生物材料研究思路及方法论文

“人类应该学会如何从生物界学习，而不是单纯知道关于生物界的故事。生物模拟学给我们提供了获取自然界灵感的机会，接触这些自然界的精灵，不只是让灵感围绕在我们身边” 从地球上有了人类之初，人类就与生物界成为不可分割的连体婴儿。地球上多姿多彩的各种生物，一直与我们共同呼吸。过去，许多人认为人类和生物界是相分离的，人类是人类，生物界是生物界，同时认为，人类去研究生物界是为了保护它们，为了更多地知道它们曾经的故事。随着时代的变迁、环境的变化，人类逐渐发现，生物界能够教给我们很多东西，仅仅认识这些生灵是不够的，与它们共处一室，不仅是为了研究，而是要从它们那里学到东西，以能够应用到人类的生活中。于是“生物模拟学”诞生了，这是一门依靠自然界汲取灵感、从而发明创新的学科，在这门学科里有一个永恒的老师——自然界。 Janine Benyus，澳大利亚生物模拟机构主席，在她著作的7本书中，有一本名为“Biomimicry：Innovation Inspired by Nature”，第一次为“生物模拟学”准确定义，成为世界上第一位给出“生物模拟学”概念的自然科学家，同时她也肩负着各大企业创新顾问的角色。与她共事的企业，从IT界、消费品行业到重工业行业，五花八门。但他们的目的只有一个，如何从各种生物那里获得创新的灵感，为自己的企业打开新的思路。 “许多人习惯性地站在外部的角度来审读生物界，我不同意这样的做法。在我看来，每个人都是生物学上的有机体，没有区别。”Janine Benyus对英文的“Nature”一词做了解释，她反复强调，自己所指的这个“生物界”是个广泛的概念，与其他生物相比，人类不过是更优雅地生活在这个星球上罢了。 细菌通过自我重建的方法，在38亿年前让地球上有了生命。而人类，不过是各种细菌慢慢变成生物演化而来，在以后的几亿年里，不断创造奇迹。“其实，当我看到科学技术迅速发展的今天，总忍不住去想，什么样的科技才能够适应今天变化的社会？或者说，什么样的产品和制造过程是有适应力的？99%的生物濒临绝种，因为它们给自己制造的产品或者制造过程不是最适合的。” 不过，生态环境的不断恶化，促使企业在创造各种社会价值的同时，又多了一个新的角色：超越现有的商业规则，引领未来的绿色、节能的经济发展趋势。许多科学家也为这个问题绞尽脑汁，诸如帮助企业改进自身社区的生态环境、加强环境监控，而这一切在Janine Benyus看来，这种“表面功夫”无法根除企业在创造价值的同时带来的弊端，对企业而言也是在不断地增加成本。她认为，生物界有无穷的奥秘可以让大家探索，并带给人们惊喜，“当我看到动物们如何适应它们的家园时，我就想我们中间的领导者是怎么诞生的？” 作为一名技术人员，要抛弃过去“加热、击打和处理”的常规工艺过程，转而钻研在生物界里什么样的作品重要而持久。例如，陶瓷工艺制造业要模仿鲍鱼壳自我重组的能力，能够自我修复；观察壁虎的脚如何爬墙不掉时，给粘连剂的制作带来启发；计算机芯片从植物结晶的原理上找到灵感等等。更重要的是，这诸多的“发明”逐渐给环境和企业的生产工艺带来变化。1998年，她重建了“生物模拟研究协会”，同时提供了适宜企业借鉴的生物模拟学原理。犀牛角可以自我修复，虽然这个修复的过程并没有完全研究透彻，但它却好比一个福音，督促每个企业去观察自己的内部结构，明白当外界环境更改时，自己的内部有哪些节点是可以活动的，可以利用这些节点的活动，快速更改自身，适应新的变化。 在她看来，一个懂得合理环保、可持续发展的企业，就像一个企业中强有力的领导者，必然成功。在生物材料领域，人们总是想尽办法寻找高价值的材料。比如医学界，医药制品公司研制了蚌类黏合剂，用来连接受伤的关节或其他外科手术，但价格十分昂贵。后来，利用模拟仿生技术，制造出非天然的蚌类黏合剂，现在，这种黏合剂就像组合板一样普遍如果越来越多的企业能够接受这个观点，并把它带入未来的生产中，我们将看到商业领域革命性的变化。更多高效能的产品却更便宜，使用更少的能源；设计人员和工程师们将更多地学习生物模拟方法论，并让它转化为自己日常工作的工具之一。当他们遇到头痛的难题时，会对自己提个问题，“自然界会怎样解决这个问题？”于是，更多的好产品会层出不穷，甚至我们都无法想象。 的确有诸多跨国企业已经领先介入了这个领域，GE就是个好例子。我与他们的设计师一起工作，一个绿色的创新计划正在研发。这需要比较大的投入，在2010年前会投入15亿美元用来研究环境改造技术，如风力涡轮机、混合型内燃机车、太阳功率、低耗能飞机发动机等。 沃尔玛也是个典型。2005年，沃尔玛宣布了三个环境保护的目标：“百分百供应可再生能源；创造‘零’废品；售卖的商品是对我们的能源和环境有益的。”并承诺在接下来的十年，只售卖可再生能源，并让他们的卡车调度实现双倍燃料节能。紧接着，沃尔玛要求放弃供应塑料购物袋，改为生产环保购物袋，并要求在全球70个国家的连锁店也这样做。

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。

SCI论文的思路创新如何习得？如今SCI论文已成为国内毕业考核、升学和晋升的重要考核内容，因此，如何撰写一篇质量较好的SCI论文是每位学者需要掌握的技巧，SCI论文较一般论文的难点在于创新和思路，创新一词犹如空间楼阁，如何让每个研究者都有“创新”的能力。进而写好一篇SCI论文？想要获得开阔的思路和创新的论文内容可以从以下两个方面入手。第一，如果你在某一领域研究了很长时间，并且有了更为深入的研究成果，并且很少有学者在这一细分领域取得研究成果，那么这一研究方向便可以称得上为创新，但是这种创新的前提是你在该领域研究了很长时间，并且有利相当的研究基础。第二，二次创新。二次创新的意思是在前人的研究成果之上，运用其研究方法和研究方向进行选题和研究。比如，有一篇论文研究的是因素A对于小麦抗逆性的影响，那么你可以在此基础上研究因素A对其它农作物的影响，比如水稻、高粱等，按照相同的模型或者加以改进，对不同的研究内容进行研究，得出自己的结论和成果，也可称其为创新，但是需要注意的是在数据方面需要做到真实可靠。在实证部分结束后，需要根据上文的数据进行结果讨论，可以参考以下部分。第一步，在结论部分，应将所有的实验结果整理为图表的形式，更易于读者理解，同时挖掘图表中的信息，这是可以尝试和导师或者同事来讨论这张图表，因为不同的人对于图表都会有不同的解读。第二步，分析完图标后，得出实验结果的核心论点，并且要保证论点具有创新性，至少是读者未曾独到过的观点，然后从实验中找出可以验证图表的关键论据。第三步，是结论的讨论部分。讨论部分的写作逻辑可以是递进式，也可以是并列式，在讨论部分应进行分段，并且每个段落有一个明确的主题，应说明以下内容：第一，你的研究可以说明什么问题？有什么研究意义？第二，你的研究成果与其它类似研究的结果有什么异同？第三，如果你的研究内容有十分新颖的部分，用过去的理论难以解释，那么，你可以提出自己的假设并对其进行解释和验证，但是一定要做到逻辑自洽。并且在讨论部分应阐明研究的主要成果。资料来源：中国论文网