斯力、靜電和疏水相互作用、氫鍵和配合鍵)較大。納米生物材料是指在納米生物材料是指在三維方向上至少有一三維方向上至少有一維處于納米尺度范圍維處于納米尺度范圍（1 1100 nm100 nm）的生）的生物醫(yī)用材料。物醫(yī)用材料。它可用它可用于組織病缺損修復(fù)于組織病缺損修復(fù)或或者替換者替換、藥物載體、藥物載體、檢測(cè)診斷治療、藥物檢測(cè)診斷治療、藥物篩選等。篩選等。納米納米生物醫(yī)用材料生物醫(yī)用材料納米工程酶納米工程酶碳納米微管碳納米微管納米機(jī)器人清理血管納米機(jī)

42、器人清理血管納米生物材料制備方法納米生物材料制備方法1.1. 物理方法物理方法(1)(1)真空冷凝法真空冷凝法 用真空蒸發(fā)、加熱、高頻用真空蒸發(fā)、加熱、高頻 感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等離子感應(yīng)等方法使原料氣化或形成等離子 體，然后驟冷。體，然后驟冷。 (2)(2)物理粉碎法物理粉碎法 通過機(jī)械粉碎、電火花爆通過機(jī)械粉碎、電火花爆 炸等方法得到納米粒子。炸等方法得到納米粒子。 (3)(3)機(jī)械球磨法機(jī)械球磨法 采用球磨方法，控制適當(dāng)采用球磨方法，控制適當(dāng) 的條件得到純?cè)丶{米粒子、合金納米的條件得到純?cè)丶{米粒子、合金納米 粒子或復(fù)合材料的納米粒子。粒子或復(fù)合材料的納米粒子。(1)(1)氣相沉

43、積法氣相沉積法 利用金屬化合物蒸氣的化學(xué)反利用金屬化合物蒸氣的化學(xué)反應(yīng)合成納米材料。應(yīng)合成納米材料。 (2)(2)沉淀法沉淀法 把沉淀劑加入到鹽溶液中反應(yīng)后，把沉淀劑加入到鹽溶液中反應(yīng)后，將沉淀熱處理得到納米材料。將沉淀熱處理得到納米材料。 (3)(3)水熱合成法水熱合成法 高溫高壓下在水溶液或蒸汽高溫高壓下在水溶液或蒸汽等流體中合成，再經(jīng)分離和熱處理得納米粒子。等流體中合成，再經(jīng)分離和熱處理得納米粒子。 (4)(4)溶膠凝膠法溶膠凝膠法 金屬化合物經(jīng)溶液、溶膠、金屬化合物經(jīng)溶液、溶膠、凝膠而固化，再經(jīng)低溫?zé)崽幚矶杉{米粒子。凝膠而固化，再經(jīng)低溫?zé)崽幚矶杉{米粒子。(5)(5)微乳液法微乳

44、液法 兩種互不相溶的溶劑在表面活兩種互不相溶的溶劑在表面活性劑的作用下形成乳液，在微泡中經(jīng)成核、聚結(jié)、性劑的作用下形成乳液，在微泡中經(jīng)成核、聚結(jié)、團(tuán)聚、熱處理后得納米粒子。團(tuán)聚、熱處理后得納米粒子。2. 2. 化學(xué)方法化學(xué)方法 3. 3. 生物方法生物方法 通過生物學(xué)、化學(xué)與納米技術(shù)的學(xué)科交叉融合，將通過生物學(xué)、化學(xué)與納米技術(shù)的學(xué)科交叉融合，將DNADNA自組裝自組裝方法與納米制造結(jié)合，實(shí)現(xiàn)生物納米制造的高精度、跨尺度、方法與納米制造結(jié)合，實(shí)現(xiàn)生物納米制造的高精度、跨尺度、一致性和批量化。一致性和批量化。Nature Nanotech. 2008, 3 ,707Curr. Opin. Biot

45、ech. 2006, 17, 569 通過通過DNADNA堿基互補(bǔ)配對(duì)的生物分子識(shí)別過程進(jìn)行納米制造堿基互補(bǔ)配對(duì)的生物分子識(shí)別過程進(jìn)行納米制造Angew. Chem. Int. Ed. 2006, 45, 730Nano Lett. 2005, 5, 2399Nature,1996,382,6073. 3. 生物方法生物方法Science 2009, 323, 112在雙交叉分子中插入在雙交叉分子中插入DNADNA環(huán)，通過改變金納米粒子的尺寸，制造環(huán)，通過改變金納米粒子的尺寸，制造不同三維結(jié)構(gòu)的納米金陣列不同三維結(jié)構(gòu)的納米金陣列3. 3. 生物方法生物方法生物法納米制造過程生物法納米制造過程通

