生物醫(yī)用材料，通常是指用于診斷與修復(fù)組織或器官等治療疾病領(lǐng)域，對人體組織、器官及血液不產(chǎn)生影響與副作用的一類功能材料。材料科學(xué)的發(fā)展，使得人體中除了大腦以及大多數(shù)內(nèi)分泌器官外的其他組織器官都可找到替代品。生物醫(yī)用材料直接用于人體或與人體健康密切相關(guān)領(lǐng)域，因此對其應(yīng)用范圍與標(biāo)準(zhǔn)有嚴(yán)格的要求。不可降解生物材料在植入人體后，如果長期存在于機(jī)體內(nèi)會引起一系列的機(jī)體反應(yīng)，需要持續(xù)外部服藥進(jìn)行免疫抵抗，有時(shí)還需要二次手術(shù)將其取出，無疑增加了病人的痛苦和醫(yī)療費(fèi)用，同時(shí)還需控制因手術(shù)而產(chǎn)生的二次感染。正因如此，可降解生物材料作為醫(yī)療領(lǐng)域新材料發(fā)展起來。

一、可降解生物醫(yī)用材料的發(fā)展

關(guān)于可降解生物醫(yī)用材料的應(yīng)用研究可追溯到1900年，Erwin Payr首次介紹了在塑料關(guān)節(jié)中使用鎂金屬進(jìn)行關(guān)節(jié)定位與治療的方法；1907年Lambotte利用純鎂板與鍍金鋼釘共同使用進(jìn)行修復(fù)小腿骨折的研究，并發(fā)現(xiàn)了鎂元素存在可降解性；1949年研究學(xué)者首次發(fā)表了關(guān)于生物醫(yī)用高分子材料的展望性論文；2001年研究學(xué)者首次發(fā)表了利用可降解純鐵支架進(jìn)行動物植入實(shí)驗(yàn)的論文。生物材料發(fā)展歷程大致經(jīng)歷的3個(gè)階段見表1所示。

如今可降解生物醫(yī)用材料的發(fā)展呈不斷上升趨勢，各種新型可降解生物材料如雨后春筍般破土而出，可降解生物醫(yī)用材料所帶來的社會經(jīng)濟(jì)效益也日益增加。加大可降解生物醫(yī)用材料的深入研究，對于戰(zhàn)勝危害人類的重大疾病，保障人們生命健康意義非凡。

二、可降解生物醫(yī)用材料的分類與用途

目前，可降解生物醫(yī)用材料的種類很多，主要分為可降解醫(yī)用高分子材料、生物陶瓷材料、可降解醫(yī)用金屬材料以及可降解醫(yī)用復(fù)合材料等。

可降解醫(yī)用高分子材料又可分成天然和合成高分子材料。天然高分子材料通常是天然高分子經(jīng)過簡單加工后得到的材料，主要有膠原、絲蛋白、纖維素、殼聚糖及天然高分子的衍生物等；合成高分子材料則是通過控制反應(yīng)條件，產(chǎn)生結(jié)構(gòu)重復(fù)性高的材料，主要有聚氨酯、聚酯、聚乳酸及其他醫(yī)用合成塑料和橡膠等材料。而合成高分子材料是指可根據(jù)不同需求而改變結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過簡單的物理化學(xué)方法改性，獲得更優(yōu)異的性能，因此比天然高分子材料具有更多的優(yōu)勢，在生物醫(yī)學(xué)中的應(yīng)用也更加廣泛，最主要的應(yīng)用領(lǐng)域就是藥物控釋載體與組織工程。

可降解生物陶瓷材料主要指磷酸三鈣陶瓷等可被生物組織逐漸降解并吸收或排出，植入部位由新生組織代替的材料。目前研究較熱的可降解生物陶瓷是β-Ca3（PO4）2，簡稱“β-TCP”，該材料可在人體內(nèi)部分或全部降解，隨著降解產(chǎn)物被吸收后，原部位則由新生的組織或器官代替。β-TCP與人體骨組織的結(jié)構(gòu)與成分相似，因此可作為十分理想的骨組織修復(fù)材料，但因其力學(xué)性能差，多用于不承力位置的骨修復(fù)與替換，如骨腔內(nèi)填充，耳聽骨替換等。

