放射论文——碘125在生物医学中的应用

第一篇：放射论文——碘125在生物医学中的应用

碘125在生物医学中的应用

【摘要】碘125作为一种人工放射性核素，由于其衰变过程简单，释放出的光子能量相对低，以及其半衰期相对较短等优点，广泛的应用于生物医学方面。如骨密度测定，甲状腺肿瘤活组织检查，放射免疫，以及X射线荧光分析等，但目前其最重要的应用还是在肿瘤治疗方面。本文将对碘125的基本性质，制备，以及应用做介绍。

【关键词】碘125 放射性核素 骨密度测定 放免

放射自显影 X射线荧光分析 肿瘤治疗

碘125是碘的一种人工放射性核素，其衰变方式为轨道电子俘获衰变。衰变方程为

12553125125I01e52TevQ，其中52Te是Te的一种稳定性核素。发射的γ射线能量为0.03548兆电子伏，半衰期为60.14天，由于其能量合适，半衰期适中，使其在生物医学中有着广泛的应用。

1.碘125的制备

碘125作为一种具有广泛肿瘤治疗应用的放射性核素，其制备工艺就显得相当重要。按辐照靶件主要分为3类。主要的方法为直接将天然氙气或者低浓缩241Xe制成高压气体靶件入反应堆辐照，此方法缺点为气体靶件制作相对困难，但由于其简易的优点，使它成为很多发展中国家的选择。有些则采用将其制成氟化氙固体靶件再入堆辐照，此方法则规避了气体靶件制作的困难，但在反应堆内氟化氙容易分解生成气体氟和氙，不利于反应堆的安全运行。还有部分发达国家则采用一种需要高投资，复杂设备，技术难度大的方法，即将高浓缩的241Xe在堆内辐照。由于其以上缺点，因此仅有极少数发达国家使用。

2.碘125应用

碘125的应用范围非常广泛。利用其低能内转换电子，可以进行放射自显影，如作甲状腺肿瘤活组织检查；碘125能发射能量适宜的单能光子（即低能γ射线）,可用它做成简便、精确度高、剂量率低的骨密度精确测定装置；用碘125做成的低能光子源还可用于X射线荧光分析，来测定元素周期表上从砷到镉许多元素的含量。此外碘 125还可作为标记试剂来标记各种各样的化合物，尤其是体外放射性免疫分析用的制剂。而目前碘125最广泛也最引人注目的应用则是在肿瘤的治疗方面。2.1放射自显影

放射自显影法是使用照相干板或乳剂来观察生物体内放射性物质的摄取，借以测量生物体内物质的分布、转移、代谢的细胞化学和组织化学的方法。即摄取了特定的放射性物质的压展标本和切片标本或活体在暗室中与照相乳剂紧密接触放置。在由生物体内摄取的放射性物质发出的射线而感光的部位上，经过显影，黑色呈像的银粒子就显示出来了。

碘125在这方面的应用主要反映为甲状腺肿瘤活组织检测。因为甲状腺使人体内对碘利用最多的器官。因此当人摄入带有放射性的碘元素——如碘125（但碘131应用的更多）时，它们就会富集在甲状腺。通过放射自显影技术即可得到甲状腺的形状，从而可以推断肿瘤的有无。当然这只是放射自显影的一个例子，实际上可以用来做显影剂的放射性化合物种类很多。

2.2X射线荧光分析 当用能量足够高的X射线(或电子)照射试样时,可激发出来光，激发出来的光叫X射线荧光.利用分光计分析X射线荧光光谱,鉴定样品的化学成分称为X射线荧光分析.X射线荧光分子的原理是:利用样品中元素的原子受到高能X射线照射时,即发射出具有一定特征的X射线谱,特征谱线的波长只与元素的原子序数(Z)有关,而与激发X射线的能量无关.谱线的强度和元素含量的多少有关,所以测定谱线的波长,就可知道试样中包含什么元素,测定谱线的强度,就可知道该元素的含量。

碘125可以放射出低能γ射线，同样可以用于照射样品，分析样品的X射线荧光，得到样品的化学元素种类，以及各种化学元素的含量。

2.3骨密度测量

骨密度是骨矿密度的简称，骨矿密度的高低与骨质的脆性及强度相关。因此，骨矿密度可作为诊断骨质疏松、预测骨质疏松性骨折风险、监测自然病程以及评价药物疗效的定量指标。骨密度的测量方法有很多种，比如：单光子吸收；双能光子吸收；双能X线吸收法；定量CT(QCT)；定量超声(QUS)。这些方法各有优缺点，因为仅在单光子吸收法中有应用到碘125，因此这里仅介绍单光子吸收法。

单光子吸收法应用于单光子吸收骨密度仪(SPA)中。其工作原理为利用放射性核素241Am（或碘125）发射的射线（767 KeV/35.48keV)穿过骨组织后，射线的能量会因为骨矿的吸收而衰减。而衰减的程度则与骨矿含量成正比。单光子吸收仪一般是以镅241为放射源，因为其能量合适，而且半衰期长达400多年，因此购买的单光子吸收仪就可以永久的不换放射源。而碘125则由于其能量过小而无法运用于人体的骨密度测量，但可用于小动物（如鸡、鼠、猴）骨矿密度的测量。SPA由于具有重复精度好、辐射量小的优点，因此广泛在我国应用。但是它也有一些缺点如：不能消除人体软组织对吸收测量的影响，因此主要用于桡尺骨远端15%和中下1/3处骨矿物质含量的测定，对于髋骨和腰椎等深部则无法测量。

2.4放射免疫分析法

放射免疫分析法是利用同位素标记的与未标记的抗原同抗体发生竞争性抑制反应的放射性同位素体外微量分析方法。又称竞争性饱和分析法。

常用于标记抗原的放射性同位素有3H、125I、131I 等。125I 和131I原子的化学性质比较活泼,标记方法简便,不论多肽、蛋白质或小分子半抗原均可进行碘标记。有些半抗原不能直接用碘标记, 常常接上一个酪氨酸再以碘标记,以减少标记抗原免疫化学活性的损失。

免疫放射分析法法的优点是灵敏、特异、简便易行、用样量少等，常可测至皮摩尔。本法虽然也用放射性物质，但一般都是在测试样品时再加入标记的同位素示踪物，此示踪物的放射性强度极低，一般不会对实验者引起辐射损伤。本法的缺点是有时会出现交叉反应、假阳性反应，组织样品处理不够迅速，不能灭活降解酶和盐及pH有时会影响结果等。

在这种方法的基础上，近年来又发展了其他免疫分析法，用其他有特殊性质的物质（比如能在能发荧光的物质）代替放射性同位素来标记抗原，同样利用标记与未标记抗原与抗体的竞争性结合，然后用适宜方法测定。其中研究较多的是荧光免疫分析，采用荧光化合物标记抗原，结合分离后通过荧光值的测定进行定量分析。这两种方法各有自身的优缺点，实际中应根据需求选择。

