生物医学高分子材料

生物医学高分子材料（精选十篇）

生物医学高分子材料 篇1

1 高分子材料在医疗器械中的应用

人体的健康长寿越来越依赖于医学材料和医疗器械的发展, 没有它们的诊断和治疗将是不可想象的。而能被应用到医疗器械中的高分子材料需要满足几个条件:1) 在化学上是不活泼的, 不会与血液或体液发生反应;2) 长期植入体内也会保持它原来的拉伸强度和所具有的机械性能;3) 具有良好的血液相容性和组织相容性;4) 无毒性, 不会产生遗传毒性和致癌等病变。而能相符于这些的高分子材料主要有:硅橡胶、聚氯乙烯、聚氨酯弹性体、聚四氟乙烯等。这些高分子材料主要应用于植入体内的各种器官和体外辅助性治疗的各种器械。

硅橡胶因其具有优异的耐热性和耐氧化性, 故可以长期埋于人体内, 包括脑积水引流装置, 人工肺、心脏、角膜以及牙齿印膜等各种人体器官。而且还可以应用在整容和修复等方面, 可以看出硅橡胶为人体的健康和长寿做出了巨大的贡献。聚氯乙烯 (PVC) 也是常用的高分子材料, 由于其价格比较便宜, 透明度、柔软度好, 所以受到了很大的欢迎, 且它可以被制成一次性的输液 (血) 器具、导液管、体外循环管路以及各种医用导管等, 因此应用方面很广阔。聚氨酯弹性体也是一种应用广泛的高分子材料, 它从上世纪50年代就已经开始使用, 直到今天它已经在医学领域获得了很大的成功。它可以制成人工心脏壳体, 人工心脏瓣膜, 血液供氧装置的包装材料等。更为神奇的是一种具有记忆功能的聚氨酯, 其被称为室温形状记忆性聚氨酯, 工作原理是利用硬段和软段二相间的玻璃化温度的差别来实现记忆功能。它可以被应用于制作各种矫形、保形用品, 如:牙科矫形器、肾科矫形器、绷带等, 其可以先做成希望的形状, 在使用时再加热使其恢复原状, 从而达到预期的效果。由此可知生命健康以及医学治疗已经离不开高分子材料, 其在医学领域扮演了其他材料所无法代替的角色。

2 高分子材料在药物中的应用

随着人民生活水平的提高, 大家对与健康息息相关的医药品也投入了极大的关注, 寻找高效、稳定、毒副作用小的药品已成为大家关注的焦点。故为了满足现代药物制剂技术的发展要求, 各种高分子材料都被应用到其中, 无论是高分子材料药物、药用制剂还是包装用高分子材料甚至是高分子材料被用作缓释药物的载体, 这都与高分子材料息息相关。

高分子材料所制成的药物简称高分子药物, 其主要包括带有高分子链的药物和具有药理活性的高分子。作为高分子药物其必须满足几个条件, 如:本身无毒且在体内不会产生变异、进入血液不会引起血栓、具有水溶性且能有效达到患病处、进入体内高分子链必须降解以被吸收或排出体外。与低分子药物相比, 高分子药物有以下几个优点:1) 高分子材料几乎无副作用, 可以缓释药物的浓度, 不至于引起中毒或过敏, 同时它在生物体的新陈代谢慢, 能够起到很好的疗效;2) 高分子药物对进入体内的指定部位有选择性, 药量很少但效果很好。故高分子药物具有很好的市场前景, 对于治疗一些心血管疾病和癌症更是体现了它的优越性和无法替代性。如:临床上用于治疗动脉粥样硬化及肝硬化引起的瘙痒症的降胆敏, 其属于强碱性阴离子交换树脂型高分子药物, 其他同样具有很好药理活性的高分子药物还有多胺类、聚氨基酸类聚合物抗癌剂, 顺丁烯二酸酐共聚物抗病毒药物等等。

高分子材料制成的药物制剂主要包括液状制剂中的高分子增稠剂、稀释剂、分散剂, 固体制剂中的高分子粘合剂、胞衣剂、膏剂、涂膜剂和微胶囊等。如羧甲基纤维素钠是纤维素分子的羟基被羧甲基部分取代后的产物, 因其具有强亲水性, 故水溶液具有粘性, 且较少受PH和无机盐的影响, 所以在缓释制剂中常用作药物膜剂材料和缓释骨架片等;以壳聚糖和海藻酸钠为原料制成的微胶囊, 通过调节其浓度和PH值以达到良好的缓释性能, 可以延长有效成分的作用时间, 减少食用次数和减轻副作用等。而包装材料是指药物在制备过程中所需要的高分子材料, 一般有软、硬两种类型, 它可以提高药效、方便药物能更好的起作用, 其并不涉及外包装材料。如羟丙甲基纤维素邻苯而甲酸酯 (HPM-CP) 是典型的对于胃酸不稳定的包衣材料, 包衣后制剂由于 (HPM-CP) 的包合, 避免药物在胃液中分解, 在肠液中制剂再释放被人体所吸收, 这就大大的提高了药物的疗效。

3 发展前景

尽管我国在高分子材料的应用上起步较早, 但是与发达国家相比, 我国医学使用高分子材料的应用研究还有待于提高。目前研究的领域主要是由高分子材料制成的医疗器械以及高分子材料被用作药物载体、缓释制剂等。随着生物医学技术和高分子材料学科的发展, 制备仿生和智能化的高分子材料医用器械, 是增进人体健康、延长寿命重要举措, 因此具有很大的发展前景。而另一方面利用高分子材料独特的优异性, 制备具有无副作用、无毒性、剂量小、疗效高、价格便宜的高分子药物将会有巨大的发展前景, 因此我们应该加快推进其研究。

摘要：高分子材料在医学方面的应用早在几千年前就开始了, 因其独特的化学性能和机械性能等, 在医疗器械方面主要被应用于植入体内的各种器官和体外辅助性治疗, 扮演了其他材料所无法代替的角色。同时, 高分子材料还被广泛应用于药物、药用制剂和高分子材料包装等方面, 随着生物医学技术和高分子材料学科的发展, 高分子材料在药物方面的应用将会有重大的发展前景。

关键词：高分子材料,医学方面,应用

参考文献

[1]章俊, 胡兴斌, 李雄.生物医用高分子材料在医疗中的应用.医学技术, 2008.

[2]吴建伟.药用高分子材料的制备方法及应用.河北化工, 2010.

[3]陈慧云, 王建华, 徐世荣, 王琦.高分子材料纤维素醚类衍生物在缓释制剂辅料中的应用.材料导报, 2005.

生物高分子材料全解 篇2

院系：化学工程学院

学号：120207127

姓名：周敏雅

日期：2015-12-29

天然橡胶

一、天然橡胶简介

天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，分子式是（C5H8）n，其成分中91%～94%是橡胶烃（聚异戊二烯），其余为蛋白质、脂肪酸、灰分、糖类等非橡胶物质。天然橡胶是应用最广的通用橡胶。通常我们所说的天然橡胶，是指从巴西橡胶树上采集的天然胶乳，经过凝固、干燥等加工工序而制成的弹性固状物。天然橡胶是一种以聚异戊二烯为主要成分的天然高分子化合物，其橡胶烃（聚异戊二烯）含量在90%以上，还含有少量的蛋白质、脂肪酸、糖分及灰分等。

二、天然橡胶的成分

世界上约有2000种不同的植物可生产类似天然橡胶的聚合物，已从其中500种中得到了不同种类的橡胶，但真正有实用价值的是巴西三叶橡胶树。橡胶树的表面被割开时，树皮内的乳管被割断，胶乳从树上流出。从橡胶树上采集的乳胶，经过稀释后加酸凝固、洗涤，然后压片、干燥、打包，即制得市售的天然橡胶。天然橡胶根据不同的制胶方法可制成烟片、风干胶片、绉片、技术分级干胶和浓缩胶乳等。

标准橡胶或颗粒胶，是20世纪60年代发展起来的天然橡胶新品种。以前，通用的烟片、绉片、风干片这几种传统产品不论在分级方法、制造方法上都是束缚着天然橡胶的发展。因此，马来西亚于1965年开始实行标准橡胶计划，在使用生胶理化性能分级的基础上发展了颗粒橡胶的生产。标准橡胶是指按机械杂质、塑性保持率、塑性初值、氮含量、挥发分含量、灰分含量、颜色指数等理化性能指标进行分级的橡胶。标准橡胶包装也比较先进，一般用聚乙烯薄膜包装，并有鲜明的标识，包的重量较小，易于搬动。马来西亚包装重为33.3kg，我国规定为40kg。

标准胶的分级较为科学，所以这种分级方法很快为各主要天然橡胶生产国以及国际标准化机构所接受，并先后制定了标准胶的分级标准。这些标准大体相同，但又不完全一致。

三、物理性质

一般为片状固体，相对密度0.94，折射率1.522，弹性膜量2～4MPa，130～140℃时软化，150～160℃粘软，200℃时开始降解。常温下有较高弹性，略有塑性，低温时结晶硬化。有较好的耐碱性，但不耐强酸。不溶于水、低级酮和醇类，在非极性溶剂如三氯甲烷、四氯化碳等中能溶胀。天然橡胶在常温下具有较高的弹性，稍带塑性，具有非常好的机械强度，滞后损失小，在多次变形时生热低，因此其耐屈挠性也很好，并且因为是非极性橡胶，所以电绝缘性能良好。

四、化学性质

因为有不饱和双键，所以天然橡胶是一种化学反应能力较强的物质，光、热、臭氧、辐射、屈挠变形和铜、锰等金属都能促进橡胶的老化，不耐老化是天然橡胶的致命弱点，但是，添加了防老剂的天然橡胶，有时在阳光下曝晒两个月依然看不出多大变化，在仓库内贮存三年后仍可以照常使用。天然橡胶的耐介质特性。天然橡胶有较好的耐碱性能，但不耐浓强酸。由于天然橡胶是非极性橡胶，只能耐一些极性溶剂，而在非极性溶剂中则溶胀，因此，其耐油性和耐溶剂性很差，一般说来，烃、卤代烃、二硫化碳、醚、高级酮和高级脂肪酸对天然橡胶均有溶解作用，但其溶解度则受塑炼程度的影响，而低级酮、低级酯及醇类对天然橡胶则是非溶剂。

五、天然橡胶的微观结构

天然橡胶的结构主要是大分子的链结构，分子量及其分布和聚集态结构，天然橡胶的大分子链结构单元是异戊二烯，大分子链主要是由聚异烯构成的，橡胶中含量占百分之九十七以上，其分子链上有醛基，每条大分子链上平均有一个，正是醛基在发生缩合或与蛋白质分解产物发生反应形成支化，交联，使得橡胶贮存中粘度增加，天然橡胶大分子链上还有环氧基的，比较活跃。

天然胶的大分子末端推断一般为二甲基烯丙基，另一端为焦磷酸酯基，端基，分子链的醛基以及聚合的元素都很少，在天然橡胶的分子量及其分布方面，其分子量的范围较宽，据国外报道，绝大多数分子量在三万个左右，天然的生胶，混炼胶，硫化胶的强度都比较高，一般，天然橡胶强度可达三兆帕。

天然橡胶的机械强度高主要原因在于它是自补强橡胶系列，当拉伸时会使大分子链沿应力方向取向形成结晶，晶粒分无定形大分子中起到了补强作用，未进行扩张的强度同样高的原因为其内部结构中微小粒子的紧密凝集而致。

六、天然橡胶的分类

天然橡胶按形态可以分为两大类：固体天然橡胶（胶片与颗粒胶）和浓缩胶乳。在日常使用中，固体天然橡胶占了绝大部分的比例。胶片按制造工艺和外形的不同，可分为烟片胶、风干胶片、白皱片、褐皱片等。烟片胶是天然橡胶中最具代表性的品种，一直是用量大、应用广的一个胶种，烟片胶一般按外形来分级，分为特级、一级、二级、三级、四级、五级等共六级，达不到五级的则列为等外胶。

颗粒胶（即标准胶）是按国际上统一的理化效能、指标来分级的，这些理化性能包括杂质含量、塑性初值、塑性保持率、氮含量、挥发物含量、灰分含量及色泽指数等七项，其中以杂质含量为主导性指标，依杂质之多少分为5L、5、10、20及50等共五个级别。