可降解醫(yī)用金屬材料主要有鎂及鎂系合金、鐵及鐵系合金。鎂的密度為1.74g/cm3，與人體骨密度最接近，其斷裂韌性比生物陶瓷材料更高，是與骨生物及力學(xué)相容性最高的可降解生物醫(yī)用材料。同時(shí)鎂是人體必需的營養(yǎng)元素，在體內(nèi)含量為第4，主要分布情況如下：骨骼占55%、肌肉占25%、細(xì)胞外液占0.8%、血漿占0.3%，其余分布于軟組織中。鐵是人體內(nèi)的重要元素之一，參與體內(nèi)代謝與多種生理功能，安全并且可吸收，鐵的力學(xué)性能十分優(yōu)異，研究表明鐵的降解速率較慢，降解時(shí)間較長，較慢的降解速率可為植入物的長期作用提供保證。同時(shí)鐵元素的密度較大，X射線穿透性差，示蹤性好，是作為可降解生物醫(yī)用材料的獨(dú)特優(yōu)勢?？山到忉t(yī)用金屬材料主要用于要求受力的部位，如骨植入、骨固定及支架等領(lǐng)域。

可降解醫(yī)用復(fù)合材料（其分類見表2）是在以上各種可降解材料的基礎(chǔ)上，將2種或以上材料（金屬、聚合物、生物陶瓷）進(jìn)行復(fù)合而成的新型材料?？山到鈴?fù)合材料兼具了各成分材料的優(yōu)勢，通過平衡不同材料的物理力學(xué)特點(diǎn)，將不同類型的可降解材料的性能結(jié)合于一體，如聚合物/金屬復(fù)合材料，其具有聚合物生物相容性好與金屬材料強(qiáng)度高的優(yōu)點(diǎn)，成功解決了單一類材料無法滿足實(shí)際需求的問題。目前研究較多的是羥基磷灰石與金屬或聚合物的復(fù)合材料，多應(yīng)用于骨移植與骨修復(fù)。

與非可降解生物材料相比，可降解生物材料具有許多優(yōu)勢：

①更好的生物相容性。生物相容性應(yīng)包括：組織、血液和力學(xué)相容性，可降解生物材料一般會根據(jù)人體的環(huán)境特征而進(jìn)行的材料設(shè)計(jì)與表面界面改性，可以有效地提高植入材料與組織間的相容性，同時(shí)保證材料應(yīng)有的物理與力學(xué)性能。

②暫時(shí)植入體內(nèi)的材料其降解周期可控并且降解產(chǎn)物是可被吸收或代謝的無毒單體或鏈段，可降解高分子材料的降解單體大都為可被人體吸收的小分子，可降解生物陶瓷在體內(nèi)則會降解成顆粒、分子或者離子，被細(xì)胞作為原料使用而逐步消失，可降解金屬材料則會形成離子態(tài)進(jìn)而被人體所吸收利用。

③植入材料的物理和力學(xué)性能穩(wěn)定可靠、易于加工成型、便于消毒滅菌、無毒無熱源、不致癌不致畸等。

三、可降解生物醫(yī)用材料的研究現(xiàn)狀

據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，醫(yī)學(xué)應(yīng)用的可降解生物高分子材料已有90多個(gè)品種，400余種制品，幾乎涉及了醫(yī)學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，特別是組織器官的診斷與治療，替換與修復(fù)，以及誘導(dǎo)新組織器官再生的特殊功能領(lǐng)域占有很大比例。

可降解鎂合金血管支架是鎂合金作為可降解生物材料研究領(lǐng)域的最大進(jìn)展。德國biotronik公司采用激光雕刻技術(shù)對WE43（質(zhì)量分?jǐn)?shù)：Mg-4%Y-3%Re）鎂合金管進(jìn)行加工而成世界首例鎂合金支架，且在臨床實(shí)驗(yàn)中證明該材料具有良好的生物相容性與物理力學(xué)性能。目前商用化的鎂及鎂合金種類就包括純鎂、AZ31、AZ91、WE43、AE21、LAE442、ZK60等。表3列出國外研究開發(fā)可降解支架的企業(yè)和產(chǎn)品情況，表4列出了國外已進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)的全降解支架廠商情況。

我國可降解生物材料的研究與發(fā)展也取得了相當(dāng)大的進(jìn)步，形成了一批具有自主知識產(chǎn)權(quán)的技術(shù)項(xiàng)目。中國科學(xué)院葛均波院士團(tuán)隊(duì)與上海微特生物技術(shù)有限公司合作于2013年首次完成自主研發(fā)可降解聚乳酸支架的植入試驗(yàn)，標(biāo)志著我國步入了自主研發(fā)可降解支架的臨床試驗(yàn)階段。上海微創(chuàng)醫(yī)療器械有限公司已于2014年完成了完全可降解支架的動物實(shí)驗(yàn)，并預(yù)計(jì)于2015年底進(jìn)行首例人體植入試驗(yàn)。樂普醫(yī)療研究的新一代可降解聚合物支架與可降解金屬支架取得了階段性突破，并預(yù)計(jì)于2017年上市。