2.5肿瘤治疗

肿瘤是目前世界上的第二大疾病，其治疗困难。一般的手术切除很有可能会造成肿瘤转移；而放化疗对人体细胞无特异性，对人体伤害大，而且容易产生耐药性。在这样的情况下，碘125粒子治疗手段应运而生，并以其较多的优点在肿瘤治疗上显示出广泛的应用前景，比如目前碘125粒子植入广泛应用于前列腺癌、脑瘤、肝癌、眼部肿瘤、肺癌、胰腺癌、胃癌、直肠癌及盆腔等部位肿瘤的治疗。

碘125杀死肿瘤细胞的机制为碘125放射性粒子发射出的射线作用于有丝分裂期细胞正在复制的的DNA断裂，导致细胞突变乃至死亡。此外射线还可以使水电离产生自由基，这些产生的自由基可做用于生物大分子从而导致组织或细胞损伤。当然主要影响是前者。这也是为什么传统放疗会产生耐受性的原因。在肿瘤组织中，由于不正常血管的产生，很多肿瘤细胞变成了乏氧细胞，乏氧细胞代谢低于正常，对射线的敏感性较低。而碘125发射出的γ射线则能使这些乏氧细胞再氧化，从而大大提高了放疗的效果。

具体到应用，组织间粒子植入分为短暂性植入和永久性植入两种。短暂性植入根据治疗计划将放射源植入到肿瘤，经过一段时间达到处方剂量后将放射源取出。短暂性插植使用的主要是初始放射剂量率较高的核素，如192Ir，60Co。永久性植入是根据治疗计划将放射性粒子植入肿瘤内部，永远保留在体内，不再取出。永久植入使用的放射源主要是初始剂量率较低的核素，如125I,103Pd。放射性粒子的选择主要取决于肿瘤的病理及植入治疗的种类，主要依据放射源半衰期的长短、射线的类型、能量、核素丰度及原子序数。目前我国采用的粒子植入术主要应用碘125粒子。

我国临床上用于治疗肿瘤的碘125 籽源为6711 型。外包壳材料为钛管, 其外径长度为4.5 mm, 宽度为0.8 mm;内核材料为银丝, 长3 mm, 宽0.5 mm;银丝表层镀有碘125。一般是采用在超声或者CT的引导下将碘125粒子利用粒子针定向的植入到肿瘤组织或者结合手术在整块切除肿瘤的基础上,向淋巴引流区域种植放射微粒。

具体来说碘125粒子植入需要严密的术前计划。即在术前一周进行CT扫描，通过计算机三维计划系统进行计划，提供植入粒子数目，活度及位置信息。手术过程需要麻醉，然后在CT或者超声等的引导下植入粒子针，植入粒子后再次CT扫描，了解粒子分布，必要时补种粒子。手术之后还要进行术后验证，避免由于粒子移位，手术误差可能引起粒子空间分布改变，做法是将术后CT图像输入计划系统进行质量验证。此外还要在术前30分给与常规的止血止痛药，术后给予抗生素治疗三天，预防感染。

碘125的治疗优点主要是1.它的放射能量低,对周围健康组织没有损害；2.照射距离短,只有1.7 cm，对医生和家属没有损害；3.它可以持续24 h不间断杀灭肿瘤细胞；4.粒子作用时间长，可达200 d(3个半衰期)。当然它也有一定的缺点，如对弥漫性转移灶，比如癌性腹水、癌性胸水，全身广泛转移等效果不好。

上述为碘125的应用概况，实际目前碘125应用较多的还是在肿瘤治疗方面。由于其在肿瘤治疗方面的种种优势，同时还有的一些缺陷，使得碘125在肿瘤治疗有着广阔的应用前景。此外放射免疫以及免疫放射方面，虽然应用较多，但是由于此方法自身的局限性，以及其他新兴方法的产生，此方法的应用受到一定的约束。在其他应用方面却由于碘125自身的特性，使其应用相对不是那么广泛。

【参考文献】

1.碘一125 生产工艺研究 刘宜树 韩东乔 中国知网

2.碘_125粒子靶向种植治疗在直肠癌治疗中的应用 包头医学院学报

3.125Ⅰ粒子组织间永久植入在腹膜后肉瘤切除术中的应用 JOURNAL OF BASIC AND CLINICAL ONCOLOGY 4.用碘_125_治疗不能切除的胰腺癌 中国临床医学

5.肿瘤微创治疗进展放射性粒子植入治疗

武汉梨园医院 6.放射性碘125粒子植入治疗头颈部肿瘤

放射医学基础与临床 7.碘125籽源在胃癌术中植入治疗中的应用 华西医学 2009, 24(2)

第二篇：纳米技术在生物医学的应用(论文)已排版

纳米技术在生物医学的应用

林雪莹

职业技术学院

暖通101班

201036630115

摘要:

纳米技术与生物化学、分子生物学整合将对21世纪的生物医学产生深刻的影响。它将利用生物大分子进行物质的组装、分析与检测技术的优化、并将药物靶向性与基因治疗等研究引入微型、微观领域，用纳米生物技术检测是否患有癌症只用几个细胞。

关键词:

纳米技术；纳米生物学；DNA技术

最近美国《商业周刊》列出了21世纪可能取得重大突破的三个领域：一是生命科学和生物技术；二是从外星球获取能源；三是纳米技术。所谓纳米技术(Nanotechnology)是指在小于100 nm的量度范围内对物质和结构进行制造的技术，其实就是一种用单个原子、分子制造物质的科学技术。纳米技术在新世纪将推动信息技术、生物医学、环境科学、自动化技术及能源科学的发展，将极大的影响人类的生活，衣、食、住、行、医疗等方面。本文将围绕纳米技术给21世纪的生物医学可能带来影响作一概述。纳米生物学的研究对象

有人把在纳米尺度(水平)上研究生命现象的生物学叫做纳米生物学。纳米结构通常指尺寸在1 nm～100 nm范围的微小结构。1纳米等于10-9m，即1m的十亿分之一。我们知道，细胞具有微米(10-6m)量级的空间尺度，生物大分子具有纳米量级的空间尺度。在它们之间的层次是亚细胞结构，具有几十到几百纳米量级的空间尺度。显然在纳米水平上研究生命现象的纳米生物学，它的研究对象就是亚细胞结构和生物大分子体系。由于纳米微粒的尺寸一般比生物体内的细胞、红细胞小得多，这就为生物学研究提供了一个新的研究途径即利用纳米微粒进行细胞分离、疾病诊断，利用纳米微粒制成特殊药物或新型抗体进行局部定向治疗等。纳米技术在生物医学方面的应用

2.1 测量和控制生物大分子

纳米技术与扫描探针显微镜(Scanning probe microscopes,SPMs)相结合，便具有了观察、制造原子水平物质结构的能力，为生物医学工作者提供了直接在亚细胞水平或分子水平研究生命现象的应用前景。扫描探针显微镜是指利用扫描探针的显微技术，常用的有扫描隧道显微镜(STM,它是Scanning Tunneling Microscope的简称)和 原子力显微镜(AFM,它是Atomic Force Microscope的简称)。STM的原理是利用电子隧道效应测量探针和样品间微小的距离，又将探针沿样品表面逐点扫描，从而得到样品表面各点高低起伏的形貌。当探针和样品表面间的距离非常近达到一个纳米时，同时在它们之间施加适当电压，在它们之间会形成隧道电流，这就是电子隧道效应。这时探针尖端便吸引材料的一个原子过来，然后将探针移至预定位置，去除电压，使原子从探针上脱落。如此反复进行，最后便按设计要求“堆砌”出各种微型构件。

