PEO-PPO-PEO在生物医用材料方面的研究进展

PEO-PPO-PEO在生物医用材料方面的研究进展（通用7篇）

PEO-PPO-PEO在生物医用材料方面的研究进展 篇1

聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯三嵌段共聚物因其具有良好的生物相容性和蛋白抗性,近年来在生物医用材料中的应用越来越广泛.聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯水溶液具有温度敏感的胶束化和热可逆凝胶化特点,被认为是一种具有许多优点的`药物传输载体,药物与胶束的核心结合增加了药物的溶解性、代谢稳定性和体内循环时间.本文对聚氧乙烯-聚氧丙烯-聚氧乙烯在生物医用方面的研究进展进行了综述,并重点介绍了其在药物传输载体,组织工程等方面的研究进展.

作 者：张琰 邵芳可 吴唯 杨武利 府寿宽 ZHANG Yan SHAO Fang-ke WU Wei YANG Wu-li FU Shou-kuan  作者单位：张琰,ZHANG Yan(复旦大学聚合物分子工程教育部重点实验室,上海,33;华东理工大学材料科学与工程学院,上海,12)

邵芳可,吴唯,SHAO Fang-ke,WU Wei(华东理工大学材料科学与工程学院,上海,201512)

PEO-PPO-PEO在生物医用材料方面的研究进展 篇2

纳米材料是指粒径在10~1 000 nm之间的一类新型载体,由天然材料制成或人工合成,包括无机纳米材料和有机纳米材料[1]。纳米材料具有特殊的理化性质,由于其环境友好、成本低、生物相容性好、毒性低,可广泛用于化工、生物、医药等领域。常规药物缺乏靶向性,无法进行控制释放,易导致药物在正常组织积累,造成毒副作用。相比常规药物以及化疗、 放疗,无机纳米材料用于药物载体可达到靶向运输、 控释缓释药物的效果,因此无机纳米材料在靶向性给药、药物控制释放和缓释、癌症治疗等方面有良好的应用前景[2]。常见的无机纳米材料包括介孔二氧化硅、碳纳米材料、磁性纳米粒子等,这些无机纳米材料集药物载体、疾病诊断、医学成像等多种功能于一身。近年来,无机纳米材料在生物医药上的应用受到越来越多的关注,对纳米材料的性能测试和新型功能的研制也受到重视。

1无机纳米材料的类别

依据材料来源不同,将无机纳米材料分为介孔二氧化硅、碳纳米材料等非金属类材料以及磁性铁、 银、金纳米粒子、纳米羟基磷灰石、层状双金属氢氧化物等金属类材料。

1.1介孔二氧化硅

介孔二氧化硅(mesoporous silica nano-particles, MSNs)是粒径为10~600 nm、孔径为2~50 nm的二氧化硅纳米粒子[3],通常以表面活性剂或两亲性嵌段共聚物作为模板,与无机源进行界面聚合,最后通过高温煅烧或萃取等方法除去模板,保留二氧化硅骨架形成的多孔结构。介孔二氧化硅是一种新型的无机纳米材料,具有独特的网状孔道结构,孔道规整,孔径连续可调,具有较大的比表面积和比孔容,表面易功能化,毒性低,有良好的生物相容性和稳定性[4,5]。

1.2碳纳米材料

1990年,Huffman和Kratschmer合成大量C60, 确证这种碳元素单质的新种类是碳的同素异形体, 为封闭的空心球形结构,具有芳香性[6]。这种整齐规则、近乎完美的分子结构经历最初受质疑、冷遇的研究低谷后,进入笼形碳分子及其衍生物的研究热潮, 开创了富勒烯的科学研究领域。

在发现并大量生产C60后,1991年,日本物理学家Iijima研究富勒烯的副产物时,发现了碳的管状结构,碳纳米管引起了人们的广泛关注。碳纳米管包括单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。碳纳米管可以增强凝胶材料的强度,还可增加凝胶的热稳定性和电导率,而反过来凝胶材料又能增强碳纳米管的生物相容性[7]。

富勒烯和碳纳米管的发现,使得碳纳米材料成为材料学研究领域的热点。2004年,英国曼彻斯特大学的Geim和Novoselov成功地从石墨中剥离出石墨烯[8]。石墨烯是一种新型的碳质材料,由碳原子紧密堆积而成,具有二维蜂窝状的晶格结构。氧化石墨烯(GO)为单层的氧化石墨,表面含有羧基、羟基、环氧基等丰富的官能团,能增强氧化石墨烯的分散性、 亲水性以及对聚合物的兼容性[9]。

随着纳米科技的发展,将纳米材料用作药物载体的研究也渐渐增多,但由于其中的毒副作用,纳米材料的安全性和生物兼容性影响了临床应用。而碳纳米材料中的纳米钻石,可针对表面进行结构修饰, 具有毒性低、生物兼容性高的特点。

近年来,发现了一类新型的碳纳米材料———介孔碳。介孔碳具有蜂窝状的六边形结构,孔径为2~ 50 nm[10]。其孔隙排列有序、孔径分布均匀、大小可控,可通过硬模板法或软模板法合成[11],这使其孔容大、比表面积大、化学稳定性高,从而能够发挥不同的作用[12]。

1.3金属类

1.3.1磁性铁

氧化铁的化合物在自然界中较常见,主要包括铁的氧化物和铁的氢氧化物[13]。研究较多的是Fe3O4、 α-Fe2O3、γ-Fe2O33种,其中,Fe3O4和 γ-Fe2O3是重要的磁性材料,当材料的尺寸小至纳米级别时,磁性会发生变化。磁性纳米氧化铁材料具有较好的化学稳定性、生物相容性和较高的磁响应性[14]。磁性纳米氧化铁可以通过水相或有机相合成,还发展了表面改性剂、悬浮聚合、乳液聚合等有机物包埋以及硅、 碳、金等无机材料包埋的方法。

1.3.2银纳米粒子

银纳米粒子(silver nanoparticles,Ag NPs)有独特的物化性质,可作为氧化还原催化剂,具有光催化性能。银纳米粒子的毒性较低[15],具有较强的抗菌能力。银纳米粒子可以通过化学法、光催化法和球磨法、蒸气冷凝法、溅射法、放电爆炸法等物理法制备, 也可以用植物果皮、微生物等进行生物制备[16]。

1.3.3金纳米粒子

金纳米粒子(Au NPs)稳定性较好,有特殊的量子效应、小尺寸效应,具有表面等离子体吸收、共振光散射的独特光学性质,并且易进行表面修饰。金纳米粒子可通过化学法或物理法进行制备[17]。化学法以金的化合物作为原料,通过还原反应控制金纳米粒子的生长,并维持在纳米尺度。物理法用真空沉积、电分散、激光消融等各种技术将块状固体金分散为金纳米粒子,过程较复杂,但容易控制金纳米粒子的形状[18]。

1.3.4纳米羟基磷灰石

纳米羟基磷灰石(nano-hydroxyaptite,n HAP)是陶瓷类多孔无机材料,溶解度较好,有较大的表面能、良好的生物活性和生物相容性[19],可用作骨移植的生物材料,修复、整合人体骨组织,并能改善力学机能,有广泛的临床应用价值。纳米羟基磷灰石可通过水热法、沉淀法、溶胶-凝胶法、微乳液法、超声合成法和液固合成法等进行制备,还可与人工合成的高分子材料进行复合,从而具备不同的力学强度和生物性能[20]。

1.3.5层状双金属氢氧化物

层状双金属氢氧化物(layered double hydroxides,LDHs)由二价金属离子及三价金属离子组成, 层状结构有记忆效应,其层间的阴离子可交换,有特殊的酸碱性、荧光性质、热稳定性。LDHs毒性低,能满足组织、血液、免疫等方面的生物兼容性要求;可被生物降解,生物相容性好,细胞内的酸性环境可使其溶解为离子,通过细胞膜上的离子通道排至细胞外。利用LDHs作为药物载体,可提高药物输送效率, 增强药物的溶解性[21]。

LDHs常用的制备法有共沉淀法、水热合成法、 离子交换法、焙烧还原法、溶胶-凝胶法等,可在不同的溶剂中进行剥离[22]。剥离后的LDHs片具有纳米尺度的结构,可用作纳米组装基元与其他的功能材料组成复合材料,制备高性能、多功能的纳米材料, 在环境、基因传递、生物医学诊断、药物载体等领域有潜在的应用价值[23]。