46、過巰基化寡核通過巰基化寡核苷酸序列結(jié)合金苷酸序列結(jié)合金納米粒子納米粒子依據(jù)堿基互補(bǔ)配依據(jù)堿基互補(bǔ)配對(duì)的原理組裝成對(duì)的原理組裝成剛性四臂剛性四臂DNADNA瓦瓦四臂瓦進(jìn)一步通四臂瓦進(jìn)一步通過粘性末端相互過粘性末端相互連接制造成二維連接制造成二維DNADNA納米金陣列納米金陣列58SH 組織缺損修復(fù)組織缺損修復(fù)/ /替換替換用材料即組織工程材料。傳統(tǒng)的組織用材料即組織工程材料。傳統(tǒng)的組織修復(fù)如：自體組織移植，異體組織移植和應(yīng)用人工代用品等修復(fù)如：自體組織移植，異體組織移植和應(yīng)用人工代用品等方法都分別存在不足，如免疫排斥反應(yīng)及供體不足等。方法都分別存在不足，如免疫排斥反應(yīng)及供體不足等。 組織工程材料

47、的發(fā)展，將從根本上解決組織和器官缺損組織工程材料的發(fā)展，將從根本上解決組織和器官缺損所致的功能障礙或喪失治療的問題。所致的功能障礙或喪失治療的問題。 具有調(diào)控機(jī)體內(nèi)源性作用具有調(diào)控機(jī)體內(nèi)源性作用并能促進(jìn)病、缺損組織再生修并能促進(jìn)病、缺損組織再生修復(fù)的復(fù)的納米組織工程材料的開發(fā)，納米組織工程材料的開發(fā)，是組織創(chuàng)傷治療的新策略。是組織創(chuàng)傷治療的新策略。它它可可通過各種刺激信號(hào)調(diào)控內(nèi)源性作用，從而更有效、可行通過各種刺激信號(hào)調(diào)控內(nèi)源性作用，從而更有效、可行地實(shí)現(xiàn)病損組織的再生性修復(fù)。地實(shí)現(xiàn)病損組織的再生性修復(fù)。 1 1） 組織組織缺損修復(fù)缺損修復(fù)/ /替換替換用納米生物用納米生物材料材料納米納米生物

48、醫(yī)用材料應(yīng)用生物醫(yī)用材料應(yīng)用 納米生物材料納米生物材料調(diào)控內(nèi)源性作用途徑調(diào)控內(nèi)源性作用途徑內(nèi)源性血栓形成機(jī)制內(nèi)源性血栓形成機(jī)制途徑一途徑一途徑二途徑二凝血酶導(dǎo)致血凝血酶導(dǎo)致血小板活化小板活化血管內(nèi)皮細(xì)胞血管內(nèi)皮細(xì)胞破壞，膠原調(diào)節(jié)破壞，膠原調(diào)節(jié)血小板活化血小板活化內(nèi)源性凝內(nèi)源性凝血發(fā)生，血發(fā)生，血管栓塞血管栓塞N. Engl. J. Med. 2008, 359, 938納米生物材料調(diào)控內(nèi)源性作用納米生物材料調(diào)控內(nèi)源性作用途徑一途徑一表面修飾活性基表面修飾活性基團(tuán)團(tuán)( (如絲氨酸殘基如絲氨酸殘基) )，調(diào)控凝血因子調(diào)控凝血因子途徑二途徑二改變納米材改變納米材料拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，料拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，創(chuàng)傷血管內(nèi)皮創(chuàng)

49、傷血管內(nèi)皮調(diào)控內(nèi)源性調(diào)控內(nèi)源性作用，引發(fā)作用，引發(fā)血管栓塞血管栓塞內(nèi)源性作用在組織修復(fù)中的效果內(nèi)源性作用在組織修復(fù)中的效果脛骨上段骨不連術(shù)前脛骨上段骨不連術(shù)前 脛骨上段骨不連術(shù)后脛骨上段骨不連術(shù)后右脛骨上段動(dòng)脈右脛骨上段動(dòng)脈瘤樣骨囊腫術(shù)后瘤樣骨囊腫術(shù)后右脛骨上段動(dòng)脈右脛骨上段動(dòng)脈瘤樣骨囊腫術(shù)前瘤樣骨囊腫術(shù)前在研制磷灰石在研制磷灰石- -膠原復(fù)合材料過膠原復(fù)合材料過程中，發(fā)現(xiàn)機(jī)體內(nèi)源性作用在程中，發(fā)現(xiàn)機(jī)體內(nèi)源性作用在骨組織修復(fù)中發(fā)揮作用骨組織修復(fù)中發(fā)揮作用開發(fā)的引導(dǎo)組織再生材料，開發(fā)的引導(dǎo)組織再生材料， 可以選擇性地引導(dǎo)細(xì)胞向受損可以選擇性地引導(dǎo)細(xì)胞向受損的部位附著、增生，促進(jìn)了組的部位附著、增