Hafner(1999)报道了碳纳米管的制备方法，整个过程如同用砖头盖房子一样。隧道电流的大小和探针与表面间的距离有关，因此通过隧道电流的测量可以确定这距离的值。STM观测的样品要有导电性，用AFM就没有这种要求。AFM的原理是用探针的针尖去“触摸”样品表面，将探针沿表面逐点扫描，针尖随着样品表面的高低起伏作上下运动。用光学方法精确测量针尖这种上下运动，就可以得到样品表面高低起伏的图像。用AFM还可以测量分子间作用力的大小以及不同环境中分子间作用力大小的变化。扫描探针显微镜又是操作生物大分子的工具。用它们可以扭转或拉伸生物大分子，从而研究单个生物大分子的运动学特性。STM和AFM在平行于样品表面的方向上的空间分辨率达到0.1 nm。已知样品中原子间距离的量级是0.1 nm，所以STM和AFM的空间分辨率达到了分辨单个原子的水平。它的时间分辨率取决于要扫描的样品范围和像素点数目，用它们测量固定观测点时，时间分辨率达到ns甚至ps，扫描一幅面积是10 nm×10 nm的样品时，中等象素密度的时间分辨率约是1秒。显而易见，利用STM、AFM等技术，好象使用“纳米笔”一样，可以操纵原子分子，在纳米石版印刷术中构造复杂的图形和结构。

2.2 磁性纳米粒子的应用

德国学者报道了含有75%～80%铁氧化物的超顺磁多糖纳米粒子(200～400 nm)的合成和物理化学性质。将它与纳米尺寸的SiO2相互作用，提高了颗粒基体的强度，并进行了纳米磁性颗粒在分子生物学中的应用研究。试验了具有一定比表面的葡聚糖和二氧化硅增强的纳米粒子。在下列方面与工业上可获得的人造磁珠作了比较：DNA自动提纯、蛋白质检测、分离和提纯、生物物料中逆转录病毒检测、内毒素清除和磁性细胞分离等。例如在DNA自动提纯中，用浓度为25 mg/mL的葡聚糖 nanomag R和SiO2增强的纳米粒子悬浊液，达到了≥300 ng/ μL的DNA型1～2 KD的非专门DNA键合能力。SiO2增强的葡聚糖纳米粒子的应用使背景信号大大减弱。此外，还可以将磁性纳米粒子表面涂覆高分子材料后与蛋白质结合，作为药物载体注入到人体内，在外加磁场2125×103/π(A/m)作用下，通过纳米磁性粒子的磁性导向性，使其向病变部位移动，从而达到定向治疗的目的。例如10～50 nm的Fe3O4的磁性粒子表面包裹甲基丙烯酸，尺寸约为200 nm，这种亚微米级的粒子携带蛋白、抗体和药物可以用于癌症的诊断和治疗。这种局部治疗效果好，副作用少。

2.3 纳米脂质体—仿生物细胞的药物载体

脂质体（Liposome)是一种定时定向药物载体，属于靶向给药系统的一种新剂型。20世纪60年代，英国Bangham AD首先发现磷脂分散在水中构成由脂质双分子层组成的内部为水相的封闭囊泡，由双分子磷脂类化合物悬浮在水中形成的具有类似生物膜结构和通透性的双分子囊泡称为脂质体。70年代初，Rahman YE等在生物膜研究的基础上，首次将脂质体作为酶和某些药物的载体。纳米脂质体作为药物载体的优点：①由磷脂双分子层包封水相囊泡构成，与各种固态微球药物载体相区别，脂质体弹性大，生物相容性好；②对所载药物有广泛的适应性，水溶性药物载入内水相，脂溶性药物溶于脂膜内，两亲性药物可插于脂膜上，而且同一个脂质体中可以同时包载亲水和疏水性药物；③磷脂本身是细胞膜成分，因此纳米脂质体注入体内无毒，生物利用度高，不引起免疫反应；④保护所载药物，防止体液对药物的稀释，及被体内酶的分解破坏。纳米粒子将使药物在人体内的传输更为方便。对脂质体表面进行修饰，譬如将对特定细胞具有选择性或亲和性的各种配体组装于脂质体表面，以达到寻靶目的。以肝脏为例，纳米粒子—药物复合物可通过被动和主动两种方式达到靶向作用：当该复合物被Kupffer细胞捕捉吞噬，使药物在肝脏内聚集，然后再逐步降解释放入血液循环，使肝脏药物浓度增加，对其它脏器的副作用减少，此为被动靶向作用；当纳米粒子尺寸足够小约100～150 nm且表面覆以特殊包被后，便可以逃过Kupffer细胞的吞噬，靠其连接的单克隆抗体等物质定位于肝实质细胞发挥作用，此为主动靶向作用。用数层纳米粒子包裹的智能药物进入人体后可主动搜索并攻击癌细胞或修补损伤组织。

纳米粒作为输送多肽与蛋白质类药物的载体是令人鼓舞的，这不仅是因为纳米粒可改进多肽类药物的药代动力学参数，而且在一定程度上可以有效地促进肽类药物穿透生物屏障。纳米粒给药系统作为多肽与蛋白质类药物发展的工具有着十分广泛的应用前景。

2.4 DNA纳米技术和基因治疗

DNA纳米技术(DNA nanotechnology)是指以DNA的理化特性为原理设计的纳米技术，主要应用于分子的组装。DNA复制过程中所体现的碱基的单纯性、互补法则的恒定性和专一性、遗传信息的多样性以及构象上的特殊性和拓扑靶向性，都是纳米技术所需要的设计原理。现在利用生物大分子已经可以实现纳米颗粒的自组装。将一段单链的DNA片断连接在13 nm直径的纳米金颗粒A表面，再把序列互补的另一种单链DNA片断连接在纳米金颗粒B表面，将A和B混合，在DNA杂交条件下，A和B将自动连接在一起。利用DNA双链的互补特性，可以实现纳米颗粒的自组装。利用生物大分子进行自组装，有一个显著的优点：可以提供高度特异性结合，这在构造复杂体系的自组装方面是必需的。

美国波士顿大学生物医学工程所Bukanov等研制的PD环(PDloop)(在双链线性DNA中复合嵌入一段寡义核苷酸序列)比PCR扩增技术具有更大的优越性；其引物无须保存于原封不动的生物活性状态，其产物具有高度序列特异性，不像PCR产物那样可能发生错配现象。PD环的诞生为线性DNA寡义核苷酸杂交技术开辟了一条崭新的道路，使从复杂DNA混合物中选择分离出特殊DNA片段成为可能，并可能应用于DNA纳米技术中。