1.3.6其他

除了铁、金、银等常用的金属纳米粒子外,镍也是一种磁性较强的粒子,可以添加在生物材料中,通过响应外界磁信号,调控细胞凋亡[24]。随着纳米生物材料研究和应用的兴起[25],纳米氧化铈(Ce O2)在生物医学领域上的应用逐渐受到关注,尤其在生物体抗氧化上有了越来越多的研究。Ce3+与Ce4+能够发生可逆的转化反应,使纳米级别的氧化铈可以用来催化分解生物体内产生的过量的自由基,进而用于治疗氧化应激等常见疾病。

2无机纳米材料在生物医学上的应用

2.1药物载体

许多药物都有细胞毒性,在杀死病毒细胞的同时,也会对正常细胞造成损伤。因而,理想的药物载体不仅应有较好的生物相容性、较高的载药率,还应具有靶向性,即到达目标病灶部位才释放药物分子[26]。 无机纳米材料的大小和表面的电荷等理化性质决定了纳米材料的性能,研究这些可控特性可应用在生物医学领域中。例如,用多孔硅作为药物载体递送柔红霉素,治疗视网膜疾病持续时间从几天延长到3个月[27]。通过调控将纳米粒子孔径从15 nm变为95 nm, 使柔红霉素的释放率增大了63倍,从而调控药物的释放。用介孔二氧化硅纳米粒子运载化疗药物、探针分子向肿瘤细胞进行递送,可用于癌症等疾病的靶向性治疗和早期诊断[28]。介孔二氧化硅在药物传输、 靶向给药、基因转染、组织工程、细胞示踪、蛋白质固定与分离等方面有广泛的应用[29]。

碳纳米管及其衍生材料可开发用于电敏感的透皮药物释放,又可作药物载体进行持续性释放。比如,用超支化聚合物修饰碳纳米管,可以从复合物的羟基末端聚集活性基团,从而增强溶解性能,作为抗癌的药物载体,也可以用作药物缓释载体。用聚乙烯亚胺修饰多壁碳纳米管,分散性好,能降低对细胞的毒性,进一步结合在壳聚糖/甘油磷酸盐上,能增加凝胶的机械强度。同时,改变溶液的p H值、温度等来构建具有双缓释功能的温敏性凝胶,能减少凝胶的突释现象[30]。

纳米钻石(d ND)装载化疗药物具有较低的毒性和较高的生物兼容性。将叶酸等靶向分子修饰纳米钻石表面,用于装载抗癌药物,以H2N-PEG-NH2作为桥梁分子,形成纳米靶向载药系统,对C6细胞具有靶向作用,为研制肿瘤靶向治疗提供了参考依据[31]。为了避免被单核细胞、巨噬细胞系统等非特异性吸收,并让药物优先进入肿瘤细胞,用超支化缩水甘油(PG)修饰纳米钻石得到d ND-PG,有较好的生物相容性,能避免被正常细胞的巨噬细胞非特异性摄取[32]。加载抗癌药物阿霉素显示出对肿瘤细胞具有选择性的毒性作用,可作为肿瘤药物载体,对肿瘤细胞进行选择性给药。

将药物分子插入LDHs的层间形成药物-LDHs的纳米杂化物,药物与LDHs层间的相互作用以及空间位阻效应能有效地控制药物释放,减少药物发生酶解作用。LDHs表面存在大量的羟基,便于进行表面功能化修饰,增强靶向性,避免被巨噬细胞吞噬而从人体内清除,提高药物的输送效率[33]。LDHs适合装载不同类型的药物,将药物插入到LDHs的层间结构,药物以阴离子形式装载并被控释[34]。通过共沉淀法在LDHs层间成功地嵌入维生素C[35],维生素C的阴离子垂直插于LDHs层间,热稳定性显著增强。 通过离子交换反应来释放维生素C,延长释放时间。

2.2蛋白质载体

纳米材料在诊断、药物输送、生物功能材料、生物传感器等方面得到了迅猛的发展,出现了疾病治疗、诊断、造影成像等多种功能的组合。无机纳米材料在生物大分子药物的载体,包括运载蛋白质、多肽、DNA和si RNA等方面的研究较多[36]。

纳米多孔硅有较好的生物相容性、生物可降解性和可调控的纳米粒径,可作为药物输送系统。壳聚糖修饰多孔硅后可用于运载口服给药的胰岛素[37], 改善胰岛素的跨细胞渗透,增加与肠道细胞黏液层的表面接触,提高细胞的摄入,可用于口服递送蛋白质和多肽。

纳米羟基磷灰石与蛋白质分子有高亲和性,可用作蛋白质药物缓释载体,能提供钙离子,造成肿瘤细胞过度摄入,从而抑制肿瘤细胞活性,诱导肿瘤细胞凋亡[38]。

2.3基因载体

基因治疗是遗传性疾病的临床治疗策略,主要依赖于发展多样性的载体。无机纳米材料用于基因疗法是利用无机粒子和可生物降解的多聚阳离子合成新型的纳米药物载体,如介孔二氧化硅作为基因载体可用于肿瘤治疗,促进体外si RNA的递送[39,40]。

乙醛修饰的胱氨酸具有自身荧光的特点,可对p H值和谷胱甘肽进行响应。通过荧光标记类树状大分子的二氧化硅纳米载体具有分级的孔隙,不仅毒性低、基因装载率高,转染率也较高[41]。引发谷胱甘肽二硫键裂解,可促进质粒DNA(p DNA)释放,并能使用自发荧光来实时示踪。又如,通过 π-π 共轭、静电作用等非共价键作用力结合,能将DNA、RNA等生物大分子和化学药物固定在氧化石墨烯上[9]。

2.4骨移植

临床上可用自体骨移植来治疗创伤、感染、肿瘤等造成的骨缺损,由于骨移植的来源有限,且手术时间长,易导致失血过多和供骨区并发症等,应用受到限制。将异体骨用作骨移植,则存在免疫排斥反应, 且易被感染。而人工骨同自体骨有相近的疗效,人工骨材料可采用钛、生物陶瓷、纳米骨、3D模拟人工骨髓等纳米材料。

例如,纳米二氧化硅可替代骨组织,促进人工植入材料与肌肉组织融合[42]。纳米羟基磷灰石与人体内的无机成分相似,其粒子有小尺寸效应、量子效应及表面效应等,可用作牙种植体或作为骨骼材料,能避免产生排斥反应,促进血液循环,促进人体骨组织的修复、整合和骨缺损后的治愈[43]。

2.5临床诊断和治疗

磁性氧化铁纳米粒子可作为造影剂用于肿瘤诊断中,对肿瘤分子产生磁共振分子影像或多模态肿瘤分子影像,也可用于循环肿瘤细胞的分离、富集[44,45]。 免疫磁分离法基于磁性杂化材料可导电,在外部磁场下积累,可用于临床热疗。磁热疗以磁流体形式进入肿瘤组织,利用肿瘤细胞与正常细胞之间不同的热敏感度,将外部磁场产生的磁能转化成热能从而杀死肿瘤细胞[4,14]。磁性纳米粒子还可用于生物传感器中,利用磁现象和纳米粒子从液相中分离并捕获生物分子[46]。用绿色荧光蛋白标记,形成温敏的磁性纳米固相生物传感器,用磁性材料制成固相生物传感器的支架,在磁场作用下,响应更快,表面易于更新,可用于免疫诊断。磁性纳米氧化铁作为临床应用的磁性纳米材料,受到人们的广泛关注[14]。Fe3O4和 γ-Fe2O3的特殊磁性质使其在靶向肿瘤药物载体、磁疗、热疗、核磁共振成像、生物分离等生物医学领域中得以应用。

用无机纳米材料制作激发荧光探针进行临床诊断[47],如用介孔二氧化硅制成的细胞荧光成像探针利用量子点良好的光稳定性、较长的荧光寿命和较高的生物相容性,结合介孔二氧化硅可特异性地识别Ramos细胞的特点,并用激光共聚焦显微镜对Ramos细胞进行荧光成像,实现了对肿瘤细胞的早期诊断、检测成像[48]。

富勒烯特殊的结构和性质使其可以广泛地应用于光热治疗、辐射化疗、癌症治疗等医学领域,也可作为核磁共振成像的造影剂用于临床诊断[49]。但富勒烯不溶于水,对生物体存在潜在的毒性,限制了其在临床的应用[50]。富勒烯结合含羟基的亲水性分子可改善其溶解性,羟基化富勒烯无明显毒性,可作为抗氧化剂。聚羟基富勒烯利用近红外光激活体内的纳米材料,用光热对肿瘤细胞定位,避免了金纳米粒子、碳纳米管等在体内造成聚积,利用免疫刺激作用来抑制肿瘤细胞的转移、生长,从而减小肿瘤的尺寸,最终造成肿瘤细胞凋亡。因此,改造碳纳米结构, 在成像、吸附、药物装载与靶向运输等生物医学工程方面有潜在的应用价值。

