“生物材料”完全解读——一文帮你进入“生物材料”的神奇殿堂

文章类型｜科学知识讲解

阅读时长｜8分钟

关键词｜生物材料 组织工程

“生物材料”是近些年来十分火热的科学工程领域，许多工程领域加入点“生物材料”的佐料就瞬间高大上起来，比如机械设计与制造加上生物材料就变成了医疗器械，3D打印加上生物材料就进行了再生医学领域，真的是炙手可热的一个学科，今天您认真阅读本文，只需8分钟，就算进入生物材料的大门了。来一起领略这个神奇的学科吧！

什么是生物材料？

生物材料（biomaterial）是两大类材料的统称，第一类叫“生物体材料”（biological material），是指从生物体中提取的成分，如纤维蛋白、胶原蛋白、磷脂等，第二类叫“生物医用材料”（biomedical material），是指可应用于医学的功能性材料，包括用于诊断、治疗、修复、替换、增强组织器官功能。

生物材料=生物体材料+生物医用材料

”生物材料学“是研究什么的呢？

生物材料学是一门综合性新兴学科，学科交叉十分广泛，包括生命科学、材料学、工程学、医学等，精要地说，研究4方面的内容：

1. 生物的生理环境、组织结构、器官功能和替代方法；

2. 生物医用材料的合成、改性、加工、应用；

3. 生物材料的生物相容性；

4. 生物材料的生物学评价方法；

支架材料就属于典型的生物医用材料

生物材料发展三阶段：

1. 惰性生物材料：在生物环境中几乎不发生化学反应，各方面性能又与所替代处接近，分为医用金属材料、医用非金属材料、医用高分子材料、医用复合材料四类；

2. 生物可降解材料：在生物环境中慢慢降解掉，实现生物化；

3. 组织工程支架材料：可降解，良好的细胞相容性，特定的三维多孔结构和可塑性，支架中的细胞能获取营养、进行气体交换和排出代谢产物。包括天然可降解无机材料、天然可降解高分子材料、合成可降解高分子材料、复合材料四类。

那么，什么是“组织工程”呢？

组织工程是应用工程科学和生命科学的原理和方法，研究和开发生物替代物的一门学科，它的核心是构建细胞和生物材料的三维空间复合体，形成具有生物力的活体组织，以达到永久替代。

组织工程三大要素：种子细胞、支架材料、细胞生物调节因子。

组织工程研究的核心内容：

1. 合适的种子细胞的来源；
   

2. 可供细胞贴附生长的生物支架或细胞外基质；

3. 促进组织再生的生长因子；

4. 研究组织相容性问题。

神奇的组织工程

纳米技术也逐渐进入生物材料领域

随着纳米科技的不断发展，纳米材料也逐渐应用到了医学领域，纳米材料有三个核心特点：

1. 纳米尺度的结构单元或特征维度尺寸在纳米数量级；

2. 有大量界面和自由表面；

3. 纳米单元之间存在着或强或弱的相互作用。
   

纳米陶瓷、纳米碳、纳米高分子和纳米复合材料等所展示的优异性能已在生物医学领域中应用，尤其在释放药物载体、组织工程支架、人工器官、介入性诊疗、血液净化、生物大分子分离和免疫分析、生物传感器等众多方面都有广泛和诱人的应用前景。

生物材料的未来

未来的发展有几大方向：生物材料功能化、组织工程支架、药物控制释放载体材料、纳米生物材料。

科技观察员评论

运用3D打印技术可制备医用复合材料（如聚脂/HA的3D复合材料等），组织工程支架材料和药物载体等，对于组织工程支架材料的微观结构的可控和力学性能都可以通过3D打印技术改变原料结构和高分子尝试来进行调节。药物载体可运用3D打印技术采用分层制造的思维，制造出具有复杂空隙的载体，可为新药的研发提供新的工具。