关于生物材料的论文

现代生物技术与艺术的结合与应用现代生物技术，也称生物工程。书面上的解释是这样的：在分子生物学基础上建立的创建新的生物类型或新生物机能的实用技术，是现代生物科学和工程技术相结合的产物。随着基因组计划的成功，在系统生物学的基础上发展了合成生物学与系统生物工程学，开发生物资源，涉及农业生物技术、环境生物技术、工业生物技术、医药生物技术与海洋生物技术，乃至空间生物技术等领域，将在21世纪开发细胞制药厂、细胞计算机、生物太阳能技术等发挥关键作用。艺术，是一种文化现象，是被创造出来的。是人们为了更好地满足自己对主观缺憾的慰藉需求和情感器官的行为需求而创造出的一种文化现象。大多为满足主观与情感的需求，亦是日常生活进行娱乐的特殊方式。其根本在于不断创造新兴之美，借此宣泄内心的欲望与情绪，属浓缩化和夸张化的生活。文字、绘画、雕塑、建筑、音乐、舞蹈、戏剧、电影等任何可以表达美的行为或事物，皆属艺术。以前，如果让我看到这两种概念。断然不会将它们联系起来，一个是科学技术方面的学科，一个是文化欣赏方面的学科，起初看起来确实没有什么很大的关联。不过我选了这门课以后发现，其实，事物之间都有一定的联系，看似不相干的事物联系起来往往会有更多意想不到的效果。对于这个结论，我有以下的一些看法。首先，现代生物技术在某一种角度来看也是一种艺术，一项关于生物技术的艺术，它的基础单位就是细胞，是一切生命现象的基础表达，现代生物技术通过对细胞、基因、组织、器官……的加工改造，来获得人类所需产品的技术。就像是生物学中所说的人类对自然界的要求：认识——利用——再造——改造——创造。在我看来，这一点就和艺术设计有着异曲同工之妙，都是一种结合各种智慧和方法创造的过程。它们的不同就在于，现代生物技术是对人类社会生存环境与条件的创造，应该归为对物质的创造，是物质生活的艺术；而艺术设计是对抽象的美的诠释，主要侧重于创造更加美好的精神世界，应该归为对精神的创造，是人们精神文明生活的艺术。它们当然可以结合起来，现代生物技术的重要性就在于，它有助于解决全球的重大难题：资源（能源）、人口、粮食、生态环境、健康与疾病和战争与灾害。技术的进步和发展会为我们保留一个更加美丽的地球，而良好的自然环境也是艺术创作的基本前提，艺术离不开生活，它虽然高于生活，但毕竟来源于生活。在生物技术的推动下，人类社会会慢慢进入一个新的阶段、新的时期，也将出现一个更加和谐、文明的社会形态，物质决定意识，而意识反作用于物质，社会的进步想当然也会带来思想的革命，促使更多的新创意、新设计来满足人们日益提高的生活品质。 其次，在人类文明开始的同时，艺术创作就没有停止过，到如今尚还保存完好的艺术品，包括书籍、名人真迹、画作、瓷器、书法、摄影照片等等不计其数，而这些记录人类文明的艺术瑰宝现在正面临着严重的环境考验，真菌的侵蚀是最大的威胁，许多珍贵艺术品都是由帆布、木材、纸或皮革制成。在温暖潮湿环境下，它们会发霉、吸引微生物和昆虫，导致腐败或分解。如何保护古人留给我们的珍贵文物，是摆在各国文物专家面前的难题。艺术宝藏受到气候变暖的威胁，腐烂速度正在加快。据报道，2007年2月9日至12日，专家们在委内瑞拉首都加拉加斯举行会议，讨论保护艺术品的新办法，如怎样隔离微生物，怎样清除艺术品上的真菌等。拉美和加勒比海地区生物工艺学项目带头人乔斯•路易斯•瑞麦兹表示：“艺术品的材料常常受到虫子的青睐，而气候变暖会增加真菌类和微生物的数量。”瑞麦兹认为：“生物方法较之物理或化学方法要温和。”而现代生物技术对艺术品的保护也已经有了很多成功的例子：传说中，黄帝的妻子嫘祖发明“养蚕取丝”，开启了中国丝绸数千年的历史。