50、生，促進(jìn)了組織再生性愈合織再生性愈合2 2）醫(yī)學(xué)）醫(yī)學(xué)檢測(cè)診斷用納米生物檢測(cè)診斷用納米生物材料材料 納米材料在檢驗(yàn)診斷中主要應(yīng)用于三個(gè)方面：納米材料在檢驗(yàn)診斷中主要應(yīng)用于三個(gè)方面： 利用納米利用納米材料跟蹤生物體內(nèi)活動(dòng)，對(duì)生物體內(nèi)元素的積累和排除作出判材料跟蹤生物體內(nèi)活動(dòng)，對(duì)生物體內(nèi)元素的積累和排除作出判斷。斷。 利用納米顆粒極高的傳感靈敏效應(yīng)對(duì)疾病進(jìn)行早期診斷。利用納米顆粒極高的傳感靈敏效應(yīng)對(duì)疾病進(jìn)行早期診斷。 利用納米材料的特性去化驗(yàn)檢測(cè)試樣從而輔助治療。利用納米材料的特性去化驗(yàn)檢測(cè)試樣從而輔助治療。利用納利用納米技術(shù)制成的醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備具有非常大的應(yīng)用價(jià)值。米技術(shù)制成的醫(yī)療檢測(cè)設(shè)備具有非常

51、大的應(yīng)用價(jià)值。 科學(xué)家設(shè)想利用納米技術(shù)，以科學(xué)家設(shè)想利用納米技術(shù)，以2020種氨基酸為原料，按分子設(shè)種氨基酸為原料，按分子設(shè)計(jì)的原理合成所需的蛋白質(zhì)計(jì)的原理合成所需的蛋白質(zhì) “零件零件”，并進(jìn)一步利用肌肉細(xì)胞，并進(jìn)一步利用肌肉細(xì)胞的纖維結(jié)構(gòu)和骨架制造的纖維結(jié)構(gòu)和骨架制造納米器件（納米機(jī)器人）納米器件（納米機(jī)器人）。 目前，可應(yīng)用于臨床檢測(cè)診斷治療中的納米器件主要有納米目前，可應(yīng)用于臨床檢測(cè)診斷治療中的納米器件主要有納米生物芯片，納米生物傳感器、納米藥物存儲(chǔ)器生物芯片，納米生物傳感器、納米藥物存儲(chǔ)器 、納米生物導(dǎo)彈、納米生物導(dǎo)彈、納米細(xì)胞修復(fù)器、納米細(xì)胞監(jiān)督器、納米細(xì)胞清掃器等。納米細(xì)胞修復(fù)器、

52、納米細(xì)胞監(jiān)督器、納米細(xì)胞清掃器等。 納米生物芯片的特點(diǎn)納米生物芯片的特點(diǎn): : (1)采用微電子采用微電子,高產(chǎn)而成本低高產(chǎn)而成本低; (2)高度敏感性高度敏感性; (3)減少了樣品的數(shù)量減少了樣品的數(shù)量; (4)使用納米尺度上的固定方法使用納米尺度上的固定方法, 可以可以自主組裝。自主組裝。 納米生物芯片作用：納米生物芯片作用： (1) 在血流中探測(cè)病毒、在血流中探測(cè)病毒、 細(xì)菌和異細(xì)菌和異常細(xì)胞。常細(xì)胞。 (2) 即時(shí)發(fā)現(xiàn)病毒和細(xì)菌的入侵即時(shí)發(fā)現(xiàn)病毒和細(xì)菌的入侵, 并并予以殲滅。予以殲滅。 (3) 沿血液流動(dòng)并跟蹤鐮狀細(xì)胞貧血沿血液流動(dòng)并跟蹤鐮狀細(xì)胞貧血患者的紅細(xì)胞和感染了病毒的細(xì)胞?；颊?/p>

53、的紅細(xì)胞和感染了病毒的細(xì)胞。納米生物納米生物芯片芯片超微納米生物芯片超微納米生物芯片 + 血液磁化血液磁化 僅僅分鐘阻止大腦異常放電分鐘阻止大腦異常放電http:/ (僅為僅為納米量級(jí)納米量級(jí)) )插入活細(xì)插入活細(xì)胞內(nèi)胞內(nèi), , 而又不干擾細(xì)而又不干擾細(xì)胞的正常生理過程胞的正常生理過程, , 以獲取活細(xì)胞內(nèi)多種以獲取活細(xì)胞內(nèi)多種反應(yīng)的動(dòng)態(tài)化學(xué)信息、反應(yīng)的動(dòng)態(tài)化學(xué)信息、 電化學(xué)信息及反映整電化學(xué)信息及反映整體的功能狀態(tài)體的功能狀態(tài), , 以便以便深化對(duì)機(jī)體生理及病深化對(duì)機(jī)體生理及病理過程的理解。理過程的理解。納米生物納米生物傳感器傳感器通過使用特異性識(shí)別的元素通過使用特異性識(shí)別的元素如：如：DNA適體適體,來來檢測(cè)單核苷酸多態(tài)性檢測(cè)單核苷酸多態(tài)性的數(shù)字的數(shù)字納米納米生物傳感器生物傳感器 JACS, 2011, 133, 99889991納米機(jī)器人在人體血液中循環(huán)時(shí)，可對(duì)身體各部位進(jìn)行檢測(cè)、納米機(jī)器人在人體血液中循環(huán)時(shí)，可對(duì)身體各部位進(jìn)行檢測(cè)、診斷，并