七、天然橡胶的主要用途

由于天然橡胶具有上述一系列物理化学特性，尤其是其优良的回弹性、绝缘性、隔水性及可塑性等特性，并且，经过适当处理后还具有耐油、耐酸、耐碱、耐热、耐寒、耐压、耐磨等宝贵性质，所以，具有广泛用途。例如日常生活中使用的雨鞋、暖水袋、松紧带；医疗卫生行业所用的外科医生手套、输血管；交通运输上使用的各种轮胎；工业上使用的传送带、运输带、耐酸和耐碱手套；农业上使用的排灌胶管、氨水袋；气象测量用的探空气球；科学试验用的密封、防震设备；国防上使用的飞机、坦克、大炮、防毒面具；甚至连火箭、人造地球卫星和宇宙飞船等高精尖科学技术产品都离不开天然橡胶。

八、总结

橡胶材料因其具有高弹性、耐磨性、绝缘性、质轻和加工方便等优点，被广泛用于交通、机械、电子、国防和国民经济的其它领域。随着社会进步和科学技术的发展，人们对橡胶各项性能指标的要求也越来越高。在已有材料基础上，经过适当处理来提升橡胶的各项性能指标是较为合理的方法之一。基于此思想，本论文主要从两方面开展了研究工作。一是针对天然橡胶用补强填料炭黑与白炭黑的表面能高，与橡胶的相容性差，在混炼过程中很难均匀分散于橡胶基体中，从而导致填料对天然橡胶的补强作用有限的问题，采用表面接枝对炭黑与白炭黑进行表面改性处理，改善其在橡胶基体中的分散及与橡胶基体的相容性。研究了接枝改性前后的补强填料对橡胶材料整体性能的影响，主要分三个部分进行了研究。(1)炭黑表面改性及其在天然橡胶中的补强效应研究。针对炭黑表面含氧官能团少，直接进行表面改性效果较差的问题，通过液相氧化增加炭黑表面含氧官能团后，再与聚乙二醇400进行接枝反应，并研究了不同条件对炭黑表面接枝改性的影响。在炭黑表面引入长链有机基团，从而降低了炭黑表面内聚能，增加了炭黑表面空间位阻。将接枝改性炭黑应用于补强天然橡胶，并与未改性炭黑进行比较的结果表明：接枝改性炭黑加入有利于提升天然橡胶的综合性能。(2)白炭黑表面改性及其在天然橡胶中的补强效应研究。针对白炭黑表面硅羟基较多，改性反应较易进行的特点，通过在混炼阶段直接加入改性剂对白炭黑进行固相原位接枝改性，研究了不同改性条件对白炭黑原位接枝改性的影响。将原位接枝改性白炭黑应用于补强天然橡胶，并与未改性白炭黑进行比较的结果表明：原位接枝改性白炭黑加入有利于提升天然橡胶的综合性能。针对改性的影响条件较多的问题，对各种改性条件进行了正交试验，极差分析的结果与单因素分析结果一致。最佳改性条件为：改性剂选用Si-69，最佳用量为8份，分散剂B-52用量为2份，热处理温度为120℃，热处理时间为8min。(3)对炭黑、白炭黑填充天然橡胶进行了应变软化和Payne效应研究。研究了炭黑、白炭黑补强天然橡胶的应变软化和补强机理。结果表明：在低填料填充量时，应变软化机理主要为分子链脱落与滑移；而在高填料填充量时，应变软化机理中聚集体破裂机理开始占主要因素。二是针对炭黑改性虽对天然橡胶的强度、耐磨性等性能提升较大，但对天然橡胶的屈挠性能提升不够；白炭黑改性虽对天然橡胶的屈挠性能提升较大，但对天然橡胶的补强较弱的问题，通过在天然橡胶中并用部分反式天然橡胶、炭黑与白炭黑并用填充等手段来提升胶料的综合性能。研究了不同TPI并用量、不同硫化条件和不同炭黑与白炭黑并用比对胶料综合性能的影响。并将综合性能较好的配方用于弹性球铰的制备，研究了填料原位接枝改性、TPI与NR并用等方法对胶料应用性能的影响。研究结果表明：填充原位接枝改性的炭黑与白炭黑并用，天然橡胶中并用10份TPI的橡胶球铰径向静刚度、轴向静刚度和疲劳寿命都得到了提升。

参考文献： ①《Properties of NR Coagulated by Microorganisms》2012年 张兆龙 邓维用

②《Thermal Degradation of Natural Rubber Coagulated by Microorganisms》 2010年

③《Properties of natural rubber/cis-1,4-polybutadiene rubber blends reinforced by epoxy resin》2012年 叶林忠

④《粉末天然橡胶制备的影响因素分析》 2011年 艾纯金

⑤《天然橡胶胶清化学成分的研究》2013年 汤丽昌

⑥《天然橡胶表面处理的研究进展》 2011年 牛慧军

⑦《天然橡胶注射成型工艺的研究》2011年 魏荣梅

⑧《硫酸处理对天然橡胶界面粘结性能的影响》2011年 牛慧军

生物医学高分子材料 篇3

[关键词]医学生物化学；分子生物学；教学效果；策略

研究生物体内的化学分子以及相关化学反应的学科就是生物化学，旨在通过对其分子水平的分析，探索生命现象的本质。随着该学科外延的不断发展，分子生物诞生，该学科将大分子，例如蛋白质与核酸等的结构、主要功能、基因构成、水平表达以及调节控制等作为主要研究对象。由此可知，生物化学和分子生物学在研究内容和形式中均具有密切关联，在医学的教学中属于基础性学科，在推动临床医学的发展方面意义重大。目前，化学生物和分子生物技术迅速发展，为了适应时代发展对教学提出的要求，提高其教学效果势在必行。下面，我们针对生物化学与分子生物学教学中存在的问题，结合实践，提出了几点针对性策略。

一、 积极调整和优化教学内容和方式

在我国科学技术进步的推动下，生物化学和分子生物的研究方式也在不断改进，相关知识的更新速度较快。为了满足时代发展的需求，相应的教学内容也应该进行调整和优化。目前，生物化学和分子生物教学使用的最新教材包含了更多的内容，但是教学时间有限，在有限的时间内很难全部顾及，所以需要教师合理安排课时。例如，《聚糖的结构和功能》和《组学与医学》等内容可以作為自学内容，在讲解《酶》这一知识时，可以将《维生素与无机盐》融入其中，还可以将《DNA损伤和修复》和《DNA的生物合成》放入同一课时内讲解；《真核基因与基因组》和《常用分子生物学技术的原理及其应用》等知识只需介绍基本概念和原理即可。

这样对教材的内容进行调整和优化，在突出教学重点的同时，还融入了新的前沿知识，学生的接受度更高。而且，这样的调整有助于全面掌握教材内容，紧扣教学大纲，将教学中的重点和难点作为课堂教学的中心。另外，对教学内容和方式进行调整，可以根据学时的安排设计教案，选择合适的内容和顺序完成教学。通过总结，对相关知识进行横向和纵向比较，帮助学生准确理解概念，巩固对重点知识的记忆，调动他们的学习兴趣，将抽象的知识实现具体化转变，帮助学生理解。例如，在讲解生物遗传中心理论之后，可以通过列表的方式，对复制、扭转录、转录和翻译等知识点的异同点进行比较，这样便于学生寻找其中的规律，掌握重点知识。

二、加强实验室的实践教学

生物化学与分子生物的教学中，实践教学占有相当大的比重。在传统的医学实验课中，大部分都是重复进行简单的实验，旨在培养学生的基本操作技能，但是这种实验教学方式不利于培养其综合能力。为了适应时代对医学人才培养的新要求，我们需要对生物医学实验课程的教学进行改革和探索。①实施以病例为基础的综合性实验教学。这种教学方式就是指，以某些疾病的病例为中心，对教学内容进行组合，将和病例相关的生化内容融合成一个连续性的实验。在具体的教学中，教师应该坚持将学生作为中心，然后通过辅助性的课堂讨论，让他们掌握系统知识，有助于培养其综合能力。②开放实验室，让学生有更多的时间去熟悉常用的医学仪器，在反复练习的过程中掌握其工作原理和使用方法，加强课堂理论教学和实践之间的练习，这样有助于提高学生的动手操作能力。③实施小组讨论和自学相结合的教学方式。这种教学方式坚持以问题为导向，学生为中心，教师为引导，已经在医学专业生物医学的实验教学中被广泛应用，有助于为医学人才的培养奠定良好的基础。

三、实现基础和临床的相互融合

在传统的医学生物化学与分子生物学的教学中，课程知识的完整性和系统性是教师教学的重点，这种教学方式最大的问题就是，基础和临床，理论和实践严重脱节。不管任何学科知识的学习，其主要目的就是运用知识来解决问题。所以在讲解医学生物化学与分子生物的基础知识时，应该适当地融入一些临床内容，通过临床内容引导出需要掌握的相关基础知识，将基础教学的理论学习和临床实践结合起来，这样有助于充分调动学生的积极性，从而提高学习的效率。很多临床疾病都和生化反应具有密切联系，例如，胰腺炎的发生和酶原在胰腺中的异常激活具有密切联系，通过这一知识点，学生更容易理解和记忆酶原激活的概念和生理意义。

除了上述3种方法之外，要提高医学生物化学与分子生物学的教学效果，还可以改革教学方式，尝试多种教学方式，加强综合运用等。总之，在生物化学与分子生物迅速发展的当今时代，要提高教学效果，我们必须不断加深教学改革，进一步提高教学质量，这样才能满足医学人才培养的时代要求。

参考文献：

[1]余果宇，冯维杨，李树德. 提高生物化学与分子生物学教学质量的思考[J]. 基础医学教育，2011，12（02）：136-138.

[2]卢小玲，刘小宇，张建鹏，等. 转化医学与生物化学与分子生物学教学改革[J]. 西北医学教育，2014，23（03）：546-548.

[3]李嘉欣，姜树源，苏燕. 《医学生物化学与分子生物学实验技术》课程的教学改革与教学体会[J]. 当代医学，2014，15（10）：162-163.

生物医学高分子材料 篇4

关键词：生物化学与分子生物学,转化医学,教学改革

转化医学是近年来国际医学健康领域出现的新概念, 它已经成为现代医学研究的重要分支, 目的是将基础科研成果快速转向临床应用, 使得基础研究与临床医学紧密结合。1992年, 《科学》杂志首次提出“从实验室到病床 (Bench to Beside, 简称B2B) ”的概念［１］。1996年, 著名医学杂志Lancet杂志第一次出现了“转化医学”这一新名词［２］。转化医学在医学研究中的作用日益重要, 其精确定义和内涵也在不断发展完善。

转化医学走的是“来自临床, 服务临床”之路, 如何将基础研究与临床医学相结合是重点。对于医学院校的本科生来讲, 更是需要时时灌输, 将这种思想贯穿于整个基础医学教育的方方面面。本文根据医学生物化学与分子生物学与转化医学的密切联系, 结合其教学的要求和实践, 探讨了转化医学对医学生物化学与分子生物学教学的启示。

1 医学生物化学与分子生物学与转化医学的联系

生物化学与分子生物学是生命科学的基础, 是在分子水平探讨生命的本质, 主要包括研究生物体的分子结构与功能、物质代谢与调节, 以基因信息传递为中心的现代分子生物学知识。生物化学与分子生物学是目前自然科学中进展最迅速、最具活力的前沿领域。而医学生物化学与分子生物学是临床医学的基础课, 其研究内容在传统生物化学与分子生物学课程的基础上, 又与临床实践相结合。例如, 将人体正常的生理生化特征与病理情况下的生理生化特征进行比较, 利用分子生物学的一些手段对现代临床中的一些分子标志物等进行基础方面的研究。因此, 学好医学生物化学与分子生物学对今后学习临床课程具有重要意义, 同时对转化医学的发展亦有促进作用。