基因治疗是治疗学的巨大进步，质粒DNA插入目的细胞后，可修复遗传错误或可产生治疗因子(如多肽、蛋白质、抗原等)。利用纳米技术，可使DNA通过主动靶向作用定位于细胞；将质粒DNA浓缩至50～200 nm大小且带上负电荷，有助于其对细胞核的有效入侵；而最后质粒DNA插入细胞核DNA的准确位点则取决于纳米粒子的大小和结构。此时的纳米粒子是DNA本身所组成，但有关它的物理化学特性尚有待进一步研究。

2.5 纳米细胞分离技术

20世纪80年代初，人们开始利用纳米微粒进行细胞分离，建立了用纳米SiO2微粒实现细胞分离的新技术。其基本原理和过程是：先制备SiO2纳米微粒，尺寸大小控制在15～20 nm,结构一般为非晶态，再将其表面包覆单分子层。包覆层的选择主要依据所要分离的细胞种类而定，一般选择与所要分离细胞有亲和作用的物质作为附着层。这种SiO2纳米粒子包覆后所形成复合体的尺寸约为30 nm。第二步是制取含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液，适当控制胶体溶液浓度。第三步是将纳米SiO2包覆粒子均匀分散到含有多种细胞的聚乙烯吡咯烷酮胶体溶液中，再通过离心技术，利用密度梯度原理，使所需要的细胞很快分离出来。此方法的优点是：①易形成密度梯度；②易实现纳米SiO2粒子与细胞的分离。这是因为纳米SiO2微粒是属于无机玻璃的范畴，性能稳定，一般不与胶体溶液和生物溶液反应，既不会沾污生物细胞，也容易把它们分开。发展趋势

跨入21世纪后的未来二三十年，数学、化学、物理学等基础研究的进展将扩大纳米技术的应用范围，使纳米技术与物医学的联系更加紧密，其发展趋势是：①生体相容性好的钛合金等物质将逐步开发，并进入临床试验阶段；②纳米技术与分子生物学技术相结合，将有助于揭示生物大分子各级结构与功能的破译；③纳米生物技术将使药物的生产实现低成本、高效率、自动化、大规模，而药物的作用将实现器官靶向化； ④纳米生物技术应用于分子之间的相互作用、分子复合物和分子组装的研究将在病毒结构、细胞器结构细节和自身装配机制上取得进展；⑤纳米生物技术将使生物活性分子诊断、检测技术向微型、微观、微量、微创或无创、快速、实时、遥距、动态、功能性和智能化的方向发展。

有人预测，二三十年后，医生使用纳米技术只需检测几个细胞就能判断出病人是否患上癌症或判断胎儿是否有遗传缺陷。妇女怀孕8个星期左右，在血液中开始出现非常少量的胎儿细胞，用纳米微粒很容易将这些胎儿细胞分离出来进行诊断。在人工器官外面涂上纳米粒子可预防移植后的排异反应。使用纳米技术的新型诊断仪器只需检测少量血液，就能通过其中的蛋白质和DNA诊断出各种疾病。【参考文献】

［1］ Keahler T.Nanotechnology: basic concepts and definitions［J］.Clin Chem,1994，［2］ Permiakov NK,Ananian MA,Sorokovoi VI,et al.Scanning probe microscopy and medico biological nanotechnology:history and prospects［J］.Arkl Patol,1998，［3］Heinz WF,Hoh JF.Spatially resolved force spectroscopy of biological surfaces using atomic force microscopy［J］.Trends Biotechnol,1999

［4］ Hafner JH,Cheung CL,Lieber CM.Direct growth of single walled carbon nanotube scanning probe microscopy tips［J］.J Am Chem Soc,1999

［5］唐孝威，胡钧.测量和控制生物大分子［J］.世界科技研究与发展,2000，［6］Piner RD,Zhu J,Xu F,et al.Dippen nanolithography［J］.Science,1999

［7］许孙曲，徐小妹编译.用新型二氧化硅增强的磁性纳米粒子作分子生物学研究的工具［J］.国外医学生物医学工程分册,2000，［8］Carino GP,Mathiowitz E.Advanced drug delivery［J］.Reviews,1999,35:249.［9］Seeman NC.DNA nanotechnology:novel DNA constructions［J］.Annu Rev Biopgys Biomol

struct,1998

［10］Mirkin CA,Letsinger RL,Mucic RC,et al.A DNA based method for rationally assembling nanoparticles into maeroscopic materials［J］.Nature,1996,382(6592): 607.［11］Bukanov NO,Demidov VV,Nielsen PE,et al.PDloop: a complex of duplex DNA with an oligonucleotide［J］.Proc Natcl Sci USA,1998,95(10):5516.［12］Schofield JP,Caskey CT.Nonviral approaches to gene therapy［J］.Br Merd Bul,1995，［13］刘玲编译.钛和贱金属合金金属陶瓷冠的适合性［J］.国外医学生物医学工程分册,2000

［14］魏红，李永国.纳米技术在生物医学工程领域的应用—研究现状和发展趋势［J］.国

外医学生物医学工程分册，1999

第三篇：无机非金属材料在生物医学的应用

无 机 非 金 属

材 料 在 生

物 医 学 的 应 用

所谓无机非金属材料（inorganic nonmetallic materials），就是指是以某些元素的氧化物、碳化物、氮化物、卤素化合物、硼化物以及硅酸盐、铝酸盐、磷酸盐、硼酸盐等物质组成的材料。是除有机高分子材料和金属材料以外的所有材料的统称。传统的无机非金属材料在其化学组成上主要属于硅酸盐范畴。无机非金属材料种类繁多，具体可分为陶瓷，水泥，耐火材料，复合材料，非金属矿物材料等。其生产过程特点：一是共性，即有关原料，粉制备，成型等一系列过程。二是个性，即每种无机非金属材料都具有各自的特性。无机非金属材料在生物医学方面的应用主要是在以生物陶瓷材料，以及陶瓷基复合材料等的应用为主。

