我国的生物医用材料研究,太低调了!

2022-01-28 15:02
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生物医用材料是用来对生命体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。早在古代时期,一些天然的材料如棉麻纤维、马鬃等即被用来作为缝合线缝合伤口,古代中国和古埃及的墓葬中就被发现有假牙、假鼻、假耳等。

进入20世纪以来,随着合成化学、特别是高分子材料科学的发展,生物医用材料的发展进入快车道。近年来,随着生命科学的发展和大健康时代的到来,生物医用材料的发展更呈现多点开花的蓬勃之势。

目前,生物医用材料已经成为材料学科中发展最快、也最具前景的方向之一,生物医用材料产业也已成为低能耗、高附加值新兴产业的代表。

随着对生命体认识的不断深入,生物医用材料的研究也在进一步向更广阔、更深入的方向进军。从基础原材料的合成、纳米组装体的制备、宏观尺寸材料的构建,到药物传输新技术、材料与细胞或机体的相互作用研究等,材料化学与生物医学的交叉不断深入,并催生了很多新兴学科的出现。中国学者在生物医用材料的各领域都开展了积极的研究,成为生物医用材料国际舞台上的一支重要力量。

以下是一部分具有代表性的国内生物医用材料研究介绍,大家可以通过这些课题概述,初步了解当前的生物医用材料研究内容。


南方医科大学郭金山课题组

关于聚合物基仿生医用胶粘剂的开发与应用的研究

生物医用胶粘剂将代替用于伤口闭合的手术缝合线、铆钉、器械。然而,在湿态下对生物组织产生强力粘附一直是科学界面临的难题。为破解这个“卡脖子”技术,课题组模拟自然界中各种动、植物的附策略,开发用于软组织伤口闭合、硬组织损伤修复、作为药物载体用于局部给药、肿瘤切除后防复发转移、在医美领域用于抑制疤痕生成等特定功能的医用胶粘剂或多功能通用性医用胶粘剂。

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仿生医用胶粘剂及其应用


苏州大学殷黎晨课题组

基于开环聚合的聚氨基酸材料的二级结构效应及调控研究

聚氨基酸是一类具有良好生物相容性和可降解性的合成高分子材料,与天然蛋白质一样,聚氨基酸的主链氢键作用也赋予了其丰富的二级结构, 而该结构特性对聚氨基酸材料的组装行为, 以及在穿膜、基因递送、抗菌性能、蛋白修饰等生物医学应用方面都有直接影响。进而,对一些新的生物应用的探索,如人工酶、人工蛋白以及免疫佐剂等,将大大提高聚氨基酸材料的价值。

配图:不同二级结构的聚氨基酸修饰对蛋白药物药理性能的影响.png

不同二级结构的聚氨基酸修饰对蛋白药物药理性能的影响


青岛科技大学孙静课题组

新型聚类肽高分子材料及其在生物医用领域的应用

聚类肽高分子是一种新型的具有良好生物相容性的高分子材料,由于其酰胺键的活泼氢被取代,聚类肽主链结构中消除了聚肽固有的多重氢键作用,具有较为柔顺的主链结构,从而产生新的功能特性和应用。


复旦大学俞麟课题组

两亲性共聚物热致水凝胶的研究

随温度升高而发生溶胶-凝胶转变的热致水凝胶是一类重要的生物医用材料,以可注射的方式用于药物持续释放的储库或细胞生长的支架。

目前,基于聚乙二醇-聚氨基酸共聚物、聚有机膦腈、聚乙二醇-聚酯共聚物的热致凝胶化体系都已被开发出来,展现了良好的应用前景。

配图:热致水凝胶的溶胶-凝胶转变及其潜在的生物医学应用的示意图.png

热致水凝胶的溶胶-凝胶转变及其潜在的生物医学应用的示意图


中国科学院长春应用化学研究所贺超良课题组

氨基酸残基手性对肽基水凝胶性能的影响

基于近年来氨基酸残基手性在影响肽基水凝胶性能方面的研究,课题组针对开环聚合获得的聚肽和缩合方法(包括固相合成)制备的寡肽与多肽等材料,重点研究氨基酸残基手性对肽分子及其水凝胶的二级结构、凝胶化性能、降解、免疫响应等性质, 以及体外细胞行为、体内组织再生、抗菌性能和抗肿瘤作用等生物医学应用方面的影响。

此领域研发或对细胞培养与组织再生支架、抗菌和抗肿瘤治疗等生物医学方面的应用具有重大意义。


华南理工大学杨显珠课题组

一类新型的聚磷酸酯/聚乙二醇复合水凝胶的构建及性能

研究制备一种聚磷酸酯/聚乙二醇复合水凝胶,及用于增强间充质干细胞的分化,显著增强碱性磷酸酶的活性,提高钙沉积,在细胞支架方面具有一定的应用潜力。

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聚磷酸酯/聚乙二醇复合水凝胶制备及表征


南开大学丁丹课题组

聚集态分子内运用触发的生物光热诊疗研究

关于分子运动的研究由来已久,然而它们大多数只能在分子的孤立态、气相或溶液态下开展,分子在聚集态下的运动往往由于分子间的位阻效应很难实现。

通过调控分子内的运动方式和分子聚集态行为可以实现有效的光热转化,在光声成像、热红外成像和光热治疗等应用方面有显著的发展优势。

配图:通过调控聚集态分子内运动来获得不同的光物理效应及应用.png

通过调控聚集态分子内运动来获得不同的光物理效应及应用


南开大学刘阳课题组

纳米材料用于调控癌症免疫应答方面的研究

近年来,癌症免疫疗法成为癌症治疗中最具潜力的一类疗法。然而,当前的肿瘤免疫疗法依然面临着响应率低等问题。了解癌症免疫疗法所面临问题的背后原因,发展基于纳米材料的新型技术用于调控癌症的免疫应答率,对于提高免疫疗法的临床疗效非常有意义。

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用于增强癌症免疫原性和促进抗原呈递激活细胞免疫的纳米材料


四川大学魏强课题组

对细胞是怎样感知和响应微环境机械力学性能的研究

细胞力学刺激与响应在细胞的增殖分化、胚胎发育、疾病进展等生物过程中扮演着重要角色。了解细胞的力学响应机制,将助力生物材料研究学者对细胞和生物材料相互作用的理解,推动新型生物材料的研究和开发。

人体各部位组织具有不同的机械力学性能,给予细胞不同的物理力学刺激






诚然, 上述研究仅是对中国生物医用材料蓬勃发展之一隅的展现,生物医用材料基础研究长足进步,在组织工程、药物缓释、纳米材料、血液相容与净化材料、非病毒性基因治疗载体等领域与国际先进水平的差距逐渐缩小,取得了聚乳酸及可吸收骨固定和修复材料、几丁糖防粘连材料、胶原和自固化磷酸钙材料、介入支架材料等一批具有自主知识产权的技术产品,3D打印、第一性原理、数值模拟、材料基因组、大数据和人工智能等数字化研发手段在生物医用材料开发中得到进一步应用。

作为中国生物医用材料研发大军的一员,我们在大方向上攻克生物医用材料领域的国家“卡脖子”核心技术难点,助力解决粤港澳大湾区对医用新材料研发的迫切痛点。同时,也从点滴小事做起,力所能及地进行公益性科普,为国民提高科学素养贡献绵薄之力。


参考文章:陈学思,蓬勃发展的中国生物医用材料,科学通报,2021(18).

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