医学生物化学与分子生物学是基础医学与临床医学的桥梁。作为基因组学与蛋白质组学时代发展产物的转化医学, 研究内容的中心环节之一是生物标志物的研究, 它涉及到分子标志物的鉴定和作用;基于分子分型的个体化治疗;疾病治疗反应和预后的评估与预测［３］。而以上这一切均与医学生物化学与分子生物学等基础学科密切相关。转化医学的主要任务是架起基础科研工作者跟临床医师的桥梁, 使得基础科学的成果能解决临床问题, 临床中遇到的困难, 能够及时反馈给基础研究者, 引导研究方向, 为临床服务, 最终使患者受益［４］。其两者都是桥梁学科, 与多学科密切联系, 特别是与临床知识密切相关。这就要求医学生物化学与分子生物学工作者教学与研究必须以转化医学的理念为指导, 从而适应转化型医学人才培养的要求。

2 转化医学给医学生物化学与分子生物学教学的几点启示

医学生物化学与分子生物学是基础医学与临床医学的桥梁。那么在生物化学与分子生物学教学过程中如何贯彻转化医学的精神呢?下面作者浅析其所在校生物化学与分子生物学的教学改革。

2.1 采用以病例为导向的教学法进行授课

医学生物化学与分子生物学是一门重要的医学基础课, 其理论与临床医学关系密切。该课程中概念、原理多, 逻辑性强, 使学生在学习过程中感到内容抽象、枯燥、不易理解, 从而降低了学生学习的兴趣。在传统的教学中, 教师当主角, 一味的讲授知识, 而学生当配角, 一味的被动接收信息, 这种“一言堂”的教学模式阻碍了学生思维的扩展。将转化医学理念引入课程建设中, 就要求教师在讲好基础理论知识的同时, 更要注重联系实际, 激发学生的思维, 将重要的知识点与临床知识进行合理连接, 让学生早期接触临床, 将理论与实践有机结合起来。

比如, 物质代谢与调节是医学生物化学与分子生物学的重要组成部分, 此部分可充分与临床知识相结合。又例如, 可将人体发生异常物质代谢后引起的疾病, 如糖尿病、高脂血症、动脉粥样硬化、巨幼红细胞贫血、痛风症等引入课程中, 又如在讲血浆脂蛋白代谢时, 可以列举临床上常见的高脂血症。通过实际的病例, 相关的生化指标及电泳图谱让学生自行根据已学知识对高脂血症的分型、产生的原因及如何治疗等进行分析讨论。这样教学不仅使学生对所学理论知识得到巩固和深化, 而且可锻炼学生分析问题、解决实际问题的能力, 从而提高了学生的自信心和学习的积极性。

2.2 将转化医学概念与内容引入理论课教学中

根据自身医学院校的特点, 在医学生物化学与分子生物学的后期教学中, 增加临床生物化学部分内容, 引入转化医学概念, 在临床医学与基础医学间架起桥梁。例如在讲授分子医学专题篇的时候, 笔者将近年基础研究与临床研究中结合比较紧密的专题, 如肿瘤分子标志物、基因组学和蛋白质组学, 肿瘤和代谢病等生化机制及分子标志物等作为实例, 与现代分子生物学技术应用结合。以其所在教研室研究的如甲状腺癌及肿瘤的代谢组学, 以及烟雾病的代谢组学筛选标志物的研究作为实例, 从基础研究的角度来说明标志物筛选的研究思路及方法, 同时也请临床相关科室对该方面从临床角度说明标志物对临床疾病诊断的重要性, 以及临床学科需要基础研究亟待解决的相关问题, 通过类似的教学说明基础研究与临床的相互转化, 让临床学生深刻体会到转化医学的真正含义。

2.3 实验教学增加自主综合设计分子生物学实验

基本和常用的分子生物学实验已经成为临床医学基础研究的必须手段。为了更好的培养转化医学形式下的临床本科生, 则需要将基本的分子生物学实验相互组合, 提高临床本科生的实验思路和实际动手能力, 更好的将基础实验与临床知识相联系。作者所在校将分子生物学实验分成两大部分, 一部分为基础的分子生物学实验, 如质粒的抽提、PCR酶切、重组质粒转化等, 另一部分为扩展性实验, 即自主综合设计实验。

教员布置相关课题“肿瘤坏死因子-α (TNF) 克隆、表达与鉴定”。学员分组后, 自己查阅文献, 设计实验流程及应用到的相关技术手段, 再根据实验室情况自主准备相关实验所需物品, 进行相关实验, 实验后, 自主评价实验结果, 分析得失。在整个设计性实验过程中, 学生处于自主学习状态, 学习目的非常明确, 学生的创造性思维比较活跃, 有利于创新人才的培养。此种设计性教学方式极大地调动了学生的科研兴趣和学习的主动性, 实验课效率大大提高。通过这样的自主实验设计, 一方面使得学生将第一部分的基础分子生物学实验融会贯通, 提高了学生的学习主动性, 另一方面使得临床专业本科生对基础科研的研究思路有所了解, 培养转化医学的意识, 为转化医学大背景下从“实验室到病床”提供了研究思路和手段。

转化医学实际上更强调的是理念的转变, 在医学发展中转化医学必将扮演重要的角色。在对未来医学院校学生的培养中, 更应时刻给他们灌输转化医学的理论, 在基础医学课程的教学中, 更应时刻体现。强化转化医学理念, 加强多学科协作, 培养有交叉学科背景的创新人才, 充分利用各种教学手段, 积极探索, 提高学生的综合素质和教师的综合教学能力, 从而为学生临床学习和工作奠定夯实的基础。

参考文献

[1]Choi DW.Bench to bedside:the glutamate connection[JJ.Science, 1992, 258 (5080) :241-243.

[2]Geraghty J.Adenomatous polyposis coli and translational medicine[J].Lancet, 1996, 348 (9025) :422.

[3]闫华.医学科教新任务——促进转化医学[J].中华医学科研管理杂志, 2010, 23:225-228.

生物医学高分子材料 篇5

摘要：随着人民生活水平的提高，人们对于医疗保健方面的要求也越来越强，使得对于生物医用材料的要求也越苛刻。本文详细阐述了生物医用功能高分子材料近年来的应用研究及发展状况，综述了国内外生物医用高分子材料的分类、特性及研究成果，展望了未来的生物医用高分子材料的发展趋势。并评述了医用高分子材料在人工脏器、药剂及医疗器械方面的应用介绍了我国近年来的研究情况和存在的问题。

关键词：高分子材料；发展趋势；综述

1.概述

高分子材料和加工技术的发展, 使得人工合成材料在医学上的应用, 变得越来越广泛。数十年的医学发展和临床应用, 证明医用高分子材料在人体内外, 获得了成功的应用, 而医学的进步, 又给高分子材料提出了大量新的课题, 使其向“精细化” , “功能化” 的方向发展, 赋予了高分子材料以新的生命力。

生物医用高分子材料指用于生理系统疾病的诊断、治疗、修复或替换生物体组织或器官，增进或恢复其功能的高分子材料。研究领域涉及材料学、化学、医学、生命科学。在功能高分子材料领域，生物医用高分子材料可谓异军突起，目前已成为发展最快的一个重要分支。生物医用功能高分子材料中有的可以全部植人体内，有的也可以部分植入体内而部分暴露在体外，或置于体外而通过某种方式作用于体内组织。随着现代生物工程技术的高度发展，又使得利用生物体合成生物材料成为可能。此类材料由于具有良好的生物相容性和生物降解性备受世人瞩目。

2生物医用功能高分子材料分类

生物医用高分子材料分合成和天然两大类，下面我们就分别对这两种材料进行详细的论述。2.1天然生物材料

天然生物材料是指从自然界现有的动、植物体中提取的天然活性高分子，如从各种甲壳类、昆虫类动物体中提取的甲壳质壳聚糖纤维，从海藻植物中提取的海藻酸盐，从桑蚕体内分泌的蚕丝经再生制得的丝素纤维与丝素膜，以及由牛屈肌腱重新组构而成的骨胶原纤维等。这些纤维由于他们来自生物体内且都具有很高的生物功能和很好的生物适应性，在保护伤口、加速创面愈方面具有强大的优势，已引起国内外医务界广泛的关注。自然界广泛存在的天然生物材料仍有着人工材料无可比拟的优越性能。例如：迄今为止再高明的材料学家也做不出具有高强度和高韧性的动物牙釉质，海洋生物能长出色彩斑斓、坚阊义不被海水腐蚀的贝壳等等。甲壳素又称几丁质（chitin），广泛存在于虾、蟹等甲壳动物及昆虫、藻类和细菌中，是世界上仅次于纤维素的第二大类天然高分子化合物。它是一种惰性多糖，用浓碱脱去乙酰基可转变成聚壳糖（chintosan）。甲壳素、聚壳糖及其衍生物具有良好的生物相容性和生物降解性。降解产物带有一定正电荷，能从血液中分离出血小板因子，增加血清中H-6水平，促进血小板聚集或凝血素系统，作为止血剂有促进伤口愈合，抑制伤口愈合中纤维增生，并促进组织生长的功能，对烧、烫伤有独特疗效。比如家蚕丝脱胶后可得到纯丝素蛋白成分，丝素蛋白是一种优质的生物医学材料，具有无毒、无刺激性、良好的血液相容性和组织相容性。根据研究报道，由于天然高分子医用材料的独特临床效果，它的应用前景相当广阔。2.2合成生物材料

由于天然材料的有限，人们需要大量的生物材料来维持他们的健康。合成高分子材料因与人体器官组织的天然高分子有着极其相似的化学结构和物理性能，因而可以植入人体，部分或全部取代有关器官。因此，在现代医学领域得到了最为广泛的应用，成为现代医学的重要支柱材料。与天然生物材料相比，合成高分子材料具有优异的生物相容性，不会因与体液接触而产生排斥和致癌作用，在人体环境中的老化不明显。通过选用不同成分聚合物和添加剂，改变表面活性状态等方法可进一步改善其抗血栓性和耐久性，从而获得高度可靠和适当有机物功能响应的生物合成高分子材料。目前，使用于人体植入产品的高分子合成材料包括聚酰胺、环氧树脂、聚乙烯、聚乙烯醇、聚乳酸、聚甲醛、聚甲基丙烯酸甲酯、聚四氟乙烯、聚醋酸乙烯酯、硅橡胶和硅凝胶等。应用场合涉及组织粘合、手术缝线、眼科材料(人工玻璃体、人工角膜和人工晶状体等)、软组织植入物(人工心脏、人工肾、人工肝等)和人工管形器(人工器官、食道)等。

合成医用高分子材料发展的第一阶段始于1937年，其特点是所用高分子材料都是已有的现成材料，如用丙烯酸甲酯制造义齿的牙床。第二阶段始于1953年，其标志是医用级有机硅橡胶的出现，随后又发展了聚羟基乙酸酯缝合线以及四种聚(醚一氨)酯心血管材料，从此进入了以分子工程研究为基础的发展时期。目前的研究焦点已经从寻找替代生物组织的合成材料转向研究一类具有主动诱导、激发人体组织器官再生修复的新材料，这标志着生物医用高分子材料的发展进入了第三个阶段，其特点是这种材料一般由活体组织和人工材料有机结合而成，在分子设计上以促进周围组织细胞生长为预想功能，其关键在于诱使配合基和组织细胞表面的特殊位点发生作用以提高组织细胞的分裂和生长速度。3.生物医用高分子材料的特性要求

医用高分子材料，是指在医学上使用的高分子材料。其对于挽救生命．救治伤残．提高人类生活质量等方面具有重要意义。能被用于医疗领域作为医用材料就必须有着它独特的性质，性能要求也必须十分苛刻。通过归纳，应当符合以下要求：（1）生物相容性。生物相容性是描述生物医用材料与生物体相互作用情况的。是作为医用材料必不可少的条件．包括血液相容性，组织相容性，生物降解吸收性。（1）生物功能性。生物功能性是指生物材料具有在其植入位置上行使功能所要求的物理和化学性质．具体有：可检查．诊断疾病；可辅助治疗疾病；可满足脏器对维持或延长生命功能的性能要求；可改变药物吸收途径：控制药物释放速度、部位．满足疾病治疗要求的功能等。（3）无毒性。无毒性即化学惰性。此外，还应具备耐生物化．物理和力学稳定性。易加工成型，材料易得、价格适当．便于消毒灭菌；以及还要防止在医用高分子材料生产。加工过程中引入对人体有害的物质。（4）可加工性：能够成型、消毒(紫外灭菌、高压煮沸、环氧乙烷气体消毒、酒精消毒)等。正因为对于生物医用高分子材料的要求严格，相关的研发周期一般较长，需要经过体外实验、动物实验、临床实验等不同阶段的试验，材料市场化需要经国家药品和医疗器械检验部门的批准，且报批程序复杂、费用高。所以生物材料的研发成本高、风险大。这也是目前生物材料的市场价格居高不下的一个重要原因。4.生物医用高分子材料的应用