生物陶瓷材料主要包括生物惰性陶瓷、生物活性陶瓷和生物复合材料三类。其应具有生物相容性，力学相容性；与生物组织有优异的亲和性；灭菌性并具有很好的物理、化学稳定性等。这类无机非金属材料在医学方面的应用主要介绍：生物惰性的氧化铝陶瓷，氧化锆陶瓷；生物活性的羟基磷灰石(HAP),生物活性玻璃，微晶化生物活性玻璃；生物陶瓷的性能要求：第一，生物相容性要求生物相容性是指植入人体内的生物医用材料及各种人工器官、等医疗器械，必须对人体无毒性、无致敏性、无刺激性、无遗传毒性和无致癌性，对人体组织、血液、免疫等系统不产生不良反应。第二生物力学与生物学性能要求材料的力学性能与机体组织的生物力学性能相一致，不产生对组织的损伤和破坏作用。第三，具有良好的加工性和临床操作性生物陶瓷植入的目的，是通过人工材料替代和恢复各种原因成的牙和骨缺损，就要求植入的生物陶瓷具有良好的加工成形性，且在临床治疗过程中，操作简便，易于掌握。第四，具有耐消毒灭菌性能生物陶瓷材料是长期植入体内的材料，植入前须进行严格的消毒灭菌处理。生物惰性陶瓷主要是指其化学性能稳定，生物相容性好的陶瓷材料。AL203陶瓷是以α-Al2O3为主晶相的陶瓷材料，其具有良好的机械强度，高的耐磨损等性能。其成型的工艺与陶瓷材料成型工艺大体相同，主要是粉末的制备，成型以及烧结。而在医用方面的氧化铝陶瓷材料则是α-Al2O3多孔陶瓷材料，其制备过程中对孔径的控制要求极为严格。因此多采用的是溶胶凝胶法改善氧化铝多孔陶瓷孔径分布的控制、相变、纯度及显微结构。用溶胶一凝胶法制备氧化铝多孔陶瓷的工艺为：采用铝粉在氯化铝溶液中水解，得到铝溶胶，并直接将成孔剂与之混合，进行成型、烧成制得产品。这样被用于制作人工髋关节、人造膝关节、人工牙根和骨骼固定螺钉及修补角膜等。但由于氧化铝陶瓷同样具有脆性大，机械加工困难等特点，其用于医用还需进一步的研究应用。现有在羟基磷灰石引用AL203来达到人工骨的修复。其特点是利用羟基磷灰石良好的生物活性和生物相容性以及AL203的高强度，高机械性能特点来提高其综合的力学性能，能够很好的弥补AL203的不足。很好的满足了人工骨的修复需求。氧化锆陶瓷是以稳定的立方型氧化锆ZrO2为主晶相的陶瓷。具有优异的力学（最高的断裂韧性）和耐磨和耐腐蚀性等性能。其主要应用在机械，电工方面。而在医用领域的应用则是以氧化锆生物陶瓷材料应用的。其制备方法是各种沉淀法如共沉淀法获得超细的氧化锆粉末，然后通过干成型或湿成型法成型后进行烧结而成的。在医用中，氧化锆烤瓷牙是最常用的。烤瓷牙的好坏直接影响到患者的身体健康，而用氧化锆材质的烤瓷牙由于没有金属内冠层，牙齿透明度好，光泽度极佳，更有效避免了牙齿过敏和牙龈黑线等问题，具有足够好的遮色能力，能够完美解决牙患者的牙齿美容需求，而且氧化锆材质的强韧性弥补了普通烤瓷牙易蹦缺的缺点，生物相容性好，不刺激口腔粘膜组织，易于清洁，是目前国内外最优质的烤瓷牙。生物活性是指移植材料的分界面激发特定的生物反应，最终导致在材料和组织之间的骨形成。这类陶瓷在生物体内基本不被吸收，材料有微量溶解，能促进种植体周围新骨组成，并与骨组织形成牢固的化学键结合。羟基磷灰石(hydroxyapatite，简称HA 或HAP)羟基磷灰石是人体和动物骨骼的主要无机成分，结构上与天然骨盐大体一致，有极好的生物相容性、骨传导性以及骨键合能力，无毒副作用，用于骨修复及替代材料。但同时，其自身强度较低，力学性能较差。羟基磷灰石主要是通过水热反应以及沉淀法获得的。其同时也可以用于义眼片。这里由于其的力学性能不是很好，因此导致了在运用的过程中不是很好的满足医学的需求。在以羟基磷灰石为原料，在其中添加氧化铝以增加其综合的机械性能的办法很好的改善了羟基磷灰石的力学性能，同时还利用了其生物相容性。

同时，纳米羟基磷灰石在医用方面也有应用。n H A是一种性能优良的无机陶瓷材料、生物学活性好。n H A粒子的大小为 1～1 0 0 n m，由于其与 H A相比具有溶解度较高、比表面积(S S A)大的优点，因而具有更好生物学活性，骨植人体的伸强度更高，疲劳抗力也相应提高。最主要的是其可以匹配人体不同地方骨的生长速度相应的降解速度，而且与人体不产生排斥反应。因此其在医学领域的应用被广泛关注，但大多数还属于临床应用阶段，用于实际还需要一定的时间和条件。

生物活性玻璃与普通玻璃的不同之处在于其具有生物活性，能够很好的与生物组织相容。将生物玻璃植入人体骨缺损部位，它能与骨组织直接结合，起到修复骨组织、恢复其功能的作用。其制备技术与普通玻璃大体相同，但是为了保护其的生物活性性能，常常采用溶液-凝胶法制备其粉体。由于其机械强度较低，也因此一般用于较小的骨修复材料，如耳小骨、指骨，人工牙齿及关节。最值得一提的是生物玻璃对癌症的治疗，主要是在生物玻璃中加入一些磁性物，铁酸锂或者其他热源性材料，用于热种子治疗癌症肿瘤。

微晶玻璃属于复合材料，将加有晶核剂的特定组合的玻璃，在有控条件下进行晶化热处理，成为具有微晶体和玻璃相均匀分布的材料。其比普通玻璃的机械性能强，并且在光亮度和其他力学性能上都要比普通玻璃好。微晶玻璃有很多种，一般用于生物医学的称为生物微晶玻璃 也可以称为微晶陶瓷。其之所以称为微晶玻璃是因为结晶后在显微镜下可以看见其析出了许多细小的晶粒。微晶玻璃也是生物玻璃，在用于医学领域时，一般在是其表面生成羟基磷灰石等生物活性材料而成的或者在玻璃组成中引入 CaO 和P2O5,通过热处理得到优良的羟基磷灰石。用于牙齿的修复等，特别是其中的可切割生物微晶玻璃，由于其可以通过机械加工的方法制成不同形状的样品而不会破坏其生物活性，因此多用于骨替复材料。其与单纯的羟基磷灰石相比，由于含有一定量的玻璃相，因此可以在很大范围内调整组分，适应性更强。同时其化学稳定性更好，由于玻璃相存在又可以根据要求的不同制作成不同形状的医用替代材料。当然，医用微晶陶瓷材料也采用了一些增韧方法，如自身增韧，金属增韧，纤维增韧等，用于进一步提高其机械强度。

陶瓷基复合材料是一类以陶瓷为基体，在其中加入一些增韧材料而形成的复合材料。如以HAP为基体的陶瓷材料，在其中加入纤维或者一些晶须来增加自身的强度，以达到医用的高强度使用的要求。也可以采用颗粒增韧的方法来提高。这类复合材料在医用上主要用于骨替代材料等。

当然，同时还有其他种类的复合材料用于医学方面。可见，无机非金属材料在生物医学领域的应用非常的广泛。在我国，上海硅酸盐研究所在生物医用材料与组织工程、生物纳米技术及生物材料表面工程等三方面开展了研究，用无机非金属制作的人工骨，骨植入材料以及生物陶瓷取得了很大的进步。还有华东理工大学研制了磷酸钙人工骨(CPC)，它可自行固化，具有生物相容性，能降解吸收，可在人体骨缺损部位准确塑形。这些都只是用于生物领域的一小部分。从当今社会科技发展的速度来看，未来无机非金属材料的应用会越来越重视，尤其是其在生物领域的作用会受到更为广泛的关注。