考古学家在1998年河南荥阳青台遗址的一次考古中，证实了中国丝绸的历史至少有5500年。但历经千年仍很鲜艳的丝绸，往往在出土后不久便变得黯然失色、脆弱易碎。现在，中国专家用微生物材料保护出土的古代丝绸，使其不但保持形态，而且色泽鲜艳如新。现在，我国保存完好的战国时代丝织品大多发现于湖南、湖北地区，其中最著名的是在湖北江陵古城发现的马山一号楚墓。该墓出土的丝绸数量之大、保存之完整，令世人惊叹不已。现代技术的应用，解决了这些战国丝绸的修复难题。湖北的文物保护专家首创的微生物保护法，将微生物渗透到丝绸内部，修复受损纤维素，或生成纤维素填充本已疏松的文物内部，起到加固定型作用。经过这些程序，出土丝绸的拉力强度由零增加到每平方米52克，可以折叠、卷曲、拿取而不会受到损伤。这些织造于公元前3世纪的丝织精品，目前均保存于湖北省荆州地区博物馆中。国家“十五”攻关课题组专家还采用多种不同类型的微生物材料，经过多年大量复杂的实验，已取得“遗址中高含水木构件脱水定型的微生物方法”，和“无强度丝绸的微生物加固方法”两项重大成果，成为文物保护领域具有重大意义的突破。艺术创作在不断地发展，但前人留下的伟大文明不能弃之不顾，否则我们现在的创造也会在不久的将来慢慢被时间摧毁，腐烂继而消失不见。现代生物技术的发展给我们带来了巨大的帮助，利用微生物的修复方法是现今保护艺术品、保护人类文明最安全、最科学、破坏性最小的方法。那么，从这个角度来看，现代生物技术与艺术创作的联系是密不可分的，只有靠先进的生物技术的支持，艺术才能长期的被保留下来，以继续供人们欣赏和思考。最后，在环境艺术设计的领域，现代生物技术也将会发挥它极大的、重要的作用。环境艺术设计是关于室内外空间的设计艺术，是对人类生活环境的创造和美化。前面我已经提过，生物技术有助于解决人类的生态环境问题。现代社会的生活模式对自然地破坏很严重，人们建造房子、装修家居的很多方法和利用到的很多材料都是既对自然有害也不利于人们健康生活的。而随着现代生物技术的飞速发展，我相信，终有一天，这些问题都会迎刃而解，并且那一天很快就会到来。这样一来，我们将现代生物技术与艺术设计有效地结合起来，并加以利用和发展，人类社会必将变得更加美好和谐！

生物材料学作为生命科学和材料科学的前沿性交叉学科，更是优先发展的重点。生物功能材料专业正是根据社会发展的需要，特别是生物医学工程、组织工程和药物释放等交叉学科技术的迅速发展对专业人才的迫切需求而设立的 。生物医用材料的分类生物材料应用广泛，品种很多，有不同的分类方法。通常是按材料属性分为：合成高分子材料（聚氨醋、聚醋、聚乳酸、聚乙醇酸、乳酸乙醇酸共聚物及其他医用合成塑料和橡胶等）、天然高分子材料（如胶原、丝蛋白、纤维素、壳聚糖等）、金属与合金材料（如钦金属及其合金等）、无机材料（生物活性陶瓷，羟基磷灰石等）、复合材料（碳纤维/聚合物、玻璃纤维/聚合物等）。根据材料的用途，这些材料又可以分为生物惰性（bioinert）、生物活性（bioactive）或生物降解（biodegradable）材料。这些材料通过长期植入、短期植入、表面修复分别用于硬组织和软组织修复与替换。生物医用材料由于直接用于人体或与人体健康密切相关，对其使用有严格要求。首先，生物医用材料应具有良好的血液相容性和组织相容性。其次，要求耐生物老化。即对长期植入的材料，其生物稳定性要好；对于暂时植入的材料，耍求在确定时间内降解为可被人体吸收或代谢的无毒单体或片断。还要求物理和力学性质稳定、易于加工成型、价格适当。