银纳米粒子杀菌活性远高于银离子,在杀菌抑菌方面得到广泛的应用,可用于外科手术中的伤口愈合、药学、生命科学等生物和临床医学领域[15]。金纳米粒子有较好的生物相容性,功能化的金纳米粒子可用于生物分析、药物检测、临床诊断等生物医药领域,可作为纳米探针检测重金属离子、三聚氰胺等小分子,也可检测DNA、蛋白质等生物大分子,还可以用于对细胞表面和细胞内部的多糖、核酸、多肽等的精确定位。镍纳米粒子固定在海藻酸水凝胶中,通过热敏感粒子与镍磁纳米粒子交联形成囊状结构, 组成热磁双敏感的磁性纳米粒子[24]。在交变磁场下缓慢释放水凝胶中的镍纳米粒子,通过远程调控来激发水凝胶中成纤维细胞的凋亡。

无机纳米材料的类别不同(见表1),在尺寸、形貌上有很大的变动范围,因其核心材料的量子特性, 已日益成为涉及临床诊断、成像和治疗的手段,为纳米材料在生物医学上的应用提供更多的可能[51]。

3展望

纳米技术作为新时代的疾病治疗模式,为未来的临床用药提供了新的可能,在生物医学的应用上有很大的前景。目前,癌症治疗主要包括手术、放疗和化疗等手段,而药物剂量增多会造成副作用。纳米粒子可以作为靶向药物载体、成像造影剂、化疗、热疗、磁疗系统,可通过血脑屏障,在治疗神经系统疾病中有很大的潜力,有望成为攻克癌症的新手段[52]。

无机纳米材料在药物载体、临床诊断和治疗等方面有广阔的应用前景,但目前的研究大多处于实验阶段。无机纳米材料在生物医学应用中有待解决的问题包括:(1)提高疾病治疗的针对性、靶向性和可调控性;(2)使无机纳米材料相对固定在肿瘤细胞表面,不至于扩散到正常组织,从而提高肿瘤部位的有效浓度,减少毒副作用;(3)纳米材料有潜在的毒性,可降低纳米材料的毒副作用以达到临床应用的标准[53];(4)寻找优质材料,优化结构,提高材料的生物相容性、生物安全性,并针对不同的药物溶解性设计特定的载体和功能材料骨架,增加细胞的摄取和利用[54];(5)生物合成方法与其他合成方法相结合, 无机与有机材料组合成复合材料,组装成集检测与治疗于一体、多靶点的功能材料[55];(6)了解无机纳米材料在生物体内的作用条件、运行机制和降解过程。随着无机纳米技术、有机合成技术、生物技术以及激光共聚焦、X线衍射(X-ray diffraction,XRD)、 MRI等现代化检测技术的发展,这些问题将逐步得到解决,使无机纳米材料成为可应用于临床的多功能生物医学材料,提供更广阔的疾病治疗和药物输送平台。

摘要：归纳了无机纳米材料的不同类别,介绍了介孔二氧化硅、纳米碳等非金属类纳米材料,以及磁性铁、氧化铈、银纳米粒子、金纳米粒子、镍等金属类纳米材料,比较了不同来源无机纳米材料的发展、特点、优势,明确了无机纳米材料具有环境友好、成本低、生物相容性好及低毒性等特点,综述了无机纳米材料在生物医药、临床诊断、疾病预防等生物医学方面的研究与应用,以期为未来的研究提供参考。

生物技术在食品检测方面的应用 篇3

生物技术对食品安全检测的意义重大，能够帮助发现在食品中是否存在有害菌落，并根据所得到的结果来继续深入的对检测范围进行确定，采取积极有效的方法来进行控制，避免食品在加工生产环节出现安全性下降的问题。DNA技术应用后，能够帮助检测人员发现食品中是否存在未知的菌落，并根据所得到的结果来进行分类，这样最终所得到的检测结果也能够与实际情况保持一致。DNA技术是能够对食品的排列顺序进行调节控制的，观察其中所存在的菌落问题，根据所得到的排列来判断最终的影响结果。检测期间会通过异相杂交来进行判断，观察检测结果中是否存在影响安全性的因素，并根据所得到的菌落类型来对其性质进行划分，部分菌落是有利于人体健康的，对于这部分菌落，重点是针对数量来进行控制。但除此之外，还存在一些有害的菌落，则需要对产生的原因进行重点分析，根据所得到的分类结果来判断其中所存在的问题，这样在食品的生产加工环节中，也能够处理这些常见的问题，避免有害菌类影响到食品的质量安全。

PCR技术的应用

PCR技术是基于DNA技术基础上继续发展得到的，能够根据少部分的基因排列来进行体外补充，这样在检测过程中，只需要少部分原料既可以了解到食品的全部情况，节省材料的同时在时间与速率上也有明显的提升。先将DNA链进行分离，将双链处理为单链，在根据所得到的物质性质来进行补充，这样即使检测对象是已经死亡的细菌，也能够模拟出成活细菌所带来的影响。在与DNA技术相结合之前，这种检测技术也表现出了缺陷影响，所检测的结果中容易出现假性结果，也就是对细菌的成活性判断不足，将死亡的细菌一并列入到检测序列中。技术发展至今，已经能够与DNA方法充分的融合，将其中所存在的问题进行更深入的检测控制，并且能够根据体外来进行，这是传统方法中难以实现的，能够促进酶的生成。并利用生产过程中对环境的需求特征来更准确的判断食品中是否存在有害菌落，后期的生产加工中可以通过环境调控来避免类似的问题再次出现。

生物芯片技术的应用

生物芯片技术投入使用后，能够在短时间内对食品的生产原料有一个全面的了解，观察在检测期间是否存在回你影响使用安全性的问题，并通过食品加工检测技术来继续深入的解决。该技术是将生物学与计算机技术相互结合，将检测需要的因素浓缩到芯片中，这样更方便携带，利用计算机设备能够轻松的实现功能上的还原，并避免继续深入观察检测环境中所存在的隐患问题。将所需要检测的食品进行取样，并将所选取的样本投放到芯片中，芯片的体积虽然小，但却能够将需要对比分析的生物特征全部浓缩在其表面，这样样品在与之结合时，所含有的成分也能够在短时间内相互结合，技术人员只需要观察计算机最终所得到的数据，便能够轻松的判断其中是否存在有害物质，以及未来生产环节中需要调节控制的部分，这是传统方法中难以实现的，需要进行更深入的对比研究。在芯片中是通过物质之间的相互结合是实现检测功能的，该技术也正在不断的发展完善。

免疫学方法的应用

这种检测方法具有造价成本低的特征，也成为了现阶段食品检测主要应用的技术方法之一，在检测过程中，会通过各项结果之间的相互作用分析，来准确的判断在食品中所存在的菌落类型，并通过技术性方法来进行更加深入的解决控制。一些常见的污染菌落出现在食品中，人们使用后身体内会自动出现免疫反应。充分利用这一免疫特征的原理，建立起模拟的环境通过这种方法可以在短时间内对食品中的生物菌落进行了解，并通过技术性方法来进行调控，将菌落的种类以及数量控制在合理范围内，达到理想的调节控制标准。应用这一方法所需要使用的装置比较简单，在检测去前，需要技术人员对生物特征做出详细的了解，并对比分析其中可能会出现的有害菌落，运用这一方法，能够在短时间内了解到大肠杆菌在其中含有的数量，并预测在这样的环境下继续进行食品生产加工，是否会出现食品安全性下降的问题，以及大肠杆菌是否有继续增多的风险性。技术应用的范围正在逐渐的扩增，通过对食品生物特征的深入研究，对技术所能够应用的方向也会逐渐的增大，这是对传统方法的一次改进，关系到现场食品安全调控是否能够正常的进行。检测后会根据所了解到的因素进行定向控制，避免有害菌落在食品中继续扩大影响，造成使用安全性下降的严重问题。同样有报道说对食品中的单核细胞增多性李斯特氏菌进行免疫磁性分离，并与PCR方法相结合，建立了检测食品中单核细胞增多性李斯特氏菌的MIPA方法。

