2013年生物材料7大研发进展年终盘点

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2013年生物材料7大研发进展年终盘点

生物材料近年来受到研究人员的关注，主要得益于其具有重要的经济和临床应用效益。根据前瞻产业研究院公布的《2013-2017年中国生物材料行业市场前瞻与投资战略规划分析报告》，生物材料的经济和临床应用效益主要体现在两个方面：
一、具有重要的经济战略地位
伴随着社会经济的发展，人口老龄化加剧，中、青年创伤增加，新技术的不断注入等因素，人类对医疗保健的需求也迅速增长。十多年来，国际医疗保健费用的增长均高于同期GDP的增长。人类对医疗保健的迫切需求大大推动了高技术材料市场中技术附加值最高的材料——生物医用材料及其制品产业的高速发展，其年增长率已高达15%-20%。
加大力度发展生物医用材料及其制品产业，提供优质价廉的产品，不仅能够拉动内需，还将培育出国民经济新的增长点，产生巨大的经济效益。发展生物医用材料科学与产业对国防事业以及国家安全也具有重要意义，正如美国制定的“21世纪美国陆军战略技术”报告中指出：生物技术是未来30年增强战斗力的最有希望的技术，而生物医用材料是其重要组成部分。生物医用及其制品产业正在逐渐向世界经济的支柱性产业进军。
二、植入性医疗器械发展的根本
生物材料相对于植入性医疗器械，是流水之源、树木之根。没有生物相容性好且具有其他所预期性能的材料，就不可能有植入性医疗器械。
用作植入性医疗器械的生物材料有：金属、高分子聚合物、陶瓷和生物源性材料及其衍生物等等几类。
在介入领域，包括在国内外逐步普及的冠脉支架、不锈钢、钴合金、钛和钛合金、锆是制作介入类植入性器械的基本金属材料，药物载体涂层一般用高分子聚合物。
至于骨科、齿科和其他外科植入产品的材料，除了上述几类金属外，超高分子量聚乙烯（UHMWPE）、聚醚醚酮（PEEK）、聚甲基丙烯酸甲脂（PMMA）等聚合物也有广阔的应用领域；氧化铝、氧化锆等致密型陶瓷主要用作植入部件基底材料；羟基磷灰石等表面涂层材料也已有近30年的应用历史。
人工生产的无机和有机材料、骨形态蛋白（BMP）等生物因子和生物源性材料，包括同种异体骨和异种骨2大类，用作骨的填充和修复，构成了所谓的骨科生物修复材料，在西方国家发展迅速，其市值占世界骨科市场份额的14%，超过常见骨科创伤产品的l1%。
根据前瞻产业研究院生物材料行业报告，2013年全球生物材料重要的技术研究进展主要有7个：
进展一：日本利用藻类生产塑料，耐热易加工性能毫不逊色
2013年1月9日，日本研究人员宣布，他们以能进行光合作用的藻类“裸藻”为主要原料，成功生产出塑料。
研究人员认为，与利用石油制造塑料相比，这种新技术排放的二氧化碳更少。
裸藻是一类兼具动物和植物特点的单细胞真核生物，在原生动物学中称为眼虫。它们容易培养，而且光合作用效率比陆地植物更高。
日本产业技术综合研究所和宫崎大学等机构组成的联合研究小组发现，裸藻能在细胞内大量生产高分子糖。提取这种糖之后，再与油脂反应，就可以合成塑料。
合成的塑料成分有70%来自植物，不仅与来自石油的塑料一样容易加工，耐热性也毫不逊色。
进展二：帝人改良植物性生物聚碳酸酯树脂技术，提高耐热性及耐冲击性
2013年4月，帝人公司日前改良了植物源生物聚碳酸酯树脂产品“PLANEXT”的技术。通过改变分子设计，使得耐热性及耐冲击性比以往的PLANEXT有了提高，解决了与用石油制造的聚碳酸酯树脂相比所存在的问题。改良型产品名为“PLANEXTD-7000”。
PLANEXT是环保型树脂，植物成分高达70％，所用的原料是用从玉米粒等中提取的淀粉制成的一种化合物异山梨醇（Isosorbide）。其成形性及抗化学药品性均十分出色，作为一种具有表面硬度及刚性的生物塑料，被应用于以汽车及电子产品为代表的广泛用途。
帝人公司日前改良了植物源生物聚碳酸酯树脂产品“PLANEXT”的技术。通过改变分子设计，使得耐热性及耐冲击性比以往的PLANEXT有了提高，解决了与用石油制造的聚碳酸酯树脂相比所存在的问题。改良型产品名为“PLANEXTD-7000”。
进展三：研究者研制出可杀死癌细胞的新型生物纳米材料
2013年7月初，同济大学医学院生物医学工程与纳米科学研究院王祎龙博士、时东陆教授与美国辛辛那提大学、密西根大学的同行紧密合作，研制出一种新型表面双功能化的非对称纳米复合微球。这种新颖的结构为表面选择性偶合生物分子提供了一个独特的方法，为多功能纳米材料载体的构建提供了全新的思路。
这种新型纳米结构的优势在于，更方便、高效地将多种功能整合于同一个纳米载体中，使之能同时实现靶向、示踪、磁热疗、载药和可控释药。
进展四：科学家发明新型治疗椎间盘功能退化和背痛的生物材料
2013年7月18日，科学家发明新型治疗椎间盘功能退化和背痛的生物材料。
随着我们年龄的增长，脊椎间起缓冲作用的疏松物质会发生分解从而导致背部疼痛并且影响运动。注射髓核（NP）细胞－存在于椎间盘中的果冻状组织，可以减缓上述那种功能退化并且减缓疼痛，但是就目前采用的方法，注射的细胞在几天内就会从注射部位泄漏。当三种液体成分混合时便形成凝胶。在用兔子进行的预实验中，液体在5min后开始凝固，20min后定型。研究者认为其中的一种液体成分，一个在健康椎间盘间发现的叫做层粘连蛋白的化学修饰蛋白，可能能够延长髓核细胞在靶部位停留时间并且保护其不变性。
进展五：国内首台生物3D打印机诞生
2013年8月，杭州电子科技大学生物工程专业的徐铭恩教授，带领团队，研发出了国内首台生物3D打印机，能够直接打印出人体活细胞。利用这些细胞的基础，打印机还可以打印诸如骨骼修复器件、人工器官等生物材料。
这些从打印机里诞生的材料，将来可以帮助人们进行组织修复，脏器移植，美容整形。
进展六：4D打印，百变生物材料
2013年10月，来自麻省理工大学建筑学系的蒂比茨（SkylarTibbits）在2013年美国TED（技术、娱乐、设计）大会上提出了“4D打印”的概念。他将一根带有关节的3D打印复合材料长绳扔进水中，长绳便如变形金刚般神奇地自动变形为事先设计好的形状。为3D打印的物体添加“时间”纬度，让物体变得拥有“记忆功能”，从而在特定条件刺激下可以自动组装为预先设定的形态，这便被称为“4D打印”。
4D打印在医学领域具有较高的应用价值，目前一些企业已经开始启动基于4D打印技术的带有记忆功能的生物心脏支架的研发工作。
进展七：科学家开发出新型生物贴可使得骨质再生 2013年11月11日，刊登在国际杂志Biomaterials上的一篇研究论文中，来自爱荷华大学的研究者通过研究开发出了一种新型的生物贴，其可以将DNA置于纳米尺寸的颗粒中，通过将骨质产生的指令运输到细胞中实现损伤/缺失骨质的再生。