根据不同的角度、目的甚至习惯，医用高分子材料应用有不同的分类方法，尚无统一标准。主要在人造器官、人造组织、以及其它的一些高分子药剂等。4.1人造器官

（1）人工肾：四十年前荷兰医生用赛璐洛玻璃纸作为透析膜, 成功地滤除了患者血液中的毒素。目前人工肾以中空丝型最为先进, 其材质有醋酸纤维, 赛璐洛和聚乙烯醇。其中以赛璐路居多, 占98%, 它是一种亲水性的、气体和水都能通过的材料, 同时要求有很好的选择过滤性, 病人的血液从人工肾里流过由它们所构成的中空丝膜, 就可将尿素、尿酸,Ca2+等物质通过, 并留在人工肾里继而排出, 而人体所需的营养、蛋白质却被挡住,留在血液里返回人

体, 从而对血液起到过滤作用, 目前中空纤维膜已在西德的恩卡公司、日本旭化成和夕沙毛公司研究成功, 并用于工业化生产。（2）人工肺：人工肺并不是对于人体肺的完全替代，而是体外执行血液氧交换功能的一种装置，目前以膜式人工肺最为适合生理要求,它是以疏水性硅橡胶, 聚四氟乙烯等高分子材料制成。(3)人工心脏：1982年美国犹他大学医疗中心, 成功地为61岁的牙科医生克拉克换上了Jarvak一7型人工心脏, 打破了人造心脏持久的世界纪录, 美国人工心脏专家考尔夫博士指出闭,人工心脏研制成功与否取决于找到合适的弹性体, 作为人工心脏主体心泵的高分子材料,现在所用的材料主要为硅橡胶。（4）其它，如人工心脏瓣膜、心脏起搏器电极的高分子包覆层、人工血管、人工喉、人工气管、人工食管、人工膀胱等。4.2人造组织

指用于口腔科、五官科、骨科、创伤外科和整型外科等的材料，包括：(1)牙科材料：主要采用聚甲基丙烯酸甲酯系、聚砜和硅橡胶等，如蛀牙填补用树脂、假牙和人工牙根、人工齿冠材料和硅橡胶牙托软衬垫等；(2)眼科材料：这类材料特别要求具有优良的光学性质、良好的润湿性和透氧性、生物惰性和一定的力学性能，主要制品有人工角膜(PTFE、PMMA)、人工晶状体(硅油、透明质酸水溶液)、人工玻璃体、人工眼球、人工视网膜、人工泪道、隐型眼镜(PMMA、PHEMA、PVA)等；；(3)骨科材料：人工关节、人工骨、接骨材料(如骨钉)等，原材料主要有高密度聚乙烯、高模量的芳香族聚酰胺、聚乳酸、碳纤维及其复合材料；(4)肌肉与韧带材料：人工肌肉、人工韧带等，原材料有PET、PP、PTFE、碳纤维等；(5)皮肤科材料：人工皮肤，含层压型人工皮肤、甲壳素人工皮肤、胶原质人工皮肤、组织膨胀器。4.3药用高分子

(1)高分子缓释药物载体：药物的缓释是近年来人们研究的热点。目前的部分药物尤其是抗癌药物和抗心血管病类药物(如强心苷)具有极高的生物毒性而较少有生物选择性，通常利用生物吸收性材料作为药物载体，将药物活性分子投施到人体内以扩散、渗透等方式实现缓慢释放。通过对药物医疗剂量的有效控制，能够降低药物的毒副作用，减少抗药性，提高药物的靶向输送，减少给药次数，减轻患者的痛苦，并且节省财力、人力、物力。目前存在时间控制缓释体系(如“新康泰克”等，理想情形为零级释放)、部位控制缓释体系(脉冲释放方 式)。近年来研究较多的是利用聚合物的相变温度依赖性(如智能型凝胶)，在病人发烧时按需释放药物，还有利用敏感性化学物质引致聚合物相变或构象改变来释放药物的物质响应型释放体系。(2)高分子药物(带有高分子链的药物和具有药理活性的高分子)：如抗癌高分子药物(非靶向、靶向)、用于心血管疾病的高分子药物(治疗动脉硬化、抗血栓、凝血)、抗菌和抗病毒高分子药物(抗菌、抗病毒、抗支原体感染)、抗辐射高分子药物、高分子止血剂等。将低分子药物与高分子链结合的方法有吸附、共聚、嵌段和接枝等。第一个实现高分子化的药物是青霉素(1 962年)，所用载体为聚乙烯胺，以后又有许多的抗生素、心血管药和酶抑制剂等实现了高分子化。天然药理活性高分子有激素、肝素、葡萄糖、酶制剂等。5.国内外研究进展

近年来，美国、欧洲和日本对生物医用高分子材料的研究与开发突飞猛进，从人工器官到高效缓释高分子药物都取得了很多成果和巨大效益。据美国健康工业制造者协会资料报告，1995年世界市场达1200亿美元，美国为510亿美元，预计在21世纪将成为国民经济的支柱产业。现在美国商业化的生物技术是以医药品为主的。加拿大的生物技术的优势领域在医疗器材和制药业。在欧洲，英国的生物技术市场达到36亿欧洲货币单位。德国1997年投入生物技术研究与开发的总经费大约为33亿马克。生物技术是日本21世纪创新产业的主要技术领域之一。在“生物技术立国”的口号下，日本政府5年内投资2万亿日元，其中生物降解材料和药物生产商业化是其重点支持的领域。韩国制定了《韩国生物技术2000纲要》，在实施纲要的14年期间，政府和企业将投资200亿美元。

我国生物医学高分子研究起步较晚。自20世纪70年代末起，北京大学和南开大学从事这一领域的研究。“九五”期间由何炳林与卓仁禧主持的国家自然科学基金重大项目组织大批科研力量进行研究，在此领域取得了显著成绩。1998年“生物医学高分子”项目获教育部科技进步一等奖。我国现有医用高分子材料60多种，制品达400余种。早在1999年6月，科技部生物领域专家组就在南京和上海召开了“生物芯片技术”和“组织工程技术”研讨会，会议决定启动这2个研究项目H⋯，并作为该领域的重点课题。东南大学、清华大学、华中农业大学、上海第二医科大学、第一军医大学和华东理工大学等单位承担了这些课题，其某些研究成果已见报道。此外，中科院化学所、天津大学、中国科技大学、浙江大学、四川大学、军事医学科学院等单位也分别在组织工程、药物控释等方面展开了研究工作，使我国医用高分子材料的研究呈现出欣欣向荣的景象。6.结语

医用高分子材料与医疗水平的进步密切相关，其用途十分广泛。现代医学给人类健康带来福音的同时，也对医用材料的开发提出了挑战。现阶段医用高分子材料的研制具有重要的科学意义和非常巨大的社会经济效益。因此，加速我国对新型医用高分子材料的研究与开发将是今后相关材料领域刻不容缓的艰巨任务。7.参考文献

生物医学高分子材料 篇6

1 生物医用高分子材料的生物相容性

1.1 血液相容性

血液相容性是指生物高分子材料表面抑制血管内血液形成血栓的能力, 降低或消除生物材料破坏血液中的红细胞而导致的溶血现象, 或因材料本身所致的血小板功能下降、白细胞暂时性减少和功能下降以及补体激活等血液生理功能的影响。此外, 有些材料会引起血浆蛋白变性, 影响血液中的酶活性, 改变血浆渗透压等也不容忽视[2]。然而, 生物高分子材料良好的血液相容性仍主要体现在抗凝血性方面。植入材料与血液接触后, 血液中的蛋白质和脂质吸附于材料表面, 然后这些分子发生构象变化, 致使血液成分发生相互作用, 诱发凝血因子活化的内源性凝血反应, 继而发生血小板、红血球等细胞成分附着于蛋白质表面, 粘着凝集的血小板发生变性将释放出第Ⅲ因子而促使凝血系统活化, 产生凝血反应, 进而形成血栓, 引起致命的后果。因此, 目前评价生物医用高分子材料血液相容性的主要原则是材料表面不引起血小板变形、不形成不可逆性血栓和不产生细菌黏附形成感染[3]。

1.2 组织相容性

高分子材料的组织相容性是通过体内种植的实验研究材料与生物活体组织及体液接触后, 是否引起细胞、组织的功能下降, 是否导致组织发生炎症、癌变及排异反应等, 是植入材料与机体血液之外其他组织的相互适应程度, 是植入材料能否长期存留体内并发挥功能的决定性因素。

生物医用高分子材料的组织相容性主要从植入材料对组织反应的影响来进行评价, 包括材料渗出的化学成分、高分子材料的生物降解、材料物理形态等因素对生物反应的影响, 高分子材料在体内的表面钙化, 高分子材料的致癌性等几个方面[4]。植入材料的用途、植入机体的差异以及移植位点等条件不同, 对材料组织相容性的要求也有一定的差异。良好组织相容性的生物医用高分子材料不仅要有足够的力学性能和良好的生物机械性能, 而且长期在机体内必须要求其溶出物和可渗出物含量低, 能引起的免疫反应较弱, 无明显毒性反应和炎症反应等[5], 对于生物可降解医用高分子材料而言, 后者显得尤为重要。

1.3 细胞相容性

生物医用高分子材料的细胞相容性主要是研究材料对细胞生长、附着、增殖和代谢方面的影响, 是评价高分子生物材料生物相容性的一项重要内容。而细胞毒性作用是考察材料细胞相容性的重要因素, 主要表现在植入材料对细胞增殖、细胞周期、细胞凋亡以及胞内蛋白表达等方面的影响[6]。因而, 从这些方面揭示植入材料对机体细胞的作用机制, 是目前成功构建具有优良细胞相容性生物医用高分子材料的关键。

在相应的生物材料介质中, 采用体外细胞培养法测定细胞活力和细胞增殖能力已成为检测目标材料细胞相容性的重要手段[7]。随着生物技术的发展, 人们可以从细胞形态学、细胞膜效应、细胞代谢活性以及细胞增殖率等多个方面建立起生物材料细胞相容性的评价方法[8]。借助现代分子生物学技术, 人们可以从分子水平上研究生物材料对细胞行为的影响, 进而阐明生物材料影响细胞的作用机制。

2 生物医用高分子材料表面改性技术

2.1 表面涂层技术

表面涂层技术是生物医用材料表面改性的一类常用技术, 主要通过在高分子材料表面增加抗凝血涂层, 钝化敏感的生物材料表面, 使血液不能直接与之接触, 从而有效提高材料的生物相容性。白蛋白不仅能减少血小板的黏附和聚集, 还可降低纤维蛋白原和血浆蛋白的吸附。因此, 预先在生物材料表面涂覆一层白蛋白或用白蛋白改性的物质成分可显著提高材料的抗凝血性能[9]。Aggarwal等[10]将纤维素预涂的支架浸入同位素ⅢIn标记的抗体溶液中, 使血小板膜糖蛋白Ⅱb/Ⅲa单克隆抗体被动吸附于直径3 mm、高12mm的支架上, 抗体的吸附量随溶液浓度增加和浸泡时间的延长而增加。该支架的洗脱动力学特征呈双指数模式, 即初期为快速洗脱相, 半衰期短, 之后支架上的蛋白质量以指数形式缓慢下降。14d后, 支架上蛋白质的留存量为初始量的40%。将该支架植入小鼠回肠球囊操作的动脉模型内, 发现与无蛋白质支架和同型不相关抗体蛋白 (anti-CMV) 支架相比, 血小板沉积率降低了50%以上, 明显抑制了血栓的形成。