便于消毒灭茵、无毒无热源、不致癌不致畸也是必须考虑的。对于不同用途的材料，其要求各有侧重。 常用的医学生物材料 一、医用硅橡胶 医用硅橡胶(silicone rubber)是美容外科中应用较广的生物材料(组织代用品).它是高分子有机化合物聚硅酮的一种橡胶样固体形态,又称二甲基硅氧烷。 二、人工骨 随着生物医学和材料的发展,各种人工制备的生物材料植入骨内替代骨移植,临床应用效果好.这些人工合成或提取的植入材料生物相容性好,对骨形成具有明显的诱导作用,被泛称为人工骨(artificial bone)。 一般而言，临床医学对生物医学材料有以下基本的要求：无毒性，不致癌，不致畸，不引起人体细胞的突变和组织细胞的反应；与人体组织相容性好，不引起中毒、溶血凝血、发热和过敏等现象；化学性质稳定，抗体液、血液及酶的作用；具有与天然组织相适应的物理机械特性；针对不同的使用目的具有特定的功能。物质属性分类根据物质属性，生物医学材料大致可以分为以下几种： 1、生物医学金属材料（biomedical metallic materials）医用金属材料是作为生物医学材料的金属或合金，具有很高的机械强度和抗疲劳特性，是临床应用最广泛的承力植入材料，主要有钻合金（co-cr-ni）、钛合金（ti-6a1-4v）和不锈钢的人工关节和人工骨。镍钛形状记忆合金具有形状记忆的智能特性，能够用于矫形外科、心血管外科。 2、生物医学高分子材料（biomedical polymer）生物医学高分子材料有天然的和合成的两种，发展得最快的是合成高分子医用材料。通过分子设计，可以获得很多具有良好物理机械性和生物相容性的生物材料。其中软性材料常用来作为人体软组织如血管、食道和指关节等的代用品；合成的硬材料可以用来作人工硬脑膜、笼架球形的人工心脏瓣膜的球形阀等；液态的合成材料如室温硫化硅橡胶可以用来作注入式组织修补材料。 3、生物医学无机非金属材料或生物陶瓷（biomedical ceramics）生物陶瓷这类医用材料化学性质稳定，具有良好的生物相容性。生物陶瓷主要包括两类。（1）惰性生物陶瓷（如氧化铝、医用碳素材料等）。这类材料具有较高的强度，耐磨性能良好，分子中的键力较强。（2）生物活性陶瓷（如羟基磷灰石和生物活性玻璃等），这类材料具有能在生理环境中逐步降解和吸收，或与生物机体形成稳定的化学键结合的特性，因而具有极为广阔的发展前景。 4、生物医学复合材料（biomedical composites）生物医学复合材料是由两种或两种以上不同材料复合而成的生物医学材料，主要用于修复或替换人体组织、器官或增进其功能以及人工器官的制造。其中钻合金和聚乙烯组织的假体常用作关节材料；碳-钛合成材料是临床应用良好的人工股骨头；高分子材料与生物高分子（如酶、抗源、抗体和激素等）结合可以作为生物传感器。 5、生物医学衍生材料（biomedical derived materials）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，经过处理的生物衍生材料是无生物活力的材料，但是由于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。编辑本段应用广泛，增长迅速生物医学材料应用广泛，仅高分子材料，全世界在医学上应用的就有90多个品种、1800余种制品，西方国家在医学上消耗的高分子材料每年以10%～20%的速度增长。随着现代科学技术的发展尤其是生物技术的重大突破，生物材料的应用将更加广泛。