文献摘要：

1，无机非金属复合材料及其应用 刘雄亚 郝元恺等，化学工业出版社 2006年。

2，无机非金属材料制备方法 高积强等，西安交通大学2009 3，无机非金属材料性能 贾德昌等，科学出版社 2008年

4，生物陶瓷的应用发展，展望 钱国栋，王民权 浙江大学 材料科学与工程第49期

5，氧化铝陶瓷的应用 张小锋 于国强 姜林文 景德镇陶瓷学院 6，氧化铝陶瓷的应用发展 朱志斌 郭志军 刘英 王慧 陈秀峰

(山东中博先进材料股份有限公司 淄博 2 5 5 0 3 1)7，氧化铝陶瓷生产工艺中的质量控制, 付 鹏 刘卫东 吴细桂

(华南理工大学材料学院 广州 510641)8, a一氧化铝在新型氧化铝陶瓷中的应用 张丽娅 王向丽 崔建奇(中国长城铝业公司)9，氧化锆材料种类及应用任永国1，刘自强1，杨 凯 2，周焕忠 2，顾幸勇（北京晶莱陶瓷制品有限公司，北京 101500； 景德镇陶瓷学院，景德镇 333000）10，氧化锆陶瓷制备及其应用 黄 勇，何锦涛，马 天

（清华大学材料科学与工程系新型陶瓷与精细工艺国家重点实验室，北京 100084）

11，惰性生物陶瓷在人工髋关节的应用 刘庆 张洪 北京积水潭医院 矫形骨科(北京 100035)12，人工关节材料的研究进展 陈铁柱李晓声 中国现代医药杂志2009年10月第ll 13，生物活性种植牙的研究进展 医学生家园

14，生物医用微晶陶瓷的研究进展 余丽萍，肖汉宁，胡鹏飞（1.湖南大学 材料科学与工程学院，； 2.湖南师范大学 化学化工学院，）

15，微晶玻璃制作 Special Column 专栏

16, 功能微晶玻璃的研究现状及发展趋势 肖汉宁 赵运才 刘付胜聪湖南大学材料科学与工程学院

17, 用于治疗癌症的生物玻璃 王昱，殷海荣(陕西科技大学材料科学与工程学院)18，陶瓷基复合材料的机理、制备、生产应用及发展前景

（姓名：王珍 学号：Z09016203）

19，陶瓷基复合材料的进展及应用 徐海江(航空航天部三部)20, 羟基磷灰石生物材料的研究现状、制备及发展前景 方丽 周永强 张卫珂。马景 云(1陕西科技大学材料科学 与工程学院)(2温州大学制笔重点实验室)(3山东大学材料液态结构及其遗传性教育部重点实验室)21,纳米羟基磷灰石粉体生物活性的研究 武汉理工大学 22，先进复合材料 鲁云等主编 机械工业出版社 2004年 23，多孔材料引论 刘培生等编 清华大学出版 2005年 24，生物陶瓷材料 谈国强等编

25，无机非金属纳米微粒的制备方法 孟季茹 赵 磊 梁国正 秦宇(西北工业大学)26，无机非金属材料微孔构造形成方法 徐慧忠

27，生物玻璃治疗胫骨骨折的疗效观察 郝思春，孙俊英 等 2004年 28，纳米羟基磷灰石研究进展 黄路 段晓明 南华大学研究生院 29，羟基磷灰石义眼移植研究 唐志强 倪建同 江苏省泰州市第四人民眼科中心

30，生物陶瓷材料（Bioceramic materia）陈德敏(上海第二医科大学附属第九人民医院，上海生物材料研究测试中心)31，无机非金属材料工艺学 王琦等主编 中国建材工业出版社 2005年

32，羟基磷灰石骨修复材料 张阳德 乐园 赵锌崎 中南大学卫生部肝胆肠卫生中心。

33生物医用纳米羟基磷灰石的制备及应用 中国组织工程研究与临床应用 李颖华 曹丽华。

34，生物活性玻璃陶瓷人工骨材料的研究进展 山东压料大学附属基院(2 5 o o 1 2)汤继文 张玉德 春梅

第四篇：生物医学材料研究进展论文

生物医学材料的研究进展

生工092班 范秋苹 090302219 生物医学材料是生物医学工程学的四大支柱之一。就学科研究的内容而言，涉及到化学、物理学、高分子化学、高分子物理学、无机材料学、金属材料学、生物化学、生物物理学、生理学、解剖学、病理学、基础与临床医学、药物学、药剂学等多门学科。为了达到满意的临床效果，还涉及到许多新的工程学和管理学的问题。生物医学材料在医学上的应用为医学、药学、生物学等学科的发展提供了丰富的物质基础，反过来这些学科的进步也不断地推动生物医学材料的进步发展。生物医学材料学正是多门学科的共同协作、互相借鉴、互相渗透、突破旧有学科的狭小范围而开创的一门新学科。这门学科作为材料科学的一个重要分枝，对于探索人类生命的奥秘、促进人类的文明发展，对于保障人类的腱康与长寿，必将作出重大的贡献。更可喜的是，随着生物医学材料的发展将诞生一系列崭新的高科技产品，一个新兴的产业——生物医学材料与制品业正在形成和发展之中，它在整个国民经济中的作用和地位必将随着时间的推移，受到世人的瞩目和重视。

生物医学材料：用于与生命系统接触和发生相互作用的，并能对其细胞、组织和器官进行诊断治疗、替换修复或诱导再生的一类特殊的，而对人体组织、血液不致产生不良影响的材料。

生物医学材料取得实质性进展开始于20世纪20年代

不锈钢：

1926 含18%铬和8%镍，首先应用于骨科治疗，随后应用于口腔科； 1934 研制出高铬低镍单相组织的AISI302和304，在体内生理环境下的耐腐蚀性显著提高；

1952 开发出耐蚀性更好的AISI316不锈钢，逐渐取代AISI302；

20世纪60年代 为解决不锈钢晶间腐蚀问题，研制出超低碳不锈钢AISI316L和317L；

钴镍合金：铸造钴镍合金首先在口腔中得到应用； 20世纪30年代末 应用于制作接骨板、骨钉等内固定器械； 50年代 成功制成人工髋关节；

60年代 研制出锻造钴铬钨镍合金和锻造钴铬钼合金，提高力学性能，并应用于临床；

70年代 研制出锻造钴铬钼钨铁合金和具有多相组织的MP35N钴铬钼镍合金，改善钴基合金抗疲劳性能，应用于临床；

钛、金属钛：具有优异的耐蚀性、生物相容性、密度低； 20世纪40年代 制作外科植入体； 50年代 用纯钛制作接骨板和骨钉；

70年代 Ti6A14V合金（强度比纯钛高，耐蚀性和密度与之相似）、TiSAl2.5Sn合金和钛钼锌锡等合金获得应用从而使钛和钛合金成为继不锈钢和钴基合金之后的又一类重要医用金属材料；

70年代后 NiTi系为代表的形状记忆合金逐渐在骨科和口腔科得到应用，并成为医用金属材料的重要组成部分。

生物陶瓷 ： 从20世纪60年代初开始应用于生物材料，例如：

多晶氧化铝陶瓷；低温各向同性碳；生物玻璃；羟基磷灰石（生物活性陶瓷）；生物陶瓷复合材料； 引入活体细胞或生长因子的生物陶瓷构架等。生物医用高分子 ： 始于20世纪50年代有机硅聚物的发展，例如： 有机硅聚合物；聚甲基丙烯酸甲脂（骨水泥）；