表面涂层技术是将生物活性物质涂抹在高分子材料表面, 形成生物相容性涂层, 涂层与基底材料之间的粘附作用主要依赖氢键、范德华力等物理作用来维系, 这也导致涂层与基材表面的粘合力较弱, 涂层稳定性较差, 特别是一些易脱落、易变形的医疗器件, 会使涂层从基材表面脱落[11]。而一些涂层自身由生物降解性物质组成, 易为机体组织降解、吸收, 这些均会影响材料的稳定性和使用效果。尽管如此, 表面涂层技术以其设备简单、易于操作、均一性好等其他方法所不具备的特点和优势, 在生物材料表面改性过程中常被优先考虑[12]。

2.2 表面接枝改性技术

表面接枝改性是通过接枝亲水基团或疏水基团来改善血液相容性, 是提高生物材料抗凝血性的一条重要途径。这种方法构建的表层与基材结合牢固, 不易脱落, 从而保证了生物材料良好的稳定性。目前, 关于高分子生物材料表面接枝技术的研究主要集中在接枝方法和接枝表面的抗凝血性上, 前者是寻找材料表面产生接枝活性点的有效方法, 而后者主要是通过接枝单体的设计和选择来研究表面结构、性质的改变对抗凝血性的影响[13]。

“PEG+生物活性分子”是接枝改性的常用模式。先将PEG化学接枝到材料表面, 然后通过与PEG自由端基团的反应, 将另一生物活性物质或基团接枝到材料表面, 或直接将带有生物活性基团的PEG衍生物接枝到材料表面, 形成一种以PEG为间隔臂的生物活性表面层[14]。这种表面的血液相容性源于PEG亲水长链的钝化效应和生物活性分子的分子识别机制, 如PEG-肝素就是这类物质的典型代表。肝素接枝到人工材料表面, 一端与材料保持牢固的化学键合, 另一端则利用PEG的漂动性来保持可移动性和生物活性而发挥抗凝作用[15], 这使得材料表面血液相容性得到明显改善。刘建伟等[16]采用逐步偶合接枝方法, 先将聚乙二醇接枝在聚对苯二甲酸乙二醇酯表面, 然后在聚乙二醇末端通过化学偶合方法接枝抗凝血药物肝素。近年来, 基于仿细胞膜外层结构的2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酰胆碱 (2-methacryloyloxyethylphosphorylcholine, MPC) 及其共聚物在生物材料表面改性方面表现出良好的血液相容性和组织相容性[17], 已成为生物材料表面接枝单体研究的新热点。王康等[18]通过臭氧活化的方法在Dacron人工血管表面接枝MPC, 并证实了在Dacron人工血管补片表面接枝MPC的存在, 有效抑制了早期补片表面血栓形成, 抑制炎症细胞的浸润, 抑制纤维蛋白原的沉积, 使早期的新内膜增生减少, 较接枝前有更好的生物相容性。

表面接枝改性技术可通过选择不同的单体对同一高分子材料进行改性而使其表面具有截然不同的特性, 从而得到许多个性化的生物医用高分子材料[19]。另外, 这一技术与等离子体、高能辐射、紫外光照射、臭氧活化等方法相结合, 可建立起一系列富有成效的高分子材料表面改性技术。

2.3 等离子体表面改性技术

等离子体表面改性是通过处于亚稳态和激发态的原子、分子、离子、自由基等与材料表面发生反应来实现各种材料的表面改性。其作用机制大致包括:清除表面杂质, 表面刻蚀, 表面交联和形成具有新化学结构的表面等[20]。而低温等离子体技术在高分子材料的表面改性领域具有更为重要的意义。

等离子体技术用于生物医用高分子材料表面改性主要有等离子体处理、等离子聚合和等离子体表面接枝3种方法。在实际应用中因材料的性质和用途不同, 选择的方法也各有差异。张砚池等[21]利用低温等离子体接枝聚合法, 成功地在聚酯型聚氨酯脲 (PUU) 表面引入活性点, 引发丙烯酸表面接枝聚合, 经与过量双端基PEO反应, 在PUU表面引入PEO链, 并进一步在PUU表面固定了肝素, 很好地改善了PUU表面的血液相容性。张燕博等[22]分别用CO2、O2、NH3和SO2四种低温等离子体对聚氨酯膜进行改性, 改性后膜表面粗糙度增加, 并成功引入羟基 (-OH) 、羧基 (-COOH) 、氨基 (-NH2) 和磺酸基 (-SO3H) , 明显改善了聚氨酯表面的组织相容性。其中O2等离子体的改性效果最好, 可为构建组织工程化血管提供良好组织相容性的支架材料。谭帼馨等[23]利用紫外光自由基将具有活性羟基基团的甲基丙烯酸β-羟乙酯 (HEMA) 单体引入聚乙二醇双丙烯酸酯 (PEGDA) 基材, 得到聚乙二醇双丙烯酸酯 (PEGDA/HEMA) 共聚物水凝胶。然后通过低温等离子体对PEGDA/HEMA共聚物水凝胶进行表面修饰, 使得材料表面粗糙度增大、亲水性增强、表面能增加。经过细胞培养研究表明, 改性后的材料具有良好的细胞相容性, 促进了骨髓基质干细胞 (BMSc) 的黏附与增殖, 有望成为构建骨组织工程或体内修复骨缺损的基材。

近年来, 人们采用离子注入法对高分子材料表面进行改性, 使材料的生物相容性显著提高。该法在材料表面预定深度注入一定剂量的高能量离子, 使材料表层的化学成分、相结构和组织发生显著变化, 从而改变材料与生物体的相互作用行为[24], 已成为生物材料表面改性的一个新的研究领域。采用等离子体技术对聚合物材料表面进行改性, 既改善了特定环境下高分子材料的适用性能, 也拓宽了高分子材料的适用范围。此外, 该法操作简便, 单体选择范围大, 能赋予材料表面各种优异性能, 表面改性层厚度极薄 (从几纳米到数百纳米) , 可制得均匀、超薄、连续、无孔的高功能薄膜, 且膜与基体的黏着力强, 适用于各种载体的表面成膜[25]。等离子体表面改性技术的这些独特效果为高分子材料的表面改性提供了一条新途径。

2.4 光化学固定技术

光化学固定法是在紫外光或可见光 (200~800nm) 照射下, 带有双官能团 (热活性基团和光活性基团) 的光偶联剂将含生物活性成分的化合物分子偶联到材料表面。偶联途径有两种, 一是先将目标分子与光偶联剂进行化学反应, 生成有光活性基团的衍生物, 然后进行光化学反应使目标分子共价偶联到高分子材料表面。另外, 也可先用光偶联剂对材料表面进行光化学处理, 再通过光偶联剂与目标分子发生反应[26]。在生物医用高分子材料表面改性中, 前者一般更为常用。Mao等[27]利用水溶性丁酰壳聚糖的氨基与4-叠氮基苯甲酸 (4-azidobenzoic acid) 的羧基反应, 得到具有光学活性的壳聚糖衍生物。然后通过紫外光 (254nm) 辐照将其共价固定在聚丙烯、聚氯乙烯或尼龙表面。红外光谱 (ATR-FTIR) 和电子能谱 (ESCA) 均表明, 壳聚糖成功固定在材料表面, 且体外富血小板血浆接触实验显示, 改性材料可抗血小板吸附, 明显降低血栓形成。进一步研究表明, 壳聚糖通过芳香叠氮类光偶联剂使壳聚糖高分子链之间和基质材料之间发生交联, 在材料表面形成交联的壳聚糖衬层。

在生物医用高分子材料改性领域, 光化学固定法有着其他方法不具备的特点和优势。该法不影响材料的本体性质, 不需要复杂的仪器和苛刻的工艺条件, 操作简便, 反应迅速, 成本较低[28]。而且, 材料表面不需要反应性官能基团, 能使材料表面处于高度有序状态, 抗凝血性更显著。此法通用性较强, 在常规生物材料改性中应用广泛[29]。

2.5 表面仿生修饰技术

对生物医用高分子材料进行表面仿生化修饰, 使其不被机体视为异物是一种改善血液相容性的理想方法。该法是在材料表面固定生理活性物质 (如肝素、水蛭素、前列腺素等) 和溶解血栓的纤溶性活化酶 (尿激酶等) , 使表面具有生物活性, 减弱血液与材料表面的相互作用, 从而提高抗凝血性[30]。

表面肝素化是目前应用最为广泛的仿生化方法。肝素是一种具有抗凝血作用的天然凝血抑制剂, 具有较强的阴离子特性, 可与带阳离子表面的高分子材料相结合制成肝素化的生物材料, 与血液接触时通过持续释放肝素而达到抗凝血作用[31]。Lee H等[32]采用多巴胺作为粘合剂将肝素接枝到聚氨酯 (PU) 膜表面, 改性后PU表面的肝素性质稳定, 密度较高, 分布均匀, 大大降低了血小板的吸附和血栓的形成, 呈现出良好的抗凝血性能。血红细胞膜内表面会引起血栓的形成, 而外表面则不会, 这是由于膜外表面主要由卵磷脂构成。因此, 表面磷酸化也是一种有效的表面仿生化方法。Konno等[33]利用2-甲基丙烯酰氧乙基磷酸胆碱和甲基丙烯酸共聚物侧链上的羧基修饰芳香叠氮基团, “掩蔽曝光”进行特定位点接枝。与表面未改性的区域相比, 改性区域明显抑制了蛋白吸附和血小板粘附。尿激酶是一种溶栓作用的蛋白质, 是血纤维蛋白溶酶原活化剂。将尿激酶固定在生物医用高分子生物材料表面可显著改善材料的抗凝血性, 但材料表面的尿激酶只能溶解已形成的血栓, 不能抑制血栓的形成, 故此法只能用作短期装置[34], 如临床上的淋巴导出线、血管缝合线等。其它一些生物活性材料, 如壳聚糖、胶原、赖氨酸等, 也可用于聚氨酯材料的表面功能化改性。水溶性壳聚糖在聚氨酯表面嫁接后有效减少了血浆蛋白的吸附, 使聚氨酯材料的血液相容性得到较大的改善, 同时保持了良好的生物相容性[35]。胶原富含羟基脯氨酸, 能与水形成独特的相互作用, 同样具有良好的血液相容性[36]。

表面内皮化是改善材料血液相容性的理想途径之一, 但是内皮细胞在材料表面粘附的牢固程度和增殖速度一直不能令人满意。为了促进内皮细胞在人工血管表面的粘附和生长, 人们设想在材料表面营造类似体内细胞的外基质环境, 使材料表面更接近细胞生长的生理条件[37]。另外有人提出, 通过共价键结合作用可将内皮细胞固定在材料表面, 然后再在其上种植和培养内皮细胞, 可以使细胞组织在材料表面牢固地附着和稳定地生长[38]。

3 结语

良好的生物相容性是生物医用高分子材料的最终目标, 优化改善生物相容性已成为完善和拓宽高分子材料在生物医用领域应用的核心问题。而材料表面改性技术则是改善和优化高分子材料生物相容性的关键环节, 已日益受到专家学者的高度重视。

生物高分子材料血液相容性研究 篇7

生物高分子材料与机体接触,除要求具有相应的医用功能外,还必须具备良好的血液相容性,避免凝血、血栓形成及溶血等不良反应。本文介绍了机体的凝血机理及改善生物高分子材料血液相容性的方法。

1 材料表面凝血机理

一般认为机体内存在凝血及抗凝两个对立的系统。凝血系统主要包括凝血因子和血小板;抗凝血系统主要包括肝素、抗凝血酶以及溶纤系统。后来人们发现补体系统在凝血过程中也起到重要的作用[1]。

1.1 凝血及血栓形成机理

1964年Macfarlane等提出了凝血的经典瀑布学说,20世纪90年代Davies和Broze分别对该学说进行了修正,将凝血过程分为启动和放大两个阶段。启动阶段是通过组织因子(TF)起效的外源性途径产生少量凝血酶;放大阶段是利用启动阶段产生的凝血酶激活血小板和内源途径的凝血因子,从而产生凝血[2]。血栓是纤维蛋白和血液中某些有形成分发生交联,在血管内的沉着。当体内血栓与抗血栓两者形成机制的平衡被打破,产生血栓的因素增强或抗血栓机制减弱,血栓在体内形成[3]。

