从经验到分子设计

4从经验到分子设计

人类早期的生物医学材料大多来自天然，随着材料科学的发展，许多合成的人工材料也被用作生物医学材料。过去人们对生物医学材料的研究主要在于寻找适合用于生物医学的天然或已有的人工合成材料，这存在着很大的局限，因为已有的材料很难完全满足生物医学的要求。在这时期，人们仍处于生物医学材料研究的初级阶段。为了更进一步发展新的生物医学材料，人们不仅从已有的材料中发展生物医用材料，还根据医学的要求，设计、制造全新的生物医学材料。以前生物医学材料仍处于经验阶段，即根据经验寻找新的生物材料，而今天可以根据需要，采用分子设计的原理，设计制造新的生物材料。

人们要通过分子设计来设计制造新的生物材料或改进材料并非一日之功，从经验阶段到分子设计需要一段相当长的过程，这一过程主要包括三个阶段：①经验积累阶段，这一个长期而任务艰巨的阶段，需要积累大量的经验才能了解材料结构与生物性能之间的关系。②资料分析及总结阶段，在这一阶段需要对以前生物医学材料研究的成果进行分析总结，阐明生物材料结构与生物性能特别是生物相容性之间的关系，并建立系统的数据库，为今后生物材料的分子设计打下基础。③分子设计阶段，利用已积累的经验和资料，根据已阐明的材料结构与性能的关系设计结构合理的生物医学材料，并对所设计的生物材料进行调试和不断改进，最终制造出最适合人类需要的生物医学材料。

不管选用哪种生物材料或设计制造新的生物材料，都涉及材料与人体的关系问题，即二者之间的相容性问题。生物相容性的问题是目前生物材料研究最难解决也最需解决的问题，分子设计为解决这一问题提供了一把金钥匙。通过分子设计可以改善材料结构性质以达到抗凝血的目的。抗凝血问题是长期困扰生物材料应用的一道难题，将高分子材料浸于肝素或者直接使材料与肝素化合，这样处理过的高分子可保持24小时在体内不会凝血，改变处理条件可延长抗凝血时间。而进一步的分子设计可以合成肝素的类似物作为生物材料以达到长期抗凝血目的。此外，还可通过分子设计使材料表面与血管内皮一样带有负电荷，这种材料的表面抗凝血效果比较理想。

今后生物材料研究的主要趋势是继续筛选现有的和新出现的各种材料；深入研究材料的组织相容性、血液相容性、生理机械性能和耐生物老化性。加强材料表面修饰和生物化处理的方法研究，注意材料结构与性能关系的研究，积累数据资料，逐步发展生物材料的分子设计，在改性和分子设计基础上合成新的生物材料，重点研究材料的一次结构及表面高次结构与活体组织的相容性，血液相容性及体内耐老化性的关系，并吸收工业材料以物性为设计目标的分子设计成果，逐步形成完整的生物材料分子设计的理论方法，用于指导新材料的开发。