摘要：随着社会和经济的发展，生物医用材料在保障人类健康上的作用愈发突出，能够辅助诊断和有效治疗疾病、显著降低死亡率。目前，生物材料行业发展迅猛，仅2019年全世界的生物医用材料和相关制品销售额约为1808亿美元。生物材料早已有之，5500年前，古埃及人开始使用棉花纤维、马鬃当作缝合线；公元16世纪，黄金板开始用来修复颚骨，一些陶瓷材料用来做齿根，某些金属用来固定内骨板和种植牙齿等。进入21世纪，医学、材料学和工程学快速发展，生物材料迎来了新机遇。目前生物材料行业重点的研究领域有再生医学生物材料和植入器械、生物材料表面改性、药物/基因控释载体以及相关系统的开发等。本文主要分析生物医用材料的生物相容性研究现状。

关键词：生物相容性；表面改性；内皮细胞化技术；表面肝素化；血液相容性

引言

生物医用材料是世界上最具发展潜力的朝阳产业之一。生物医用材料是指可植入人体且生物相容性极好的一类高技术新材料，主要用于人体疾病的诊断、治疗，组织和器官的修复、替换，以及增进其器官功能等方面。生物医用材料同药物一样，是保障人类健康的又一类必需品。随着全球尤其是我国人口老龄化的不断加剧，困扰人类的慢性疾病问题逐渐凸显，对生物医用材料的需求变得越来越大，尤其是人造关节、人工牙齿、心血管介入治疗材料等生物医用材料的需求量持续攀升。

1、生物医用材料

生物医用材料是生物医学工程学的四大支柱之一，也是诸多学科相互交叉、相互渗透的一门学科。按材料的属性可分为以下几大类：1）无机生物材料。包括生物惰性和活性陶瓷，在生理环境下，生物惰性陶瓷（如医用碳素材料等）的作用是构建界面并保持稳定；生物活性陶瓷（如生物活性玻璃等）的作用是促进骨组织沉淀，同时可被分解并被新的组织代替。2）有机生物材料。包括天然生物材料和合成生物材料。天然生物材料（如胶原蛋白类）有较好的组织相容性。目前发展最快的是合成高分子医用材料，具有良好的物理力学性能和一定的生物相容性。合成高分子材料中的软材料通常被用作人体软组织的替代品，如血管、食道和手指关节；合成硬材料可用作心脏瓣膜、球形瓣膜等。3）金属及合金材料。包括钴铬合金、钴铬镍合金、钛合金、不锈钢和镍钛形状记忆合金，制造的产品包括人工关节、人工骨和血管内支架。其中，镍钛合金具有智能记忆功能，可用于骨科、心血管外科等。4）复合生物材料。由两种或两种以上不同材料复合构成，可以修复或替换人体组织或器官，根据组成基材又分为高分子基、金属基和陶瓷基复合材料，例如碳纤维增强生化玻璃等；生物聚合物材料可用作高分子生物传感器，如酶、抗源、抗体和激素。5）杂化生物材料。是生物材料和非生物材料组成的复合体，包括天然合成材料和生物材料的杂化，以及上述材料和细胞的杂化。6）生物衍生材料。是一种非生物活性材料，其结构和功能类似天然组织，如人工心脏瓣膜等。

2、生物医用材料的生物相容性

2.1生物相容性包括组织相容性和血液相容性

组织相容性反映了物质与活组织之间的相互调节程度。一般来说，材料的硬度、弹性模量等物理性能，材料表面的形态结构以及材料中所包含的杂质，材料的形状、化学结构与分子结构及性质都影响材料的组织生物学反应，都会影响组织相容性，引发身体产生防御或过敏反应。血液相容性主要是指材料与血液发生直接接触后，是否会引起血小板聚集、凝血、形成血栓或发生溶血现象，一旦发生，材料的使用效率和处理效果将大大降低。此外，材料的钙化、老化、耐磨性差等问题均影响生物医用材料的使用效果。为此，现已发展出许多高新技术对材料表面和其本体材料进行改性。以下是主要的改性和修饰方法。

2.2人工血管内皮细胞化技术

人工血管在临床上应用，必须具有良好的生物相容性、结构稳定性、抗菌抗感染性等特性。内皮细胞可调节机体的凝血平衡，有效防止血栓、血小板凝聚以及血液凝固。但人工血管不具有内皮细胞，因此，移植人工血管后，内皮细胞增殖能否顺利产生是很重要的衡量指标，是移植后血管内皮化临床检测的重要依据；研究人员运用酶联免疫吸附试验法，对血管内皮生长因子的水平进行了测定，发现血管移植后内皮祖细胞浓度增加。因此要提高人工血管移植后的内皮化程度，重点就是如何增加内皮祖细胞在外周血液中的数量和活性。新血管的通道可以通过持续分泌细胞在细胞外的血管移植物上的细胞外基质来再生，需要内皮祖细胞具有较好的血液相容性和优良的增殖能力。

2.3止血材料

淀粉类止血材料通过浓缩血液成分中血小板和凝血因子来增强凝血速度和凝血能从而发挥止血效应。与其他多糖类止血材料相比，淀粉来源于植物，避免了过敏及病毒传播的潜在危险，并且在体内能完全降解，因而受到了研究者的广泛关注。淀粉的止血形式主要分为止血粉末、止血海绵以及止血凝胶等，止血伤口和止血机制的不同则会导致止血形式的不同。通过与羧甲基淀粉商用止血粉比较，分析和评估止血粉末的微观结构、化学性质和止血性能结果显示由羧甲基淀粉和钙制成止血粉（OOZFIXTM）的生物解速度很快，止血率显著提高。通过体外凝血时间、小鼠尾截肢模型和肝损伤模型实验，结果发现氨基酸改性多孔淀粉TAMPS可以通过快速流体吸收和高红细胞聚集能力来促进凝血，是一种安全无毒、具有完美血液相容性的快速和多目标止血材料。通过大鼠股动脉损伤模型进一步评价具有凝胶点粘弹性行为的淀粉基粘性水凝胶GPAH的创面封闭和止血性能，结果表明了GPAH具有较高的组织黏附性、适宜的粘弹性、较强的抗菌能力和导电性。

结束语

因为要满足不同的临床需求和监管法规，除了生产工艺的进步性和实效性之外，还要额外考虑产品的可靠性和安全性等指标，通过隐性体现的方式将专利技术纳入技术标准是目前最普遍适用的方式。企业如果能成功地主导技术标准的制定，或有机会借助标准对技术的放大作用，牵引整个行业的发展，从而进一步增强企业的市场地位和竞争优势。

参考文献：

[1]熊威，唐睿康，马为民，等.仿生无机纳米材料改造生物体的研究进展[J].无机化学学报，2019，35（1）：1-24.

[2]夏克尔·赛塔尔，李超婧，邹婷，等.人工血管的发展现状及趋势展望[J].产业用纺织品，2019，37（3）：1-5.

[3]胡星友，毛迎，关国平，等.涤纶经编小口径人工血管的制备工序对其生物相容性的影响[J].产业用纺织品，2018，36（5）：17-23.

（作者单位：天津市塑料研究所有限公司）