生物医用高分子材料的发展，制作了人工心瓣膜、人工血管、人工骨、手术缝合线等。

20世纪90年代后，借助于生物技术和基因工程的发展，由无生物存活性材料扩展到具有生物学功能的材料领域，其基本特征是具有促进细胞分化、增殖、诱导组织再生、参与生命活动等功能。

生物医用材料是研制人工器官及一些重要医疗技术的物质基础，综观人工器官及医疗装置的发展史，每一种新型生物材料的发现都引起了人工器官及医疗技术的飞跃。生物惰性医用硅橡胶：人工耳、人工鼻、人工颌骨等；血液相容性较好的各向同性碳被复材料：碟片式机械心脏瓣膜；血液亲和性及物理机械性能较好的聚氨酯嵌段共聚物：促使人工心脏向临床应用跨越；可形成假生物内膜的编织涤纶管：人工血管向实用化飞跃。

医用材料品种繁多，尤其是临床使用的要求多种多样，因此无论对于系统地研究医用材料的制备，还是对于开发已有医用材料的新应用，或是为了对医用材料进行安全性评价及质量管理，都涉及到对生物医学材料的分类问题。

按材料的属性分类，可以分为以下几大类：

生物医用金属材料：

包括不锈钢、钴基合金，钛及合金等，广泛应用于人工假体、人工关节、医疗器械等 ；

生物医用无机材料：

主要是生物陶瓷：分为惰性生物陶瓷，如氧化铝生物陶瓷；表面生物活性陶瓷，如磷酸钙基生物陶瓷；可降解生物陶瓷，如β-磷酸三钙陶瓷等；

生物医用高分子材料： 天然的如多糖类、蛋白类合成的聚氨酯、聚乙烯、聚乳酸、聚四氟乙烯等，用于人体器官、组织、关节、药物载体等 ；

生物医用复合材料： 不同种材料的混合或结合，克服单一材料的缺点，获得性能更优的材料；

按材料功能分类，可以分为以下几类：

硬组织相容性材料： 主要用于生物机体的关节、牙齿及其他骨组织； 软组织相容性材料： 主要用于人工皮肤、人工气管、人工食道等； 血液相容性材料 ：

主要用于人工血管、人工心脏、血浆分离膜、血液灌流用吸附剂、细胞培养基材等 ；

生物降解材料： 主要用于吸收型缝合线、药物载体、愈合材料、粘合剂以及组织缺损用修复材料

按材料来源分类，可以分为下列几类：

自体组织：如人体听骨、血管等替代组织

同种异体器官及组织：如不同人体之间的器官移植 异种器官及组织：如动物骨、肾替换人体器官 天然生物材料： 如动物骨胶原、甲壳素、珊瑚等 人工合成材料： 如各种人工合成的新型材料

按材料使用部位分类：

硬组织材料： 骨、牙齿用材料

软组织材料： 软骨、脏器用材料 心血管材料： 心血管及导管材料 血液代用材料 ：人工红血球、血浆等

分离、过滤、透析膜材料： 血液净化、肾透析以及人工肺气体透过材料 目前被详细研究过的生物医用材料已超过1000种，被广泛应用的有90多种材料，1800多种制品。西方国家每年耗用生物医用材料量以10～15%速度增长，我国生物医用材料研究起步晚(20世纪50年代)，目前我国医用生物材料研究现状：我国生物材料和制品所占世界市场份额不足1.5％；产品技术水平处于初级阶段，且产品单一；同类产品与国外产品比，基本上属于仿制，自主知识产权较少；生物医用材料与制品70-80%要依靠进口；产业处于起步阶段。

但是，由于生物医学材料以其独有的医学应用特性推动了一个新产业的发展,成为经济的新的增长点。通过对生物材料特性的分析,把握生物医学材料产业的现状和动态,有助于制定相关的措施形成我国生物医学材料产业的核心竞争力。

第五篇：生物医学展望论文

生物医学工程(Biomedical Engineering,BME)是一门生物、医学和工程多学

科交叉的边缘科学，它是用现代科学技术的理论和方法，研究新材料、新技术、新

仪器设备，用于防病、治病、保护人民健康，提高医学水平的一门新兴学科。

生物医学工程在国际上做为一个学科出现，始于20世纪50年代，特别是随着宇

航技术的进步、人类实现了登月计划以来，生物医学工程有了快速的发展。在我国，生物医学工程做为一 个专门学科起步于20世纪70年代，中国医学科学院、中

国协和医科大学原院校长、我国著名 的医学家黄家驷院士是我国生物医学工程学

科最早的倡导者。1977年中国协和医科大学生物 医学工程专业的创建、1980年中

国生物医学工程学会的成立，有力地推进了我国生物医学工 程的发展。目前，我国许多高校科研单位均设有生物医学工程机构，从事着生物医学的科研 教学工作，在我国生物医学工程科学事业的发展中发挥着重要作用。

显微镜的发明　“解剖”一词由希腊语“Anatomia”转译而来，其意思是用

刀剖割，肉眼观察研究人体结构。17世纪Lee Wenhock发明了光学显微镜，推动了

解剖学向 微观层次发展，使人们不但可以了解人体大体解剖的变化，而且可以进

一步观察研究其细胞 形态结构的变化。随着光学显微镜的出现，医学领域相继诞

生了细胞学、组织学、细胞病理 学，从而将医学研究提高到细胞形态学水平。

普通光学显微镜的分辨能力只能达到微米(μm)级水平，难以分辨病毒及细胞的超微细结构、核结构、DNA等大分子结构。而20世纪60年代出现的电子显微镜，使人们能观察到纳米(nm)级的微小个体，研究细胞的超微结构。光学显微镜和电

子显微镜的发明都是医学工程研究 的成果，它们对推动医学的发展起了重要作用。

影像学诊断飞跃进步　影像学诊断是20世纪医学诊断最重要发展最快的领域

之一。50年代X光透视和摄片是临床最常用的影像学诊断方法，而今天由于X线CT技

术的出现 和应用，使影像学诊断水平发生了飞跃，从而极大地提高了临床诊断水

平。即计算机体断层 摄影(computed tomography CT),即是利用计算机技术处理人

体组织器官的切面显像。X线CT 片提供给医生的信息量，远远大于普通X线照片观

察所得的信息。目前，螺旋CT(spiral CT 或helicalet CT)已经问世，能快速扫描

和重建图像，在临床应用中取代了多数传统的CT，提高了诊断准确率［1］。医学

工程研究利用生物组织中氢、磷等原子的核磁共振(nu clear magnetic resonanc

e)原理。研制成功了核磁共振计算机断层成像系统(MRI)，它不仅 可分辨病理解剖

结构形态的变化，还能做到早期识别组织生化功能变化的信息，显示某些疾 病在早期价段的改变，有利于临床早期诊断。可以认为MRI工程的进步，促进了医学诊

断学 向功能与形态相结合的方向发展，向超快速成像、准实时动态MRI、MRA、FM

RI、MRS发展。根据核医学示踪，利用正电子发射核素(18F，11C，13N)的原理，创造 的正电子发射体层摄影(pET)，是目前最先进的影像诊断技术。美国新闻媒体