近年来，我国加快了食品安全及卫生检测技术的研究和应用，并且适时加强了相关法律、法规的制定。同时，在食品检测技术的研究领域，还需要投入大量资金，加强食品科技专业队伍的建设，以满足食品安全生产、加工、经营、管理和食品国际贸易、安全监管以及食品安全研究等方面的需要。

（作者单位：四川省食品药品检验检测院）

PEO-PPO-PEO在生物医用材料方面的研究进展 篇4

生物医学信号可以定义为源于一个生物系统的一类信号, 像心音, 脑电, 生物序列和基因以及神经系统活动等。这些信号通常含有与生物系统生理和结构状态相关的信息, 因此, 它们对这些系统状态的研究和诊断具有价值, 然而, 这些信号是否真正具有使用价值则完全依赖于对其隐含信息的提取能力, 在此领域, 生物医学信号处理扮演着一个重要的角色。本文逐次介绍了信号处理在DNA序列, 脑电信号以及心电信号中的应用。

1. 信号处理在DNA序列中的应用

生物序列数据在数学上以字符串表示, 每个字符对应于字母表中的一个字母[4]。如DNA序列中, 用A, T, C, G四个字母代表组成D N A序列的四种碱基。对数值化后的DNA序列进行频谱分析发现基因序列蛋白质编码区存在周期3行为, 即其功率谱在1/3频率处有一谱峰。用傅利叶变换来分析基因序列的功率谱可以发现其蛋白质编码区, 可以预测基因位置和真核细胞基因中独特的外显子。

1.1 DFT求DNA序列功率谱

在对基因组序列进行计算分析之前, 先将其转化为数值序列。设字母表Λ={A, C, G, T}, 取长度为N的D N A序列x[n], 对于Λ中每个不同的字母都形成一个指示器序列xα[n] (0≤n≤N-1, α∈Λ) , 在序列xα[n]中的某一个位置i有:

该指示器的DFT变换为

于是可以求得D N A序列的功率谱:

2. 信号处理在脑电信号中的应用

自发脑电的信号非常微弱, 且存在非平稳性, 极易被噪声所干扰, 所以在对脑信号的采集后的必要步骤就是提高信噪比。小波分析就是解决该问题的有效方法之一, 小波分析可以根据变换尺度参数与频率的对应关系, 有选择地重构某些感兴趣的尺度信号以去除噪声。

2.1 小波变换 (WT)

若某函数ψ (t) 满足以下条件:

则小波定义如下:

式中, b为时间平移参数, a为尺度伸缩参数。在实践应用中, 尺度参数a必须离散化。令α=2m;m∈z, 这样得到的小波成为二进制小波:

同样, 也可以将尺度函数离散化:

上式说明SLf (t) 的高频部分可以由来恢复, 并称为SLf (t) 的有限尺度小波变换。

任何能量有限的离散信号都可以看作在尺度1上一个函数光滑后的均匀采样, 即尺度为1的多分辨逼近。也就是说任何能量有限的离散信号均可用离散小波变换来进行分解与重构。由此, 可以在感兴趣的尺度组合下对信号进行分解, 去掉不需要的信息, 例如噪声等, 然后对信号进行重构, 得到去噪声后的信息。

3. 信号处理在心电信号中的应用

心音信号包含第一心音 (S 1) , 第二心音 (S2) , 第三心音 (S3) 和第四心音 (S4) 4个成分。一旦心脏功能出现异常, 心音中将包含除S1, S2之外的其他“杂音”成分, 不同的心脏病变引起的“杂音”的频率成分、强度、出现的时间等特征都不同, 所以, 心音信号又是非平稳信号。为了更好地分析心音信号的这些特征, 需要对心音信号进行时频特性分析。常用的时频分析方法有短时傅利叶变换, 希尔波特变换等, 下面逐一介绍。

3.1 短时傅利叶变换 (STFT)

Gabor于1946年首先创建了STFT方法。一个信号x (t) , 假设它通过一个有限宽度的时窗W (τ) 观察时是平稳的, 窗的中心位置为t, 对加窗信号x (τ) W* (τ-1) 的F T即可获得S T F T:

式中, ω是角频率, W* (τ-t) 表示W (τ-t) 的复共轭函数。信号x (τ) 与短时窗信号W (τ-t) 相乘, 可以有效地抑制分析时刻τ=t的领域外的信号, 所以STFT是信号x (τ) 在时刻t的领域内的局部频谱。

STFT方法容易实现, 计算简洁有效, 该方法是一种线性时频表示方法, 即信号的频谱是与在数据中提供正弦成分的幅度成线性比例的。但是STFT存在时间分辨率和频率分辨率的折衷性, 即为了获得较好的时间分辨率, 要选择时间窗较窄的窗函数, 但此时不能获取较高的频率分辨率;反之, 要获得较好的频率分辨率, 要选择频率窗较窄的窗函数, 而此时窗函数的时宽不可能很窄, 达不到很好的时间分辨率。

通过对心音信号进行短时傅利叶变化分析能对心音信号中的S1、S2、“杂音”等组成成份以及各成份的频率组成、强度、出现时间等特征有更直观的了解。

3.2 Hilbert变换方法

Hilbert是一种新的高分辨率的时频分析方法, 对于任一连续的时间信号X (t) , 可得到它的Hilbert变换Y (t) 为:

其反变换为:

X (t) 和Y (t) 形成一复共轭对, 其解析信号为:

式中:α (t) 为瞬时振幅;θ (t) 为相位

定义瞬时频率ω为:

通过该变换定义了瞬时频率, 就可以得到信号各个时间点的频率变换情况, 并且这种计算频率的方法不再受限于不确定性原理。但是需要指出的是, 等式 (15) 是时间的单值函数, 因而在任意给定时刻只有一个频率值, 即它只能描述一种成份, 对于单成份的信号, 它能够给非常精确的时频描述。

4. 结论

信号处理除了应用在以上介绍的三个方面之外, 也广泛应用在肌电, 胃电, 耳声发射等生物信号中。数字信号处理的谱分析方法用于DNA序列分析, 可以将原始数据中局部的、潜在的周期性信息变得清晰和可观察, 并且通过谱分析方法可预测出DNA序列的蛋白质编码区;时频分析方法则具有从背景噪声中提取有用脑信号以及反映出心音信号中各种频率成份、出现时间、强度以及变化趋势的功能。相信数字信号处理会在将来的生物医学信号研究中发挥更大的作用。

摘要：在生物医学研究中有各种各样待提取和处理的信号, 信号处理立即成为解决这些问题的有效方法之一。本文介绍了信号处理在DNA序列、脑信号和心音信号方面的应用。

关键词：DNA序列,DFT,脑电信号,小波变换,心电信号,STFT,Hilbert变换

参考文献

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[2]W.Fickett“, Recognitionofproteincoding regionsinDNAsequences, ”NucleicAcidsRes., vol.20, pp.6441-6450, 1992.

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[6]李天云, 赵妍, 李楠.基于EMD的Hilbert变换应用于暂态信号分析.电力系统自动化第29卷第4期2005年

PEO-PPO-PEO在生物医用材料方面的研究进展 篇5

近年来,随着对石墨烯的性质和结构等方面的深入研究,其在电化学传感领域的研究日渐广泛。石墨烯良好的导电性使其能够有效地促进电子转移,而其良好的生物相容性可以保持生物体的生物活性,它的大比表面积可以提高物质的负载量,从而提高生物传感器的响应信号、稳定性等。

1 基于石墨烯及其复合材料在修饰电极中的分类

由于石墨烯具有较强的导电性、良好的生物相容性以及大的比表面积,使得其可以提供更大、更均匀的电活性位点分布,使其成为修饰电极的理想材料。

离子液体拥有电化学稳定性、生物相容性、易与其他物质分离等诸多优点。将石墨烯与离子液体复合在一起用于生物传感器中是近年来的研究热点。

碳纳米管与石墨烯之间不同维度的互联能够为电子的传递提供传输网络。此外,复合物可以补偿由于化学还原法制备的石墨烯存在的缺陷[2]。

杂原子掺杂石墨烯修饰电极可以提高生物传感器的性能,因为掺杂的原子能够调节石墨烯的载流子浓度、电子性能。

生物大分子可以与石墨烯产生较强的相互作用形成稳定的复合物,保持生物大分子固有结构促进电子在电极间的转移从而提升生物传感器的性能[3]。

高分子聚合物具有较好的成膜性、生物相容性和化学稳定性,结合石墨烯所制备出的新型复合物能够显著增强聚合物的性质[4]。

2 基于石墨烯的电化学生物传感器在药物检测方面的研究应用

伴随着现代药物医学的发展,在研究、生产以及临床使用等方面,药物的化学成分分析技术正扮演着越来越重要的角色。电化学分析方法在大多数的药物化学成分分析方法中具有设备损耗低、所需样品量少、操作简单快捷、检测限低等优点。

