加快生物纤维开发与应用的进程

　　生物纤维材料作为生物材料中一个重要的类别，目前得到了越来越广泛的关注和发展。一方面，临床中不少领域对良好的生物纤维材料有着迫切的需求，使生物纤维材料具有非常重要的研究意义和价值；另一方面，纺织科学与技术的迅速发展使得关于生物纤维材料的研究不仅仅停留在对天然材料结构和功能的研究，而且大大促进了对材料的仿生制备的技术发展，加快了良好的新型生物纤维材料的应用进程。 　　所谓生物纤维材料，它包括两方面的含义：首先，它是生物材料，是指“用于取代、修复活组织的天然或人造材料”，这就需要这种材料具有良好的生物相容性，生物活性和可降解性，尽量接近天然材料的性能。其主要研究方法和目的是在分析天然生物材料微组装、生物功能及形成机理基础上，发展用于人体器官组织修复与替代的仿生高性能工程材料。其次，它是具有特殊的形态的材料———纤维材料，这种特殊的形态使得它们以特殊的功能和应用领域而成为一类。通观人体结构，不少组织都和纤维相关：骨骼具有纤维结构，神经具有纤维的传导功能，皮肤类似非织造布，血管是粗细不一的中空纤维网络，肌肉是纤维丝束等等。人工的纤维结构材料在修复和替代人体组织和器官等方面都得到了广泛的研究，包括人工骨、人工韧带、人工肌腱、人工血管、人工心脏瓣膜等，以及用中空纤维制成的人工肾，人工肺等也得到初步应用。因此，生物纤维材料是一类非常重要的材料，具有广泛的应用前景。 　　目前对生物纤维材料的研究主要包括对天然材料的形态和功能的分析，利用天然材料为原料制备新型的生物纤维材料，或以其机理为指导进行仿生制备。 　　天然生物纤维材料主要为生物体的高分子（如核酸、蛋白质、纤维素及多糖）形成的纤维，其中，结构蛋白是一重要类别，包括蚕丝，蜘蛛丝和胶原纤维等。它们具优良的力学性能、生物相容性及生物活性，此外，其可降解性也不会对人体和自然造成不良影响。 　　科研人员以直径在微米尺度的蚕丝为研究对象，对其天然结构以及不同结构和构象对其力学性能等各方面的影响做了一些研究，得到了其化学组成，序列结构，构象和形态结构的信息，以及不同构象对纤维强度刚度等的不同影响。 　　近十年来，科学界对蜘蛛丝的研究更是对材料学的发展有很大的启发。蜘蛛丝是一种直径达到了纳米尺度的天然材料，它的这种特征带来了很多神奇的特性，其形成机理为纳米纤维的制备，如新兴的静电纺丝法提供了指导。 　　动物和人体中的高分子纤维是一种分子水平上的纤维材料，其中有机高分子的分子链就可认为是最细的纳米纤维。这种分子纤维在不同的组织结构中发展不同，如胶原蛋白由三条分子链形成三螺旋，直径约3～4纳米，而DNA则是由两条分子链形成的双螺旋，直径约2.5纳米。研究这种分子尺度上材料的微结构对新材料开发很有意义。 　　科研人员以骨中胶原蛋白为研究对象，对骨的微结构及胶原纤维在其中所起的作用做了研究，这对天然结构形成机理的分析研究对仿生材料的制备有较大的指导作用，以此为依据制得了纳米尺度的胶原纤维复合生物材料，可望在骨组织修复方面得到一定的应用。 　　此外，从天然的动植物体中发现和开发的生物纤维材料还有羟甲基纤维素纤维，海藻酸盐纤维，胶朊质纤维，甲壳素纤维等，也是具有较好生物相容性、生物活性和可降解性的生物纤维材料，科研人员正在开展更深入的研究，以便在不同领域得到应用。 　　合成高分子纤维材料也是除天然材料以外得到广泛研究和应用的生物纤维材料。实际上，在应用领域的功能纤维材料中，高分子材料以其繁多的品种，各异的性能迅速发展，形成了较多较成熟的产品，在生物医学工程的领域中占有重要的地位。 　　用于生物材料的高分子纤维材料主要是有一定生物相容性和可降解性的高分子，如用于人体修补材料，人工皮肤等的聚酰胺酯，同晶型草酸酯等；用于组织框架，细胞培养的改性聚酯纤维；用于人工肾人工肺等的中空纤维分离膜的聚丙烯氰、聚砜、聚乙烯等。其面临的最大问题是其降解程度及降解产物对机体的影响，而天然材料在这方面较有优势。 　　目前对生物纤维材料的研究除了寻找合适的原材料外，还包括用不同方法制备能够实际应用的材料。主要途径有：通过化学的方法进行复合、改性等仿生制备及进一步功能化；利用纺丝工艺的新发展开发出不同结构、成分和性能的纤维材料。其中，纺织工艺技术的发展对新型材料的开发和发展具有重要影响，注意纺织和生物两个领域的结合，才能使生物纤维材料的研究和开发更加活跃，取得更大更快的发展。