把pET列为十大 医学生物技术的榜首。pET问世不过30年历史，但它已显示出对肿

瘤学、心脏病学、神经病 学、器官移植，新药开发等研究领域的重要价值［2］。

影像学诊断水平的不断提高，与20世纪生物医学工程技术的发展密切相关。

介入医学问世　介入医学是一种微创伤的诊疗技术。Dotter和Judkin(1964 年)是最早使用介入技术治疗疾病的创始人，他们用导管对下肢动脉阻塞性病变进行

扩张治 疗取得成功。1967年Margulis首先使用过介入放射学(Interventional Ra

diology)，这是医 学文献出现“介入”一词的最早记载。1977年 Gruenzing成功

地进行了首例冠状动脉球囊扩 张术获得成功以后，介入性诊疗技术由于其创伤小、患者痛苦少，安全有效而倍受临床欢迎。20世纪80年代随着生物医学工程的发

展，高精度计算机化影像诊查仪器、数字减影血管造 影(DSA)、射频消融技术以及

高分子(high-polymer)新材料制成的介入技术用的各种导管相 继问世，使介入性

诊疗技术发生了飞速进步，临床应用范围不断扩大，从心血管、脑血管、非血管

管腔器官到某些恶性肿瘤等都具有使用介入诊疗的适应证，并使诊疗效果明显提高，患者可减免许多大手术之苦。有人把介入诊疗技术视 为与药物诊疗、手术诊疗

并列的临床三大诊疗技术之一，也有人把介入诊疗技术称之为20世 纪发展起来的临床医学新领域--介入医学［3，4］。

人工器官的应用　当人体器官因病伤已不能用常规方法救治时，现代临床医

疗技术有可能使用一种人工制造的装置来替代病损器官或补偿其生理功能，人们

称这种装置 为人工器官(artificial organ)。如20世纪50年代以前，风湿性心脏

瓣膜病的治疗，除了应 用抗风湿药物、强心药物对症治疗外，对病损的瓣膜很难

修复改善，不少患者因心功能衰竭 死亡。而今天可以应用人工心肺机体外循环技

术，在心脏停跳状态下切开心脏，进行更换人 工瓣膜或进行房、室间隔缺损的修

补，使心脏瓣膜病、先天性心脏病患者恢复健康。心外科 之所以能达到今天这样的水平，主要是由于人工心肺机的问世和使用了人工心脏瓣膜、人工 血管等新材

料、新技术的结果［5］。

肾功能衰竭、尿毒症患者愈后不良，而人工肾血液透析技术已挽救了大量肾病

晚期患者的生 命，肾病治疗学也因此有了很大进步。

现代生物医学工程中人工器官的发展也非常迅速，除上述人工器官外，人工关

节、人工心脏 起搏器、人工心脏、人工肝、人工肺等在临床都得到应用，使千千

万万的患者恢复了健康。可以说，人体各种器官除大脑不能用人工器官代替外，其余各器官都存在用人工器官替代的 可能性。

此外，放射医学、超声医学、激光医学、核医学、医用电子技术、计算机远程

医疗技术等先 进的医疗技术和仪器设备都是现代医学工程研究开发的成果，综上

可见，20世纪生物医学工 程的发展，显著提高了医学诊断和治疗水平，有力地推

动着医学科学的进步。

21世纪生物医学工程展望　纵观医学新技术诞生和发展的 历史，从伦琴发现

X线到今天X射线诊疗技术的发展，从朗兹万发现超声波到今天B超诊断的 广泛应用，从布洛赫和伯塞尔发现核磁共振到今天MRI的问世，从赫斯费尔德发明CT到今天

C T成像系统的应用，都是以物理学工程技术为基础、医学需求为前提发展起来的医学新技术。循着20世纪医学发展的轨迹，我们有理由预测21世纪新的医学诊疗

技术可能在以下10个方 面有重大突破和创新：

(1)各种诊疗仪器、实验装置趋向计算机化、智能化，远程医疗信 息网络化，诊疗用机器人将被广泛应用。［6］

(2)介入性微创，无创诊疗技术在临床医疗中占有越来越重要的地位。激光技

术，纳米技术 和植入型超微机器人将在医疗各领域里发挥重要作用。

(3)医疗实践发现单一形态影像诊查仪器不能满足疾病早期诊断的需要。随着

pET的问世和应 用，形态和功能相结合的新型检测系统将有大发展。非影像增显剂

型心血管、脑血管影像诊 查系统将在21世纪问世。

(4)生物材料和组织工程将有较大发展，生物机械结合型、生物型人工器官将

有新突破，人 工器官将在临床医疗中广泛应用。

(5)材料和药物相结合的新型给药技术和装置将有很大发展，植入型药物长效

缓释材料，药 物贴覆透入材料，促上皮、组织生长可降解材料，可逆抗生育绝育

材料、生物止血材料将有 新突破。

(6)未来医疗将由治疗型为主向预防保健型医疗模式转变。为此，用于社区、家庭、个人医 疗保健诊疗仪器，康复保健装置，以及微型健康自我监测医疗器械

和用品将有广泛需求和应 用。

(7)除继续努力加强生物源性疾病防治外，对精神、心理、社会源性疾病的防

治诊疗技术和 相应仪器设备的研制受到越来越多的重视与开发，研制精神分析、心理安抚、生物反馈型诊 疗技术和设备将是生物医学工程的新起点。

(8)创伤是造成青年人群死亡的主要原因，研制新型创伤防护装置、生命急救

系统是未来生 物医学工程的重要课题。

(9)即将迎来的21世纪是分子生物学时代，有关分子生物学的诊疗新技术将快

速发展，遗传、疾病基因诊疗技术，生物技术和微电子技术相结合的DNA芯片、雪

白芯片和诊疗系统将被 广泛应用。

(10)空气污染、环境污染严重危害着人类健康，研究和开发劳动保护、家庭保

健、个人防护 用的人工气候微环境是未来不能忽视的问题。

1997年我国发布了关于卫生工作改革与发展的决定，提出了奋斗目标：“到

2000年，基本实 现人人享有初级卫生保健”，到2010年国民健康的主要指标在经济

发达地区达到或接近世界 中等发达国家水平，在欠发达地区达到发展中国家的先

进水平。1999年国家科技部召开了“ 发展生物医学工程技术战略研讨会”，国家

工程院开展了有关发展我国医疗器械工业战略研 究等，对推动生物医学工程产业

发展、落实创新工程战略布置起着重要作用。20世纪人类与 疾病做斗争，在医学

诊疗技术上取得了重大成就；但面向21世纪的巨大挑战，我们要动员起 来，调整

政策，制定规划，改革医学研究教学的旧模式，发挥现代科学多学科交叉合作的优

势，创建全新的生物医学，为人民造福。