鉴于石墨烯纳米片拥有比其他的常用纳米材料更大的比表面积,能够与许多药物分子形成强烈的 π-π共轭相互作用。所以,石墨烯纳米材料是较为理想的药物载体,将其应用于电化学生物传感器来检测药物已成为生物医学领域的一个重要研究方向。

2.1 用于人的药物检测方面的应用

2.1.1 在抗生素类药物方面的检测

抗生素(antibiotics)是由微生物或高等动植物在生活过程中所产生的具有抗病原体或其他活性的一类次级代谢产物,能干扰其他生活细胞发育功能的化学物质。

Radhapyari等[5]采用电化学法构建出氧化铟锡作为基底,将聚苯胺复合物中的氧化石墨烯分散到生物活性电极上。将制成的石墨烯聚苯胺-辣根过氧化物酶的生物传感器用于检测抗疟药青蒿琥酯,线性范围为0.05~0.40ng/mL。

Wu等[6]制备出一个一层接一层的生物传感器,每一层都包含单石墨烯纳米片(SGNs)预吸附苏木、离子液体、青霉素酶。这种修饰在玻碳电极上的生物传感器对青霉素的检测限可达10-13mol/L。

Lian等[7]首先通过Au—S键和氢键作用自组装在壳聚糖-铂纳米粒子/石墨烯-纳米金/金电极表面,然后再通过电聚合2-巯基烟酸、氯金酸、红霉素获得分子印迹聚合物。紧接着利用石墨烯-纳米金复合物和壳聚糖-铂纳米粒子复合物修饰金电极制备出一种传感器用于红霉素的检测。 检测限为2.3×10-8mol/L(S/N=3)。

Yadav[8]等将氯霉素(CAP)的适体选择性的结合并将其固定在聚(4-氨基-3-二羟[基]萘磺酸)(p-AHNSA)上用于修饰热解石墨边缘面制成生物传感器,用于氯霉素的检测,线性范围是0.1~2500nmol/L。

2.1.2 在作用于中枢神经系统类药物方面的检测

作用于中枢神经系统的药物主要是影响递质和受体。中枢神经系统内不但神经递质种类较多,而且神经激素及神经调质等亦起重要作用。

Si等[9]通过原位恒电位单体聚合3,4-二氧乙撑噻吩(PEDOT)和氧化石墨烯的方法得到PEDOT/GO复合材料,并将其修饰于玻碳电极。PEDOT在水溶性电解质溶液中有较好的稳定性和生物相容性,且可以成膜均匀地附着在电极表面。 该复合材料对镇痛药乙酰氨基酚的检出限为0.57μmol/L。

Zi等[10]通过利用L-cys与GNP之间的配位作用,采用滴涂-电聚合-静电吸附等方法,制备出GNP/L-cys/Gr-Nafion/GCE电极对茶碱进行检测。线性范围为4.0×10-9~6.0×10-5mol/L。

Zhao等[11]通过将氧化石墨烯(GO)和Nafion的混合物滴涂在玻碳电极上构筑出一种新型(Nafion/GO/GCE)电化学传感器。由于Nafion对咖啡因有富集作用,所以该传感器对咖啡因展现出很宽的线性范围和较低的检出限,氧化峰电流与咖啡因浓度在4.0×10-7~8.0×10-5mol/L的范围内线性关系良好。

2.1.3 在作用于心脏方面药物的检测

Asadian等[12]利用狭窄的石墨烯纳米带构建了新的传感器。他们通过解压碳纳米管这种简单的溶剂热路线合成石墨烯纳米带。然后通过原位电聚合苯胺的方式把这些狭窄的碳片形成复合膜。 将所生产的石墨烯纳米带/聚苯胺(GNR/PANI)复合膜用于测定治疗心力衰竭药物多巴酚丁胺,其测定的峰电流是裸玻碳电极的10倍。

Rajeev Jain等[13]研发了基于石墨烯和多壁碳纳米管的超灵敏电化学传感器用于检测奎尼丁溶液。在最优条件下,当检测限为0.186ng时,奎尼丁的氧化峰电流与其浓度在60ng~50μg时成比例。

Bai等[14]利用硼氢化钠直接还原石墨烯与金生长溶液的混合液来制备具有良好分散性的石墨烯/金纳米棒(G/GNR)复合材料,将其修饰到玻碳电极上用于检测强心药克莱多巴胺。将所制传感器用于猪尿中克莱多巴胺的检测,回收率为99.2%~107.3%。

2.1.4 在其他药物方面的检测

Liu[15]采用一种简单的超声诱导组装法制备了β-环糊精/石墨烯(β-CD/CRG)纳米复合物,利用该复合物和Nafion修饰玻碳电极并构建出一个传感器。由于石墨烯的高导电性和β-环糊精的客体分子识别能力以及Nafion增强膜的稳定性和改善芦丁在膜上的吸附,使芦丁的电化学响应得到了极大的增强。检测限可达2.0nmol/L。

Sun等[16]利用1-己基吡啶六氟磷酸盐作为粘合剂将碳/离子液体附着在电极上制备出基底电极(CILPE)。将一层氧化石墨烯薄膜浇铸在CILPE表面,构造出PAO-GR/CILPE。在最优条件下,得到芦丁的氧化峰电流和其浓度在0.03~800.0μmol/L范围内呈现良好的线性关系。

Sanghavi等[17]采用电化学循环伏安法将氧化石墨烯和四氯金酸的混合物直接还原到玻碳电极表面制备出石墨烯(Gr)金纳米粒子(AuNP)复合物。将该纳米复合材料涂在Nafion(NAF)膜上,构建出Gr/AuNP/NAF/GCE传感器用于抗偏头痛新药舒马曲坦的检测。检测限为7.03×10-10mol/L。

2.2 用于农药检测方面的应用

农药作为防治农作物害虫的药物,长期、大量、广泛的使用会对环境造成极为严重的后果。目前,用于农药检测的方法主要有高效液相色谱、气相色谱-质谱联用和液相色谱-质谱联用等。其中,高效液相色谱是最常用的一种分析检测方法,但是它预处理复杂、耗时且成本高,而气质联用和液质联用操作繁琐、仪器昂贵。因此,电化学法凭借其灵敏度高、分析成本低、仪器简单以及对环境污染小等优点而得到广泛的使用。

2.2.1 有机磷类农药

有机磷农药是用于防治植物病虫害的含有机磷的有机化合物。这一类农药品种多、药效高、用途广、易分解,在人、畜体内一般不积累,在农药中是极为重要的一类化合物,但有不少品种毒性很强。

Zhang等[18]首先通过剥离重氮反应功能化的氧化石墨烯引入大量的羧基官能团。随后逐步将Nα,Nα-双(羧基甲基)-L-赖氨酸水合物(NTA-NH2)和Ni2+固定到GO基材料上。通过Ni-NTA与组氨酸标记物之间的特异性结合将乙酰胆碱酯酶(AChE)固定到功能化氧化石墨烯上(FGO),制备出传感器用于对氧磷的检测,检测限为6.5×10-10mol/L。

Wu等[19]首先利用下拉式浇铸法将掺杂氮(NGE)浇铸在玻碳电极上,随后采用电沉积法将聚(3-甲基噻吩)膜(P3MT)修饰在玻碳电极上,制备出(P3MT/NGE/GCE)电极用于测定微量的辛硫磷。检测限可达6.4nmol/L(S/N=3)。

Yan等[20]采用轮流浸渍的方法将多壁碳纳米管(MWC-NTs)、壳聚糖(CS)和乙酰胆碱酯酶脂质体生物反应器(ALB)修饰到玻碳电极上,制备出生物传感器用于敌敌畏的检测。检测限为0.68±0.076μg/L。

Zhu等[21]采用简单的绿色电化学方法合成石墨烯-AuNRs纳米复合材料(GN-AuNRs)用于修饰玻碳电极。由于AuNRs具有很好的电子性能及吸附性能,所以构建出的传感器可用于甲基对硫磷的高灵敏性检测,检测限为0.82ng/mL。