高分子材料进入体内与血液接触时被识别为异物,材料表面吸附血浆蛋白,首先形成蛋白吸附层,随后血小板在吸附层上粘附、聚集、活化,激活凝血系统,形成血栓。Sperling等[4]制备了一系列自组单分子层(SAMs)来探索血液-材料接触时最初的凝血反应,实验结果显示,材料和血液接触时会引起血小板粘附和凝血系统活化。血小板和凝血系统两者协同起效产生凝血,在设计血液相容性材料时应仔细考虑两者间的相互作用。

1.2 补体系统

补体系统是指由大约30种存在于血清、组织液中的蛋白质共同组成的反应系统,主要功能是清除外来物质,一般通过经典途径、旁路途径或凝集素途径被激活[5]。补体可以活化血小板、提高各类细胞中TF的表达、干预抗凝系统的抗凝机理,从而直接增强凝血性能,还能利用炎症反应间接产生凝血。

当心血管支架植入体内后,补体蛋白C3与支架材料共价键合并在材料表面沉积,活化后续的补体蛋白,释放血小板激活因子,使血小板粘附、聚集。同时,激活的补体蛋白附着在血小板上,加大血小板的释放和聚集,从而导致血栓形成[6]。

1.3 抗凝血系统

抗凝血系统主要包括肝素、抗凝血酶以及纤溶系统的酶等。抗凝血酶Ⅲ(ATⅢ)是机体内最重要的抗凝物,可以抑制凝血过程中丝氨酸蛋白酶的活性。当肝素与ATⅢ结合后,肝素起到辅助催化的作用,增强ATⅢ的抗凝活性[7]。徐红辉[8]利用肝素的抗凝抗血栓性能,在治疗中将依达拉奉与低分子肝素联合用药,对急性脑梗死有显著的疗效。

纤溶系统通过纤溶酶达到抗凝作用,纤溶酶催化水解纤维蛋白凝块成为可溶的小肽,使血栓溶解;同时还可以水解凝血酶和个别凝血因子,阻断凝血途径。但是纤溶活性过高会使患者有出血倾向,有学者认为是凝血系统的活化而导致的,具体活化过程还有待研究[9]。

另外,组织因子途径抑制物(TFPI)和蛋白C系统(PC)也有抗凝血功能。TFPI是外源性途径的主要抑制剂,通过灭活外源性凝血因子Xa起效,抑制TF凝血途径,但是高亲和性的TFPI在血液中含量很少,只能延缓凝血反应。PC系统活化后与凝血因子键合,阻止内源性Xa形成,还可以增强纤溶酶的活性。

2 高分子材料血液相容性的改善

当材料与血液接触,最先发生血浆蛋白的吸附,蛋白吸附层影响血小板的粘附和活化,使材料表面易产生凝血。为了改善高分子材料的血液相容性,需从材料表面与血浆蛋白的相互作用入手对材料进行修饰改性,主要途径包括设计微相分离结构、化合物接枝、引入生物活性物质、材料表面内皮化等。

2.1 设计微相分离结构

微相分离材料具有良好的抗凝血性,Nakajima曾提出覆盖控制假说来解释其抗凝血机理。当微相分离材料接触血液时,血浆蛋白根据亲水性不同,选择性地吸附到材料表面的不同微区,因而材料不被血小板识别为异物,阻止了血小板的粘附、聚集。

聚氨酯(PU)材料具有良好的微相分离结构,对纤维蛋白原有很低的吸附性。为进一步提高PU的生物相容性和化学稳定性,常将聚二甲基硅氧烷(PDMS)与PU制成共聚物。Majumdar等[10]合成PDMS-PU涂层,PDMS含量为10%(质量分数)的涂层表面有明显的微相分离结构,表现出良好的血液相容性。而PDMS含量为20%和30%(质量分数)的涂层表面非常光滑,因为PDMS表面能很低,容易在膜面富集,因此很难观察到微相分离结构。

有学者对上述问题进行了研究,利用两步溶液聚合法合成聚二甲基硅氧烷-4,4′-二苯基甲烷二异氰酸酯-聚乙二醇多嵌段共聚物(PDMS-MDI-PEG),用轻敲模式原子力显微镜(AFM)观察此共聚物膜面,结果显示当PDMS含量高于50%(质量分数)时,膜表面上仍存在清晰的纳米尺寸的微相分离结构[11]。

2.2 化合物接枝改性

由于蛋白质和材料表面间相互作用的多样性,可以采用多种方法来制备阻抗蛋白质吸附表面[12]。主要方法是在材料表面构建聚合物“刷子”遮蔽材料表面,对蛋白质的吸附形成障碍,主要有聚氧乙烯(PEO)、磷酰胆碱(PC)等。

2.2.1 聚氧乙烯接枝改性

PEO具有亲水性,易与水结合形成水合PEO,水合PEO可以通过空间位阻排斥血浆蛋白;由于PEO的柔顺性,水合PEO在材料表面运动,阻碍了蛋白质的粘附[13]。用PEO接枝改性后的生物材料血液相容性有很大提高。但是接枝链密度、链长、链和蛋白质间的相互作用、蛋白的大小等因素都会影响PEO链对蛋白质的排斥作用。

Y.H.Kim等[14]将PU在丙磺酸内酯(PST)作用下与二异氰酸酯和PEO衍生物反应,生成PU-SO3、PU-PEO-SO3等共聚物。结果表明,PU-PEO-SO3表面最低血小板粘附量是富血小板血浆(PRP)的5%左右,吸附的蛋白质总量最低,且对白蛋白有特异性亲和力。但是在活化部分凝血活酶时间(APTT)评价的抗凝活性检测中,PU-PEO-SO3的抗凝活性只有肝素的2%,而PEO-SO3可达到14%,具有肝素类似物的抗凝活性。原因是PU-PEO-SO3表面-SO3浓度相对较低,而且PEO的柔顺性有所降低。

2.2.2 磷酰胆碱接枝改性

表面含磷酰胆碱(PC)基团的聚合物可以抑制蛋白质的吸附,有两种理论模型可以解释这种性能:一种认为,通过形成血浆脂质双分子层阻止对蛋白质的吸附;另一种认为是材料表面形成的水合层,使蛋白质与材料表面接触时维持稳定的构型。但PC基团极强的亲水性使其易溶于水,难以满足使用要求。所以经常使用具有较好血液相容性的2-甲基-丙烯酰氧乙基磷酰胆碱(MPC)[15]。

用MPC类聚合物如PMB(聚MPC-甲基丙烯酸正丁酯)和PMED(聚MPC-甲基丙烯酸-2-乙基己酯-N,N-2-甲基乙胺酯)涂布修饰PDMS[16],修饰后的材料用作微流装置吸附的蛋白质总量与未修饰前相比下降了56%~90%,制备的PDMS微流通道对血清蛋白的吸附也明显减少。

王晓丽等[17]通过Michael加成反应,使SS(处理后的361L不锈钢)表面上的氨基与MPC反应,清洗并真空干燥后形成SS-MPC表面。该表面上血小板粘附量降低了90%,且没有聚集和激活。

2.2.3 甜菜碱类物质接枝改性

MPC不易合成和处理,且其中的磷酸酯基易水解[18],而磺基甜菜碱(SB)和羧基甜菜碱(CB)具有良好的生物相容性,且稳定性好,易于制备。据报道,聚磺基甜菜碱甲基丙烯酸甲酯(PSBMA)“刷子”具有很好的血液相容性[19,20]。PSB-MA接枝的材料能有效减少对血浆溶液中蛋白的吸附,目前尚未观察到PSBMA接枝表面会引起富血小板血浆溶液中血小板的粘附和活化。聚羧基甜菜碱甲基丙烯酸甲酯(PCB-MA)接枝的表面对人血浆中非特异蛋白的抗吸附能力比PSBMA接枝的表面更强[21],这是由于CBMA单体上的电荷基团间距更短,在表面形成一层更致密的水合层。

2.3 引入生物活性物质

在材料表面引入本身具有直接或间接抗凝血作用的生物活性分子,如肝素、水蛭素、ε-NH2赖氨酸等,可以提高材料的血液相容性。

2.3.1 引入肝素

肝素是一种硫酸化的多糖,能增强抗凝血酶对丝氨酸蛋白酶的抑制作用,常用作抗凝药。抗凝血酶Ⅲ是凝血系统中凝血酶的主要抑制剂,但两者的反应速度较慢,肝素的存在可以加快反应速度,有效抑制凝血。

采用一步法合成脂肪族聚氨酯,通过共价键在其表面接枝肝素,并进行血液相容性测定。实验显示肝素化聚氨酯(PU-PVA-PEO-Hep)的溶血率有很大程度降低,材料表面只有少量血小板粘附,且没有聚集激活[22]。

LDL(低密度脂蛋白)血液净化疗法中,为了制备一种LDL选择性医用吸附材料,将肝素共价键合到聚乙烯醇表面[23],可以获得良好的血液相容性。血液相容性的指标如溶血率、凝血酶原时间和凝血时间都符合对抗凝材料的规定,且该材料表面几乎没有血小板粘附,可以作为血液净化吸附材料。

2.3.2 引入ε-NH2赖氨酸

纤溶酶原和组织型纤溶酶原激活剂(t-PA),分别通过自身的赖氨酸结合点(LBS)高亲和地键合到纤维蛋白羧基端的赖氨酸残基上,形成纤溶酶原-(t-PA)-纤维蛋白三元复合物。这种三元复合物可促进纤溶酶原向纤溶酶的转变,同时保护纤溶酶不被α2-抗纤溶酶抑制[24]。

以PU为基材,通过PEG将ε-NH2赖氨酸接枝到PU表面[25],改性后的PU膜吸附纤维蛋白原的量相对于改性前降低了80%左右,而膜面上血栓形成13min后即可完全溶解。这种改性方法将PEG对血浆蛋白的排斥作用与ε-NH2赖氨酸吸附纤溶酶原的能力相结合,使材料的血液相容性得到明显改善。

2.4 材料表面内皮化

材料表面内皮化是抗凝血研究的新趋势。在人体内,内皮细胞(EC)在血管壁和血液间形成一个抗凝血和抗血栓的屏障层,阻止血小板的粘附聚集,防止凝血。因此与血液接触的血管内壁有很好的血液相容性。1970年Mansfield[26]在涤纶上种植EC后将涤纶植入到狗的动脉系统,3周后发现材料表面没有形成血栓。Herring等[27]进一步证实了EC种植到人工血管材料表面可以形成完整的内膜,由此引导了人工血管内皮化的研究。

国内有学者研究了小口径人造血管(直径小于6mm)管腔易形成血栓的问题[28]。用PU作小口径血管,血管表面种植EC使PU材料内皮化,形成抗血栓表层,既可以提高血管的通畅率,又提高了材料的血液相容性。

目前内皮化技术的应用中存在着EC与材料的粘附性以及EC的来源等问题。Guixue Wang等[29]用新型的细胞摇床培养技术培养人类脐血管EC,研究了EC培养的最优条件,以及人工血管在体内所受到的剪应力等问题,但是在临床中应用内皮化人工血管还需要更深入的研究。

3 结语

生物医学高分子材料 篇8

目前生物化学与分子生物学的实验教学仍旧多采用以往传统的教学模式, 教研室的实验技术老师准备实验器材, 配置试剂、药品以及调试实验所需仪器, 带教老师讲解实验原理、操作要点、注意事项及临床意义等, 学生无需预习, 只须“依葫芦画瓢”, 按照实验讲义提供的操作步骤完成实验, 书写实验报告。这种程式化教学模式虽然能与学生课堂上所学的理论知识相联系, 但是它以老师为主导, 学生跟着老师走, 学生无形中对老师和教材产生依赖心理, 实验课上学生只需机械操作, 丧失了主动思考的能力, 不利于学生分析问题、解决问题的能力和创新能力的培养。

在传统的观念上, 实验课仅仅是对课堂上所有理论知识的补充和验证, 其实不然, 实验教学也是学生获取新知识的主要渠道。培养学生观察问题、分析问题、独立思考的能力和创新能力, 提高教学质量在实验教学改革中显得尤为重要, 教学方法方面的改革势在必行。改变以教师为主导地位的传统教学模式, 突出以学生为主体的新理念。在实验教学中采用灵活多变的教学方式, 充分利用多媒体资源, 增添案例式教学法和PBL教学法, 多种教学模式相结合的方法。