表5和表6列出了國內(nèi)在可降解聚合物支架、可降解金屬支架領(lǐng)域的生產(chǎn)廠商與科研單位以及國內(nèi)可降解生物材料部分生產(chǎn)企業(yè)的概況。

目前，隨著可降解生物材料領(lǐng)域的發(fā)展，人們開始將焦點(diǎn)轉(zhuǎn)向以下研究熱點(diǎn)方向：

①如何實(shí)現(xiàn)體外可降解材料測試的精確性與充分性，特別是在檢測隨時(shí)間變化條件下；

②基體在降解過程中材料的動態(tài)變化及其機(jī)理性研究；

③如何建立體外實(shí)驗(yàn)與體內(nèi)實(shí)驗(yàn)的相關(guān)性；

④材料降解周期的可控性研究及降解產(chǎn)物對人體的影響。

四、可降解生物醫(yī)用材料存在的挑戰(zhàn)與問題

盡管可降解生物材料有著巨大的發(fā)展?jié)摿εc誘人的應(yīng)用前景，但是研究學(xué)者也發(fā)現(xiàn)了可降解生物材料的諸多問題與所要面臨的挑戰(zhàn)?？山到飧叻肿由锊牧想m然能夠根據(jù)需求進(jìn)行分子設(shè)計(jì)與改性，同時(shí)通過物理化學(xué)方法提高分子量而改變材料的物理力學(xué)性能，但是卻一直無法解決材料的強(qiáng)度未達(dá)預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)的問題。另外隨著更多新型高分子材料的研發(fā)成功與應(yīng)用，在復(fù)雜的人體環(huán)境中，高分子材料的降解產(chǎn)物也變得多樣化，而降解產(chǎn)物對于人體后續(xù)是否有負(fù)面影響還沒有深入與系統(tǒng)的研究成果。鎂合金在應(yīng)用過程中存在腐蝕速度過快以及腐蝕不均勻的問題，只有實(shí)現(xiàn)均勻降解腐蝕，進(jìn)而通過尺寸設(shè)計(jì)結(jié)合可降解涂層等才能實(shí)現(xiàn)降解行為可調(diào)控。因此，提高鎂合金生物材料的耐蝕性能，結(jié)合材料表面改性技術(shù)的完善，將是鎂合金在可降解生物材料更廣泛應(yīng)用的關(guān)鍵。鐵合金則相反，有研究表明由于其在生物降解過程中的降解速率過慢，導(dǎo)致組織痊愈后期產(chǎn)生異物感，并且腐蝕方式也非均勻腐蝕，使得材料經(jīng)腐蝕后的結(jié)構(gòu)形態(tài)不可預(yù)測，增加了降解產(chǎn)物損傷原有組織與器官的風(fēng)險(xiǎn)。

在可降解生物醫(yī)用材料產(chǎn)業(yè)方面國內(nèi)呈現(xiàn)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)弱、材料及器械產(chǎn)品種類單一、科研與產(chǎn)業(yè)對接弱等問題，大多數(shù)產(chǎn)品仍然依靠進(jìn)口，本土產(chǎn)品所占比例過低。在加大對材料深入研究的同時(shí)，也應(yīng)著重提高產(chǎn)業(yè)發(fā)展能力、抵御市場風(fēng)險(xiǎn)能力，加強(qiáng)產(chǎn)品研發(fā)與更新能力，同時(shí)注重人才的培養(yǎng)，加強(qiáng)學(xué)科的交叉合作，推進(jìn)產(chǎn)學(xué)研一體化等關(guān)鍵問題。

五、展望

對未來可降解生物醫(yī)用材料的展望：開發(fā)并研究新型可降解生物材料或在原有材料基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；系統(tǒng)深入地開展材料的生物相容性、物理力學(xué)性能等基礎(chǔ)性研究，建立并完善可降解生物材料的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與評價(jià)體系；加強(qiáng)材料表面與界面處理的方法性研究，擴(kuò)大可降解生物材料的應(yīng)用范圍；注意積累材料結(jié)構(gòu)與性能關(guān)系的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)資料，逐步向可降解生物材料的分子設(shè)計(jì)方向發(fā)展，從而在分子設(shè)計(jì)與材料改性的基礎(chǔ)上合成新的生物材料。

開發(fā)和設(shè)計(jì)新的具有特殊功能的可降解生物醫(yī)用材料是對材料學(xué)未來的一個(gè)挑戰(zhàn)，但現(xiàn)代臨床醫(yī)學(xué)的發(fā)展將持續(xù)推動可降解生物醫(yī)用材料的研究和進(jìn)步。

生命科學(xué)的發(fā)展和生物材料的研究推進(jìn)，可降解生物醫(yī)用材料將會為人類作出巨大的貢獻(xiàn)。