2.2.2 烟碱类农药

烟碱类农药是是烟草毒素烟碱的衍生物。其降解速度非常快,因此被研制成持久性药剂。主要作用于昆虫神经系统,与烟碱受体结合,扰乱神经冲动的传输。

Si等[22]利用电化学聚合以及还原法制备出PPy/ERGO复合材料用于修饰玻碳电极,该复合材料对吡虫啉的检测限为0.18μmol/L。随后,又采用涂层法制备GO/GCE电极,当吡虫啉的浓度在0.8 ~ 10μmol/L范围时,检测限为0.36μmol/L。

Lei等[23]采用化学还原法构建了石墨烯和聚咔唑(PCz)复合材料修饰玻碳电极,由于咔唑是很好的导电聚合物,因此将该修饰电极PCz/RGO用于吡虫啉(IMI)杀虫剂的检测,检测限为0.22μmol/L。

Zhao等[24]利用电聚合方法将L-半胱氨酸沉积到氧化石墨烯-壳聚糖复合膜上,氧化石墨烯在此作为沉积L-半胱氨酸的底版,构建了一种新型传感器。 该电极L-Cys/GO-Chit/GCE对苦参碱的检测的范围是4.0×10-6~1.0×10-4mol/L。

2.2.3 其他类农药

Li等[25]将乙酰胆碱酯酶和多孔的还原态氧化石墨烯(pRGO)修饰到玻碳电极上,制备出电化学生物传感器用于西维因的检测。pRGO片不仅可以提供高比表面积,而且有利于反应物的扩散和质量迁移。检测的浓度范围是0.001~0.05μg/mL。

Zhao等[26]通过将电化学法还原的氧化石墨烯-金纳米粒子-β-环糊精和普鲁士蓝-壳聚糖修饰在玻碳电极上并固定住乙酰胆碱酯酶,制备出一种生物传感器用于马拉硫磷的检测,检测限为4.14pg/mL。

3 总结与展望

基于石墨烯的电化学生物传感器对许多药物的检测都展现出了良好的选择性和灵敏度,是可用于构建快速、灵敏且高效的生物传感器的理想材料。

PEO-PPO-PEO在生物医用材料方面的研究进展 篇6

注射美容术是一种操作简单、见效快、损伤小、恢复快的美容术, 尽管存在着整体改观不明显、效果维持时间短等弊端, 但仍能被许多人接受。

应用可注射整形美容外科材料进行组织修复、畸形矫正和面貌年轻化治疗, 是为了适应患者和美容就医者对微创外科技术的需要, 也是目前整形外科临床技术发展的趋势之一。目前, 可注射美容外科材料的应用范围包括: (1) 整形外科:先天性软组织缺陷、骨/软骨缺损修复、腭咽闭合不全、声带闭合不全及压力性尿失禁等; (2) 美容外科方面:面貌年轻化治疗、组织轮廓增大隆起、非特异性调整及塑形。

1 可注射用美容材料的要求

通过注射将材料填充到人体需要的部位, 是一种简单且创伤小的美容手段, 日益受到民众的欢迎。理想的注射性美容填充材料必须具备以下条件:

(1) 组织相容性好;

(2) 无过敏反应, 非致热源;

(3) 不致癌, 不致畸形;

(4) 非微生物生存基质;

(5) 与宿主组织具有一定的结合能力;

(6) 不引起或少引起炎症及异物反应;

(7) 无抗原性、不导致免疫及组织相关性疾病;

(8) 易于消毒、贮藏;

(9) 具有适当的流动性;

(10) 置入宿主体内后易于成形、塑形及固定, 效果持久或永久。

2 可注射用美容填充材料的种类

2.1 透明质酸

获得美国FDA认证的瑞典Q-Med AB公司生产的面部除皱用注射用修饰透明质酸凝胶Restylane, 注射后可与人体皮肤组织相融合, 并吸收、锁定水分子, 以达到除皱效果。与胶原质注射物相比, Restylane在用量更少的情况下即可达到同等的除皱效果, 且所需的治疗疗程较短。瑞蓝2号已于2009年获得SFDA批准。

透明质酸是体内结缔组织及滑液的组成成分, 具有可靠的生物相容性、无毒、无致畸、无致癌性, 且具有抑制炎症反应, 减少肉芽组织和粘连生成的作用。可注射用于鼻唇沟处或作隆唇用。Restylane比较粘稠 (20mg/m L) , 有较大的吸水性, 因此注入后作用较持久, 在全球已广泛应用。

透明质酸适应症:消除脸部静态纹 (包括眼部细纹、眼尾纹、泪沟、眼袋、法令纹等) , 丰唇、修饰唇型, 下巴修饰, 鼻型增高、鼻型改造, 丰颊, 填补凹洞等。

透明质酸注射的优点:

(1) 副作用非常少。原因:a.是人体真皮组织之一, 在人体内停留时间短, 会在8个月到3年左右被人体分解掉, 不会有长期副作用;b.不是蛋白质, 因此引起过敏反应的机会就减少许多。

(2) 可用于尝试性丰唇, 下巴修饰, 鼻型改造等。

(3) 填充均匀, 不会有棱或颗粒状物质残留。

(4) 简单安全, 快速有效。微型整容不用开刀, 只需真皮内注射, 避免了手术风险, 同时微型整容采用局部注射法, 马上就可以看到效果。

(5) 天然成分。来自于生物组织, 因此无异物感及外来物质存留。

(6) 舒适无痛苦。微型整容采用注射法, 像打针一样, 局部仅有微胀微痛感, 无大痛苦, 顾客容易接受。

(7) 经济实惠。微型整容费用介于生活美容与整形外科之间, 价格较为便宜。

透明质酸副作用:注射玻尿酸后可能会产生暂时性的轻微发红、肿胀、瘙痒现象, 通常在几天后消失。有时刚打完, 皮肤摸起来会有像颗粒般的东西 (肉眼看不见) , 大概3天后会消失。

2.2 伊维兰

伊维兰是法国2000年通过CE认证的新一代非动物性填充材料, 分为两大类。

(1) EVOLUTION是一种长效的合成的皮肤填充物, 由附着于不可吸收的粘弹性水凝胶的可渗透球体构成。具体成分为聚偏二乙烯微球、聚乙烯阳离子聚合物、磷酸盐缓冲物、注射用水。它不含任何动物源性成分, 且没有来源于转基因的有机生物体成分。适用于填充深的皱纹和皱褶、丰唇、改善面部轮廓、填充凹陷疤痕。

(2) OUTLINE则不带有微球结构, 是一个针对各种皱纹的可吸收填充物的完善系列, 包括三个产品:FINE适用于浅皱纹和表皮浅皱褶, 半衰期1年;ORIGINAL适用于浅皱纹、微小皱纹和皱褶、丰唇, 半衰期2年;ULTRA适用于深的皱纹、微小皱纹和皱褶, 半衰期5年, 用于面部整形。它们的作用方式通过替代细胞外基质起作用:缓慢吸收的聚丙烯阳离子聚合物水凝胶作为滤器, 使植入物外围的白细胞重排, 同时促进可溶细胞外分子进入 (胶原、弹性蛋白、粘多糖、纤维等) 。在细胞外环境存在的这些分子带有负电荷被EVOLUTION和OUTLINE中温和的正电荷的力量吸引, 在EVOLUTION中这些分子聚集在一起形成微纤维渗透入微球体的孔中连接起来形成稳定的3层网络结构。这个过程是可控的物理过程, 而非生理学过程, 植入物会保持稳定并维持大约65%的最初体积。完全由人工合成物质构成, 不含潜在的免疫原性物质, 注射前不需过敏试验, 可常温保存直接使用, 所有的治疗一般最初都会有肿胀, 一般几小时消退。极小情况下, 肿胀会持续一整天。淤伤:顶层皮肤 (细小皱纹) 的注射, 很少引起淤伤, 但深层的注射可能引起。通过治疗后立即使用Vc面膜, 淤伤和肿胀都能被阻止。

OUTLINE获得CE认证, 美国FDA未认可。

2.3 爱贝芙

本制剂已获美国FDA批准, 是一种由甲基丙烯酸多甲酯 (Polymethylmethacrylate, PMMA) , 直径为30~40mm小粒悬浮于1:3的牛胶原中的制剂, 含有0.3%的利多卡因。此微球免疫性弱, 表面光滑, 曾在牙科假体中应用多年。注射后, 牛胶原逐渐分解, PMMA小粒在3个月内被人的胶原包裹, 无明显异物反应, 在体内也不移动, 其作用较持久。自1985年发明至今已有26年历史, 爱贝芙自1989年在德国首次应用于人体至今已有22年的历史, 并经过了欧盟、美国FDA多年的临床验证。