1 充分利用多媒体教学资源, 开拓学生视野

多媒体教学将声音、图像、动画、视频等集为一体, 可将抽象的理论知识形象化, 弥补传统教学的缺陷。它以其特有的可交互学习、形式丰富、趣味性强、形象直观生动、易于理解等特点, 为医学实验教学提供了广阔的表现空间[2]。将每一位学生引入生物化学实验的“殿堂”。

在实验操作前, 利用多媒体课件清晰地讲解实验原理与实验方案, 使用动画、图像等手段解释抽象的知识点, 配合仪器操作与临床应用的视频, 充分调动学生的多种感官器官, 便于学生整体把握实验内容和操作规范。如醋酸纤维素薄膜电泳实验的视频, 将薄膜的准备、点样、电泳、染色、漂洗、透明整个实验过程完整直观地展现给初次接触电泳实验的学生, 使学生更容易接受和掌握。我们还可以把学生常见的错误操作和标准的实验结果图片做成幻灯片, 予以纠正或者示范, 加深学生对实验的印象, 提高实验准确率。另外, 结合实验内容可以利用多媒体介绍先进仪器的使用方法和最新的实验技术等, 使学生及时了解新技术、新方法, 开拓视野, 如PCR技术, 质粒的提取等, 设备, 耗材的投资比较大, 耗时比较多, 借助多媒体技术, 提高学生的实验水平的同时还可以节约实验成本。

与传统实验教学相比, 多媒体教学充分调动学生的积极性, 提高学生的实验兴趣, 增强学生的综合能力, 提高实验教学质量。

2 运用案例式教学, 提高学生素质

案例教学法是指教师根据教学目标和教学内容的需要, 选定有代表性的案例, 引导学生有针对性的剖析、讨论问题。让学生在具体问题情境中积极思考、主动探索, 以提高学生思考问题、分析问题和解决问题等综合能力的一种教学方法[3]。

传统的生物化学与分子生物学实验教学模式只是单一的介绍某项生化指标, 验证某种物质的作用, 比较抽象, 可操作性差。运用案例式教学, 精心设计有代表性的案例, 教师积极引导和提示, 组织学生讨论, 学生由传统的被动接受变为主动思考, 充分调动学生的积极性和乐趣, 培养学生的创造性思维和实际解决问题的能力, 提高教学效率。例如在血清总胆固醇含量测定的实验, 给学生一个血脂化验报告单, 引导学生讨论这份报告单的异常情况、正常参考值、影响因素等。结合高脂血症的临床典型症状进行分析, 指出本实验的临床意义。通过引入典型案例把基础知识和临床实践相结合, 激发学生的学习兴趣, 丰富实验内容, 提高教学质量。

3 采用P BL教学, 培养学生科研能力

PBL (problem-base learning) 是以问题为基础, 以学生为中心, 培养学生自学能力, 发展学生综合思考能力和解决实际问题能力的教学法[4]。

与传统教学法相比, PBL教学法在激发学生的学习兴趣、提高学习主动性和独立性以及分析问题、解决问题能力等方面具有显著的优越性。对于每次实验课, 课前老师首先要针对实验内容设计出适合学生自学的问题体系, 学生利用网络、书籍、查阅文献等分析问题、解决问题, 实验课操作结束后, 老师指导学生分组讨论设计的问题体系和学生实验中发现的问题、解决问题, 然后老师总结问题, 精讲难点、重点、分歧比较大的问题。这种以教师为导向, 学生为主体的学习过程, 不仅提高学生的综合素质, 更可以增强学生之间互帮互助的关系, 建立良好的团队精神和协作精神。

这些教学模式在教学过程中相互结合, 针对不同的实验选择合适的教学模式, 从学生的教学反馈调查表来看, 这些教学方法的改进受到了学生的一致好评。大多数学生认为从中学到了更多的知识, 提高了学习兴趣, 生物化学与分子生物学抽象的理论知识在实验中变得形象化、具体化, 更容易理解与掌握, 培养了自己的综合素质, 开拓了自己的视野。

当然, 由于师资力量和实验室条件的限制, 一些实验不能更加完善的开展, 随着教学改革的深入, 我们会尽最大的努力进一步完善实验教学。

摘要：针对传统生物化学与分子生物学实验教学中存在的问题, 探讨改进实验教学方法, 多种教学模式相结合, 提高教学质量, 增强教学效果。

关键词：生物化学与分子生物学,实验教学,教学方法

参考文献

[1]查锡良.生物化学7版[M].北京:人民卫生出版社, 2008:1-5.

[2]吴民泸, 刘寒, 罗文炽等.生物化学实验技术多媒体课件的设计与制作[J].泸州医学院学报, 2005, 28 (1) :104-105.

[3]冯立民.护理学理论案例教学的探讨[J].中华护理教育, 2005, 19 (3) :130.

生物医学高分子材料 篇9

由于聚乙烯醇 (PVA) 是一种水溶性高分子化合物, 应用广泛。下面对聚乙烯醇高分子材料的发展现状、市场潜力、技术可行性及经济可行性四个方面进行总结分析。

1 发展现状

聚乙烯醇, 简称PVA, 国外也称PVOH, 白色固体, 外形分絮状、颗粒状、粉状三种, 是唯一可被细菌作为碳源和能源利用的乙烯基聚合物, 在细菌和酶的作用下, 46天可降解75%, 属于一种生物可降解的水溶性高分子聚合物材料。该高分子材料无毒无味、无污染, 可在80~90℃水中溶解, 其水溶液有很好的粘结性和成模性;具有长链多元醇酯化、醚化、缩醛化等化学性质。

聚乙烯醇高分子材料具有界面化学性质、热稳定性等独特的性能, 同时还具有水溶性和优良的成膜性以及经特殊处理后所具有的耐水性等, 应用领域涉及纺织浆料、食品、医药、涂料、胶粘剂、造纸加工助剂、土壤改良剂、化妆品及功能性材料等行业。

1.1 聚乙烯醇高分子材料 (PVA) 的国外产能

以2010年为例, 国外主要PVA生产商产能, 如日本可乐丽的装置产能为23.4万吨/年, 台湾长春石化的16.0万吨/年, 积水化学工业的12.6万吨/年, 株式会社的7.0万吨/年, 日本合成的6.6万吨/年, 美国杜邦的6.0万吨/年, 日本VAM&Poval的3.8万吨/年, 首诺的2.9万吨/年, 日本DS Poval公司的13.8万吨/年。合计92.1万吨/年。

聚乙烯醇薄膜是生产偏光膜的原料, 由于液晶显示器主要部件的偏光膜的快速发展, 日本可乐丽公司计划投资50亿日元, 使位于日本西条的聚乙烯醇薄膜产能扩大2000万平方米, 总产能达到8000万平方米, 预计在2012年第二季度完成投产。

由于PVA树脂的良好发展前景, 可乐丽公司计划扩增德国Kuraray Europe Gmb H的聚乙烯醇 (PVA) 树脂制造装置产能2.4万吨/年, 将总产能扩大至9.4万吨/年, 预定在2013年度第一季度投产。另外, 可乐丽集团除了欧洲外, 还在日本国内拥有12.4万吨/年、在新加坡拥有4万吨/年的产能。

1.2 中国的产能

随着聚乙烯醇高分子材料应用领域的不断拓宽及技术的进步, 我国聚乙烯醇 (PVA) 产能快速增长, 2009年总产能达到68.1万吨/年, 2010年达到82.3万吨/年。2010年国内PVA生产企业及装置产能见下表。

从表中可见, 2010年及之前聚乙烯醇国内生产工艺采用电石乙炔法的占71.46%, 石油乙烯法的占8.5%, 天然气乙炔法的占20.04%。2010年以后, 由于西部煤炭资源的优势, 宁夏、内蒙古等地多家大型民营企业进入聚乙烯醇生产领域;在广西, 广西广维化工有限责任公司则利用丰富的生物质资源发展生物质乙烯法制聚乙烯醇生产工艺路线取得进展, 导致原有电石乙炔法工艺路线的多家企业发展艰难。

根据目前新建、扩产装置的产能, 预计到2014年, 我国PVA总产能将超过140.0万吨/年, 位居世界第一, 但产品种类及质量与国外先进水平相比, 仍然有较大差距, 国内品种大多为普通黏度和醇解度的常规产品, 主要用于建筑胶黏剂、低档纺织浆料等领域, 而具有较好发展前景的高、低聚合度类品种以及低醇解度的产品较少, 如用于PVB汽车膜、光学膜、聚氯乙烯分散剂等的需要高端聚乙烯醇高分子材料仍然依靠进口, 但随着广维化工“生物质乙烯制聚乙烯醇工艺路线”的投产, 产品结构的格局正在改变。

随着科技的进步, 汽车工业、电子、造纸、医药、精细化工等行业的快速发展, 需要更多不同用途的高分子材料作为原料, 这为生物质聚乙烯醇的快速发展提供了机会, 故发展生物质乙烯制生物基高分子材料聚乙烯醇具有较好的市场竞争力。

2 市场潜力

2.1 国外市场预测

世界聚乙烯醇的总生产能力2005年约138.0万吨, 2009年约148.5万吨, 2010年增长到150.3万吨, 其中北美地区的生产能力约占世界总生产能力的13.1%, 西欧地区的生产能力约占9.1%, 亚太地区的生产能力约占77.6%;世界其他国家和地区的生产能力约占0.2%。中国大陆是世界上最大的聚乙烯醇生产国家, 生产能力约占世界总生产能力的45.9%;其次是日本, 生产能力约占世界总生产能力的19.1%;再次是美国, 生产能力约占世界总生产能力的13.1%。可乐丽公司是目前世界上最大的聚乙烯醇生产厂家, 生产能力为23.4万吨/年, 约占世界总生产能力的15.8%, 分别在日本、新加坡和德国建有生产装置。

世界聚乙烯醇主要用于生产聚乙烯醇缩丁醛 (PVB) 膜片、PVA光学薄膜、粘合剂、织物浆料、造纸浆料和涂层、维尼龙纤维以及聚合物助剂等, 其中用于生产PVB的消费量约占总消费量的12.5%, 粘合剂占12.7%, 织物浆料占17.5%, 造纸浆料和涂层占10.8%, 维尼龙纤维占11.0%, 聚合物助剂占23.0%, 其他方面占12.5%。世界各主要国家和地区聚乙烯醇的消费结构各不相同, 美国聚乙烯醇主要用于生产PVB、粘合剂和纺织浆料, 分别约占总消费量的33.61%、21.31%和19.67%;西欧聚乙烯醇主要用于生产PVB、聚合助剂以及造纸浆料和涂层, 分别约占总消费量的30.00%、22.14%和18.57%;日本聚乙烯醇主要用于生产PVA纤维、粘合剂以及造纸浆料和涂料, 分别约占总消费量的38.98%、17.80%和16.95%。光学级聚乙烯醇 (PVA) 薄膜主要应用于液晶显示器的生产, 全球聚乙烯醇薄膜市场需求将增长。

2.2 国内市场预测

当前我国聚乙烯醇 (PVA) 装置产能已成为世界第一, 拥有石油乙烯法、天然气乙炔法、电石乙炔法和生物质乙烯法等技术路线18家PVA生产企业。2012年及之后, 国内聚乙烯醇行业发生了深刻变化, 竞争激烈, 部分企业因为资源劣势, 徘徊于破产边缘, 也促使更多企业追求技术创新, 赢得发展先机。

由于国内各地发展不均衡, 聚乙烯醇 (PVA) 消费主要分布如下:华东地区 (占28%) ;华南地区 (占28%) ;北方地区 (占29%) ;西南地区 (15%) 。2007年国内PVA消费量51.2万吨, 2000~2007年年均增长率达7.2%。2008年受全球性金融危机影响, 国内PVA消费量同比下降4.5%。2009年下半年PVA下游有所好转, 全年国内聚乙烯醇表观消费量约50.2万吨, 同比上升2.7%, 2012年国内消费57.9万吨。随着科技的进步, 汽车工业、电子、造纸、医药、精细化工等行业的快速发展, 这些行业对聚乙烯醇新产品开发提供了广阔空间。另外近年来我国加大国家基础设施建设投资力度, 进一步推动了对聚乙烯醇的需求。据有关机构预测今后几年, 国内PVA将以比较平稳的速度增长, 2015年消费量将达72.8万t, 2009~2015年年均增长率6.4%。