表1列举了生物医用材料的一些典型应用，其应用之广泛可见一斑。编辑本段生物医学材料发展的主要动力生物医学材料得以迅猛发展的主要动力来自人口老龄化、中青年创伤的增多、疑难疾病患者的增加和高新技术的发展。人口老龄化进程的加速和人类对健康与长寿的追求，激发了对生物材料的需求。作为世界人口最多的国家，中国已进入老龄化国家行列，生物材料的市场潜力将更加巨大。 生活节奏的加快、活动空间的扩展和饮食结构的变化等因素，使创伤成为一个严重的社会问题。我国创伤住院年增长率达，高居住院人数第2位。美国1998年用于骨骼-肌肉系统损伤患者的治疗费高达1280亿美元，仅骨缺损患者就达123万，其中80%需用生物医学材料治疗。在全球，心脑血管疾病、各种癌症、艾滋病、糖尿病、老年痴呆症等发病率逐年增加，急需用于诊断、治疗和修复的生物材料。 随着生物技术的发展，不同学科的科学家进行了广泛合作，从而使制造具有完全生物功能的人工器官展示出美好的前景。人体组织和器宫的修复，将从简单的利用器械机械固定发展到再生和重建有生命的人体组织和器宫；从短寿命的组织和器官的修复发展至永久性的修复和替换。这一医学革命（特别是外科学），对生命利学和材料等相关学科的发展提出了诸多需求，对生物医学材料的发展产生了重要的促进作用。发展我国生物医学材料的建议生物医用材料学生物医用材料是材料科学与工程的重要分支，其最大特点是学科交叉广泛、应用潜力巨大、挑战性强。随着新材料、新技术、新应用的不断涌现，吸引了许多科学家投人这一领域的研究，成为当今材料学研究最活跃的领域之一。在我国，生物医学材料的研究虽然取得一些令人瞩目的成果，但整体水平不高，跟踪研究多，源头创新少。在产业化方面，生物医学材料及其制品占世界市场的份额不足2%，主要依靠进口，产品技术结构和水平基本上处于初级阶段。结合我国国情和学科发展趋势，按照"有所为，有所不为，重点突破"的原则，我们建议，应在五个方面开展重点研究。 一是生物结构和生物功能的设计和构建原理研究。着重研究具有诱导组织再生的骨、软骨及肌腱等基底材料和框架结构的设计及其仿生装配； 二是表面/界面过程-材料与机体之间的相互作用机制研究。从细胞和分子水平深入研究材料与特定细胞、组织之间的表面/界面作用，揭示影响生物相容性的因素及本质。 三是生物导向性及生物活性物质的控释机理研究。研究可自控或靶向释放蛋白、基因等特异性生物活性物质的材料的设计以及生物导向性原理；用于组织细胞和基因治疗的半渗透聚合物膜的设计、自装配及特异性细胞密封技术； 四是生物降解/吸收的调控机制研究。研究生物降解/吸收材料的分子结构和生物环境对其降解的影响、降解/吸收速度的调控、降解/吸收及代谢机制，以及降解产物对机体的影响。其目标是为组织工程化人工器官生物材料及药物控释材料的自成、改性方法提供理论基础，实现材料参与生命过程和构建生命组织的目的。 五是材料的制备方法学和质量控制体系研究。主要研究生物医用材料及修复体的计算机辅助设计； 通过上述研究的开展，将使我国生物材料的研究水平有较大提高，为我国生物医用材料科学及其产业的发展奠定坚实的基础。编辑本段意义生物医用材料为挽救生命和提高人民健康水平做出了重大贡献，当前正面临重大突破。我国加入 WTO后，生物医用材料产业将面临更大的挑战和更多的机遇，生物材料科学工作者任重而道远。我们相信，在国家的大力支持下，跨部门、跨学科通力合作，通过走自力更生与技术引进相结合的发展之路，在生物材料组织工程化、分子设计、仿生模拟、智能化药物控释等方面重点投人，生物医用材料必将为全面提高人们的生活水乎，造福人类做出更大的贡献。