使用方法:用27号针头的空针将其取扇形注射到皮下组织, 适量注入, 不必超量注射。注射完毕局部要适度加压并在3~5天内轻轻按摩注射区。一般要重复注射2~3次才能获得长期效果。

并发症:早期有肿胀、敏感、青肿, 其过敏反应类似Zyderm和Zyplast, 后期, 由于本品能剌激纤维增生, 可能引起肉芽肿的发生, 其发生率约为1/10000。由于较为粘稠, 可用27号针头注入, 要注入皮肤的较深层。如注入过浅, 局部会发白、触之有较厚的感觉。

还有一种Resoplast, 是一种牛单分子胶原溶液, 其浓度为3.5%、6.5%, 其实质是无PMMA的Artecoll。有与Zyderm I、II类似的过敏性、适应证和使用方法。美国FDA未认可。

2.4 膨体聚四氟乙烯Gore–Tex

膨体聚四氟乙烯 (e PTFE) 从1970年以来就广泛应用于普通外科、心血管外科、泌尿外科和整形外科。1983年, Neel HBIII在实验研究中用Gore–Tex进行面部美容。作为单分子, e PTFE由两个碳原子与两个氟原子结合;作为多聚体, 由反复的长链构成, 其分子量在400 000~10 000 000之间。其化学性稳定, 表面光滑, 无刺激性。有两种e PTFE:一种是非增强型, 可弯曲、较软;另一种是增强型, 其硬度稍大但仍能弯曲。植入机体后宿主的细胞可长入其微小孔隙中, 使其保持稳定性。它可反复消毒10次。制品有片状、线状、三维丝状。另一种制品是Soft Form, 一种空心管状物, 其管径可以是内径1.0mm、外径2.4mm;另一种内径为1.2mm、外径为3.2mm。据研究, e PTFE在血管外科应用时其炎性反应很小。在兔实验中, 作为缝线材料异物反应比其他材料低, 作为固型材料植入兔体内不同部位, 其组织学反应也很轻, 而且表面有纤维组织生长, 使之固定性好。临床上已成功地用于鼻成形术、鼻唇沟与眉间的充填和唇部的美容。

2.5 肉毒素BOTOX

注射用BTX–A肉毒素产品在医疗美容行业中被广泛应用于动力性皱纹的消除手术, 具有操作简便、无创伤、效果好等优点, 美容行业称之为生物除皱技术。评价:肉毒素价格较便宜, 操作简单。但作用持续时间短, 要保持长期效果需反复注射。注射过量还易造成面神经麻痹, 表情不自然。

2.6 医用聚丙烯酰胺水凝胶 (奥美定, 英捷尔法勒)

奥美定产品系以医用聚丙烯酰胺水凝胶为容体, 由吉林富华医用高分子材料有限公司研制, 继注射型奥美定水凝胶之后的又一新产品, 其外形与注水式乳房假体一样。容积有180ml、200ml、220m、l240ml和260ml等。在制作时按容积加入了适量B型水凝胶干粉。丙烯酰胺单体含量10%以下。针剂适应于各类面部皱纹, 如额纹、眉间纹、鱼尾纹、鼻唇沟纹以及口周纹等。可用于增加唇部厚度, 但面部皮肤有毛囊炎禁用。本产品临床上注射用隆胸因为发生较严重的后果, 国家药监局已发文明令禁止使用, 目前只有少数美容院因利益驱使, 在偷偷使用。注射制剂临床上容易引起硬结、红肿, 肉芽反应不容忽视。

2.7 Alloderm

同种真皮取自人的尸体皮, 经除去表皮和真皮的细胞成分制备而成, 一般是埋于皮下层, 没有抗原性。但毕竟是异体物, 对其感染的可能性要特别重视。植入后宿主的成纤维细胞会浸润, 并有血管长入。它是一种用于组织充填的有效物, 从1992年以来, 至少已有3500例病人应用, 一种可注射的制剂即将问世。

2.8 Silicone

纯硅酮小粒曾广泛用作充填注射, 由于其刺激肉芽增生, 因而可产生持久的外形支撑。但往往因肉芽肿过度增生, 会导致外形的变形。因此, 1965年, 美国FDA禁止它作为注射充填剂。一旦肉芽肿产生, 处理比较困难, 需要手术取出, 注射皮质激素可减轻炎性反应和抑制过度增生。

2.9 Fibrel

这是一种含有病人血清、ε-胺乙酸 (ε-aminocaproic acid) 和猪明胶粉的混合物, 注入皮肤后引起创伤反应。病人的纤维蛋白包住注入物并有成纤维细胞长入。事前也必须作皮肤过敏测试。由于刺激性较大, 要注于真皮的中层, 术后数日会出现局部肿胀。虽不很理想, 但其保存时间比较长。

2.1 0 聚乳酸

Sculptra®Aesthetic2009年获美国FDA批准, 帮助纤化和消除脸部 (除眼部) 皱纹和法令纹。它的主要成分就是聚左旋乳酸 (PLLA) , 是一种微粒注射型粉末, 具生物相容性及分解性, 当注射进入真皮层, 成分会暂时取代肌肤流失的胶原蛋白, 并逐渐地在肌肤组织中一边行崩解释放作用, 一边促进胶原蛋白再生, 复原自身的赋活原力。不同于一般填充物吸收代谢后将回复未注射前的原状, 聚左旋乳酸不只填平凹陷处、掩饰老化现象, 最后留下的, 是您时光倒流的年轻摸样, 最终水解成二氧化碳和水排出体外。临床显示, 其平滑作用可持续18~30个月。

3 结论

国内现在使用的注射材料主要还是以伊维兰和肉毒素为主, 少部分单位在使用爱贝芙。目前越来越多的医生把在台湾、日本用的最多的Restylane玻尿酸带到国内使用, 国内目前也有很多国家的玻尿酸在推广, 我国注射美容事业将有更大的发展空间。人们对生物医用材料的研究越来越深入, 在具有生物相容性的基本要求上还要满足其他的条件, 需要人们进一步研究。生物降解性能是生物医用材料的重要性质之一, 它对生物医用材料在体内的应用具有重要的意义。因此, 目前我们面临的主要问题就是如何按照材料的机械性能和降解速度设计出具有更加广泛用途的新材料, 我们相信生物医用材料能得到更为迅速的发展, 从而推动美容事业的发展。

摘要：简述了生物医用材料在注射美容中的研究进展、注射用美容材料的要求, 综述了可注射用美容材料的种类、于临床的特点及应用开发现状。为进一步开发更新更好的可注射用美容材料提供依据。

赤泥在建筑材料方面的综合利用 篇7

1 赤泥的生产方法

赤泥生产方法主要有3种,即:烧结法、拜耳法和联合法。

拜尔法是直接以苛性钠溶液处理铝土矿,使矿石中氧化铝生成铝酸钠,而矿石中的二氧化硅则成为不溶性残渣—赤泥,与铝酸钠溶液分离。

烧结法是将矿石、碱粉、石灰石混合配料,先进行高温烧结,再用稀碱液溶出烧结块—熟料,使铝酸钠进入溶液与赤泥分离。

一般来说,拜尔法具有流程简单,产品质量高,生产成本较低的优点。但处理低品位矿石时其优越性较差,而且还要消耗价格昂贵的苛性碱。烧结法的优点是可以处理品位较低矿石,而且只消耗价格便宜的碳酸钠,但流程复杂,投资较大,产品氧化铝质量较差,成本较高。因此含硅很低的优质铝土矿就采用拜尔法,含硅高,铝比较低的铝矿石,一般采用烧结法。

综合两种方法的优点,将两种方法联合起来使用,这样就产生了联合法。联合法又分为串联、并联、混联法。并联法是用拜尔法处理高品位矿,烧结法处理低品位矿;串联法中烧结法只处理拜尔法赤泥;将拜尔法赤泥同时配一些低品位矿石可改善大窑的操作,这种将串联和并联结合起来的方法叫做混联法。

2 赤泥的物理化学矿物组成

2.1 物理性质

赤泥呈灰色和暗红色粉状物,颜色会随含铁量的不同而发生变化,是一种具有较大的内表面积的多孔结构,主要由结构—凝聚体、结构—集粒体、结构—团聚体三级结构构成,三者之间形成了凝聚体空隙、集粒体空隙、团聚体空隙[13]。