广西广维化工有限责任公司利用生物乙烯法生产的聚乙烯醇质量优、杂质少、清洁度高, 具有电石乙炔、石油乙烯无法比拟的优势, 如:生物质乙醇制乙烯的纯度》99.99%, 用于制造醋酸乙烯酯的活性度在6~8min, 而其他工艺路线生产的通常在10min以上。主要用于聚乙烯醇薄膜、感光胶片、食品包装、医疗用品材料、集成电路等高端领域, 与国内其他聚乙烯醇产品应用方向不一致, 主要是与国外的产品形成竞争。

3 技术可行性

“生物质乙烯法制聚乙烯醇”生产工艺路线包括:生物质乙醇催化脱水制乙烯、乙烯与醋酸合成醋酸乙烯酯、醋酸乙烯酯聚合、聚醋酸乙烯酯醇解制聚乙烯醇 (PVA) 、醇解废液回收等五大工序, 工艺复杂而先进, 由广西广维化工有限责任公司与国内某重点大学利用国内外一流技术合作开发完成。目前已开发实现:生物乙烯→醋酸乙烯→聚醋酸乙烯→聚乙烯醇及其高附加值衍生物产品链, 构建了一条完整的“生物乙醇及其衍生物产品”的循环经济产业链。为广西甘蔗生物质资源的充分利用奠定了基础。

目前广西广维化工有限责任公司已建成投产的装置生产能力:生物质乙醇制乙烯5万吨/年、乙烯与醋酸合成醋酸乙烯10万吨/年、乙酸乙烯酯-乙烯共聚乳液 (VAE) 6万吨/年、年产5万吨/生物质聚乙烯醇高分子材料。项目运行稳定, 达产达标, 开创了继电石乙炔法、石油乙烯法和天然气乙炔法的第四种原料工艺路线, 属世界首创。

4 经济可行性

目前我国聚乙烯醇生产有电石乙炔法、天然气乙炔法、石油乙烯法及生物质乙烯法四种工艺路线, 生产成本及产品品质均有不同。当前国内产品价格均在11000~13500元/吨左右, 而国外进口产品价格均在18000~24000元/吨, 如日本可乐丽公司生产的17-98产品, 目前在国内销售价》18000元以上。由于生物质乙烯法生产的聚乙烯醇与国外的质量相当, 价格可在15000-16000元/吨左右, 比国内其他工艺路线生产的价格高3000~4000元左右, 具有较强的市场竞争力。作为聚乙烯醇的衍生产品: (1) PVA感光薄现市场价格40000元/吨; (2) PVB薄膜30000元/吨; (3) 型号为0.38mm, 0.76mm的PVB胶片, 价格分别为16元/m2和28元/m2;利润更为可观。经检测, 目前国内生产的, 只有生物质乙烯法工艺路线生产的聚乙烯醇才能达到上述衍生产品的原料要求。

电石乙炔法生产工艺生产1吨聚乙烯醇要消耗2.1t电石 (生产1吨电石耗电3240k W.h, 焦炭820kg) , 综合电耗7441k W.h电、18t蒸汽等原料和能源, 生产成本高达14602.3元/吨。

生物质乙烯法以废糖蜜为原料, 由废糖蜜生产工业酒精, 生产一吨聚乙烯醇要消耗5.1吨废糖蜜, 978k W.h电、14t蒸汽等原料和能源, 生产成本12167.31元/吨, 成本大幅度降低。

因此, 开发生物质乙烯制聚乙烯醇生产工艺路线, 经济上是可行的。

5 结论

当前甘蔗除制糖外, 正在向生物基醇方向发展, 如糖蜜制生物乙醇的技术发展已十分成熟, 而甘蔗制生物乙醇技术, 现以巴西的发展最为成功, 国内的研究也在不断进步。将生物质乙醇催化脱水制乙烯及其衍生物, 如“生物质乙烯法制聚乙烯醇等”, 能不断促进产品链的延伸, 可有效改善“甘蔗-糖”产业的单一性, 真正实现甘蔗产业多元化。目前广西生物质甘蔗种植面积在1600万亩左右, 产量可达7500多万吨, 预计产糖800万吨, 惠及2000多万农户。故甘蔗生物质的深化利用, 不断发展生物质乙烯法制生物基高分子材料聚乙烯醇等生物质化工产业群, 不仅仅关系的广西经济支柱产业-糖业得以持续发展的有效途径, 更关系到广西千万农户的切身利益。

摘要：概述了高分子材料聚乙烯醇的发展现状, 对以甘蔗为原料开发“生物质乙烯制生物基高分子材料-聚乙烯醇”产品的发展, 市场、技术、经济等方面的优势进行了深入分析, 阐明了不断发展生物质乙烯法制生物基高分子材料聚乙烯醇等生物质化工产业群是广西生物质甘蔗深化利用的有效途径。

关键词：甘蔗,生物基聚乙烯醇,高分子材料,优势

参考文献

[1]张文彬, 蔡葆, 等.我国生物燃料乙醇产业的发展[J].中国糖料, 2010, 3:58-67.

[2]周尚, 岳春, 等.甘蔗酒精生产试验[J].中国酿造, 2008, 18:55-58.

[3]谢星武, 廖绵赤.广西甘蔗生产燃料乙醇的优势探讨[J].广西轻工业, 2010, 11:106-107.

[4]钱伯章.醋酸乙烯及其衍生物的国内外市场分析[J].精细化工原料及中间体, 2012, 5:7-13.

生物医学高分子材料 篇10

关键词：生物化学,论文质量,医学院校研究生

当前我国社会竞争日趋激烈, 从而加大了对高学历、高素质人才的需求, 高校招生规模的年平均增长率是26.9%。在此形势下, 如何调整研究生的培养目标和教育模式, 已成为各大高校研究生教育需要解决的当务之急, 因此探讨研究生培养目标和教育模式具有重要意义。

医学生物化学与分子生物学研究生的培养和教育是造就高层次人才的渠道之一, 如何加强对医学研究生培养全过程的质量监控, 保证培养质量, 是目前高校值得研究的重要课题。其中, 建立医学院校生物化学与分子生物学研究生教学督导制度及对研究生学位论文进行质量监控, 是保障培养质量的有效途径[1,2]。

1 我校生物化学与分子生物学研究生培养存在的问题

当前我校生物化学与分子生物学专业研究生实际培养工作中, 存在一些问题, 主要表现在:

1.1 对研究生培养环节的监控不到位

长期以来, 研究生培养多注重对结果的评价, 以研究成果、毕业论文和就业状况等来衡量研究生培养的优劣, 而对研究生培养过程的监管不足。

1.2 导师对研究生培养过程的指导投入不足

随着研究生招生规模的扩大, 每位导师指导的学生数量增多, 导师整体负荷增大, 师生间的直接互动减少, 加之导师工作忙, 事务多, 时间和精力投入都难以到位, 以致出现一些研究生培养“放羊”现象, 如课题未经论证、开题报告时间滞后、毕业论文答辩匆忙等, 从而制约了研究生的培养质量。

1.3 研究生学位论文质量有下滑趋势

招生规模扩大以后, 导师压力增大, 难以保证每个学生高质量的完成学位论文, 造成同年毕业的研究生论文质量良莠不齐。

2 提高医学院校生物化学与分子生物学研究生学位论文质量的几点思考

研究生阶段的教育重在培养学生的科研能力, 而学位论文能全面衡量研究生的综合水平。其中, 论文选题和开题的严格把关是学位论文质量管理的一个重要方面, 对保证和提高学位论文质量至关重要[3,4]。本文分析了医学院校生物化学与分子生物学硕士学位论文各环节存在的问题, 提出了加强其质量监控的具体措施。

2.1 美国研究生教育模式

美国研究生教育在世界研究生教育中占重要地位, 19世纪以来, 美国以培养大学教师和高水平研究人才为研究生教育目标。研究生教育便担负起培养各学科高级研究人才的任务。从20世纪70年代至今, 美国研究生的教育质量不断提高, 美国研究生教育始终保持较高的整体质量、宏观质量和体系质量[3]。

目前美国研究生教育的评估力量主要来源于社会和高校自身, 且以社会评估为主。内部评估遵循“宽进严出”的原则, 从招生、课程学习、科学研究、中期考核、考试、论文写作、答辩等方面进行质量控制[4]。美国通常采用高校 (系、科) 评分的方法评价高校质量, 通过评价高等院校的实际办学水平及在大学群与社会中的相对地位来促进其质量提升。培养过程有规范性要求, 并严格按计划和程序实行淘汰[5]。

2.2 提高我国医学院校生物化学与分子生物学研究生论文质量的建议

根据我国的研究生培养目标, 研究生应当具备从事科学研究和独立承担专门技术工作的能力。研究生教育规模迅速扩大, 质量问题日益凸显, 引起教育界及社会各界的关注[6]。质量管理系统的功能是对高校研究生培养质量保障系统的具体组织与执行, 它直接决定了研究生培养质量保障系统功能的发挥。

2.2.1 研究生培养中期考核

培养过程的督导包括导师遴选、培养条件、培养方案、课程设置等的监督、检查, 重点是中期考核。实施中期考核是研究生培养过程的重要环节, 中期考核未达标者, 可给予一定形式的警示, 令其限期达标。

2.2.2 对生物化学与分子生物学培养方案与研究生培养计划的审查与督导

审查与督查是督导工作的重点。一方面对其培养方案进行审查, 另一方面查阅所选学位点的研究生培养计划, 重点审查其培养目标是否合适, 课程设置与安排是否合理等。

2.2.3 加强教学与管理

研究生部加强学籍管理、宏观管理、质量检查与评估等工作, 全面监督课程设置、教学实施、成绩考核、论文评审、学位答辩等工作。

2.2.4 学位论文质量监控是重中之重

学位论文监控包括开题报告、论文把关、质量评定、论文质量等级及学位授予。督导的重点是检查毕业论文质量, 进一步完善论文“盲审”制度能更好地确保毕业论文质量。 (1) 开题报告质量监控:开题报告是提高论文质量的重要环节。开题报告重点检查文献是否满足论文课题的要求、有无书面报告书等。中期的学术报告或阶段总结重点检查论文进展情况、后期计划、存在问题及指导小组人员的评议意见, 以促进论文质量的提高。 (2) 学位论文质量监控:研究生学位论文水平是评估研究生质量的重要指标之一, 必须加强对研究生学位论文的质量监控与督导。学位论文的质量监控重点是检查论文质量, 协助研究生部对论文进行质量抽查, 将该部分论文送予外校专家进行双盲审查, 查阅专家评审意见, 并参加论文答辩会, 提出意见, 供导师、管理部门参考和质量抽查, 从而保证论文质量。

2.2.5 开展对生物化学与分子生物学导师的督导工作

着重从研究生的课堂、教学、文献综述、开题报告、论文中期检查、学术活动、学术交流、学位论文质量与论文答辩等方面对导师工作进行督导检查。

本文通过对生物化学与分子生物学专业研究生培养过程存在问题的分析, 围绕加强研究生培养过程管理、全面提高研究生培养质量, 从控制的重点、手段和主体等方面提出了进一步实施研究生培养质量监督控制的相关措施, 以期对研究生培养工作有所裨益。

参考文献

[1]沈岚, 刘新平, 药立波.研究生分子生物学实验教学的几点体会[J].山西医科大学学报, 2008, 10 (6) :701-702.

[2]蒲云, 代宁, 王永杰, 等.谈创造性拔尖人才成长规律-全国优秀博士学位论文作者调查启示[J].西南交通大学学报, 2006, (4) :12-15.

[3]郭岩, 刘爱华.优化研究生课程评价, 保障培养质量[J].高教研究, 2005, 29:48-49.

[4]王则温, 章丽萍, 张君.提高博士生培养质量的关键是建设高水平学科[J].学位与研究生教育, 2002, (11) :29-31.

[5]汤磊.医学硕士生课程教学质量评价模型实证研究[J].医学教育探索, 2004, 3 (1) :47.