赤泥属高压缩性、低抗剪强度废渣。其比重2.84～2.87 kg/m3;含水量86.01%～89.97%;持水量79.03%～93.23%;饱和度94.4%～99.1%;直径为0.075～0.005 mm的粒组,含量在90%左右;塑性指数17.0～30.0;比表面积64.09～186.9 m2/g;空隙比2.53～2.95;容重0.8～1.0;熔点1 200～1 250 ℃。其高持水量是造成赤泥堆放多年仍能不团结,呈软塑—流塑淤泥质状态的主要原因。赤泥虽然持水量高,但干燥失水后不发生收缩,同时也没有膨胀性。

2.2 化学成分

赤泥的化学成分和矿物组成主要取决于铝土矿的成分、 生产氧化铝的方法和生产过程中添加剂的物质成分等。一般说来,联合法和烧结法所产赤泥的成分大致相同,而与这两种赤泥相比,拜耳法赤泥氧化铁及氧化铝含量高,碱含量及氧化钙含量低[3]。不同生产方式生产的赤泥化学成分见表1。

2.3 矿物组成

赤泥中含有的矿物主要来源于熟料高温反应形成的不溶性矿物和溶出过程水化、水解产生的衍生物、水合物以及二次副反应形成的新生矿物[15]。其主要矿物一般有方解石、赤铁矿、针铁矿、β-硅酸二钙等硅酸盐和硅铝酸盐以及原矿中没反应的矿物。赤泥的物相也随产地和生产工艺的不同而变化。

3 赤泥的应用

3.1 赤泥在水泥方面的应用

1)用作生料

赵宏伟[16]等人以赤泥、石灰石、矾土为原料,在1 300 ℃条件下成功烧制出满足P·O 42.5强度要求的硫铝酸盐水泥,并测其水泥净浆1 d、3 d、28 d龄期的抗压强度分别为42 MPa、50 MPa、65 MPa,抗折强度分别为8.0 MPa、8.5 MPa、12.5 MPa。

Tsakiridis P E[5]等人研究了普通水泥生料和掺加3.5%赤泥水泥生料烧成水泥的性能:在1 450 ℃下烧成,对两种水泥进行了化学分析和微观分析表明赤泥的掺加对水泥微观结构无影响。赤泥的掺加对水泥的易磨性、水泥凝结时间、抗压强度和膨胀性无不利影响。

2)用作掺合料

张娜[6]等人研究利用赤泥、煤矸石取代水泥生料高达50%制备出了赤泥-煤矸石胶凝材料。其中赤泥、煤矸石以3∶2比例,拌合后在600 ℃煅烧2 h。以XRD、FTIR、27Al MAS-NMR和SEM观测结果表明此胶凝材料的强度主要由钙矾石和无定形C-S-H凝胶提供,其中钙矾石和C-S-H提供了主要强度。夏云倩[17]等人采用赤泥和粉煤灰为主要原料,加入少量石膏做为激发剂,经过热处理后与少量熟料混合制作成胶凝材料。结果表明赤泥和粉煤灰混合经过热激发能提高相互的活性,具有很强的胶凝性;试块的抗压强度随减水剂加入量的增大出现明显的下降。

Senff L[18]等人研究了赤泥对砂浆的流变性能和硬化后性能的影响发现,赤泥的掺入降低了砂浆的流变性能,但增大了扭矩。当赤泥掺量高于20%后,砂浆水化热开始降低。随着赤泥含量的增加,硬化后砂浆吸水率增加、力学性能降低。

3)碱激发矿渣水泥

潘志华[7]等人以矿渣与赤泥质量比为70∶30,掺加14%的固体碱性激发剂,成功制备出了具有正常凝结时间、良好的体积稳定性和高强度的碱矿渣—赤泥水泥。通过MIP和SEM观察发现碱矿渣—赤泥水泥凝结后较普通硅酸盐水泥密实程度更高,具有较低的气孔率,大孔较少,适当小孔较多。岳云龙[19]等人研究赤泥对碱矿渣水泥的影响时指出:在掺入3%硅酸钠做激发剂碱矿渣水泥中掺加赤泥小于10%时,强度降低不大;10%～20%强度降低较多;但超过20%后,强度降低趋势减小。并以赤泥含量达30%的赤泥—碱矿渣水泥成功制备出性能良好的免烧砖和轻质隔墙板。

3.2 赤泥在混凝土方面的应用

颜祖兴[20]等人研究赤泥混凝土时发现,当赤泥代替水泥用量少于1/3时,成型的混凝土抗折强度与普通水泥混凝土强度相当,特别是龄期较长时,结果更为接近。但大于1/3时,强度有较明显降低,所以推荐赤泥掺代水泥量1/5～1/4。刘春,尹国勋[8]等人研究发现当赤泥代替水泥用量为15%左右时,其抗折强度与普通水泥混凝土强度相当,抗压强度也能达到设计要求。但替代量超过20%时,强度明显降低。

美国和日本用赤泥制成球形颗粒然后加热到1 200～1 316 ℃制成人造密实骨料,发现用此密实骨料成型出的混凝土抗压强度比以河卵石为骨料的混凝土要高出许多,日本学者对其强度值作了系统的研究[21]。

3.3 赤泥在道路基层方面的应用

梁旭,梁乃兴等[22]通过水泥赤泥稳定碎石混合料的无侧限抗压强度、弹性模量、固化机理等性能的试验,对水泥赤泥级配碎石混合料应用于道路基层的可行性进行研究,发现适当的赤泥掺量有利于改善混合料在冻融条件下的性能和提高其弹性模量,结果确定混合料中赤泥的最佳掺量为10%～16%。

前苏联巴普洛达尔州[21]工程技术人员在应用铝土矿渣(赤泥)铺筑了路面基层。试验路段用15 cm的铝土矿渣(赤泥)基层代替碎石基层,其它结构层不变。路段目测没有发现任何路面缺陷,从基层取样试验证明,抗压强度为1～1.5 MPa。全苏道路研究所哈萨克分所还进行了应用赤泥粘结料的研究,结果发现添加磷石膏的赤泥粘结料3个月硬化后抗压强度为25.2～33.5 MPa。同时,将赤泥磨成粉能大大提高其液压活性(强度达到10～20 MPa),从而更有效地利用铝土矿渣。

3.4 赤泥在陶瓷方面的应用

蒋述兴[9]等人利用广西平果铝厂的拜耳法赤泥、石英砂和高岭土经压制成型,成功制备出建筑陶瓷,指出赤泥陶瓷的抗压强度随赤泥含量的增加先增大后减小,当赤泥含量为30%～40%时强度最高。并提出赤泥陶瓷的最佳配方范围为赤泥30%～40%,石英砂30%～50%,其余为高岭土。徐晓虹[23]等人利用赤泥、粉煤灰、煤矸石、劣质粘土为主要原料,加入其他助剂,成功制备出高性能的可用于污水处理的陶瓷滤球,滤球气孔率高于55%、压碎力为0.779 kN。

吴建峰[10]等人利用总掺量为60%的烧结法赤泥和拜耳法赤泥成功制备出具有较高的抗压和抗折强度及较低导热系数的保温陶瓷砖,并得出在两种赤泥掺量分别为24%和36%时,样品抗压强度为53.84 MPa,抗折强度为14.97 MPa,导热系数为0.88 W/(m·K)。

3.5 赤泥在微晶玻璃方面的应用

张亚涛等人[11]对赤泥的组成及显微结构进行了分析,并成功运用熔融法制备出赤泥含量60%的优质微晶玻璃,其最佳热处理制度为:核化温度720～750 ℃,保温1 h;晶化温度820～1 020 ℃,保温2 h。样品的体积密度为2.78 g/cm3、显微硬度达694.5 Hv、弯曲强度达123.98 MPa、耐碱性能为0.01。杨家宽[12]等成功制备出了赤泥和粉煤灰含量达85%的微晶玻璃,采用DTA和XRD测试表明结晶相主要为钙铝黄长石(Ca2Al2SiO7)和辉石(Ca(Fe,Mg)Si2O6),结晶温度由850 ℃到1 100 ℃时,辉石向钙铝黄长石转化。并提出最佳热处理工艺为核化温度 697 ℃,保温2 h,晶化温度约为 950 ℃,保温 2 h。

Erol E[24]等人采用粉煤灰、赤泥和硅灰制备出了烧结微晶玻璃,采用SEM和XRD测试表明,烧结微晶玻璃的性能主要取决于玻璃组成、晶粒大小、粘合剂的添加以及烧成温度。并指出粘合剂的添加能改善烧结微晶玻璃的微观结构,提高其硬度和各项物理性能。

4 结 语