1.3 纳米生物材料的分类

1.3.1 无机纳米生物材料

无机纳米生物材料是研究最早并且在临床上应用最为广泛的纳米生物材料，包括纳米陶瓷材料、纳米磁性材料、纳米碳材料等[15]。

1.3.1.1 纳米陶瓷材料

纳米陶瓷材料是指由处于纳米尺寸的晶粒所构成的陶瓷材料。纳米陶瓷材料在临床上已有广泛的应用，主要用于制造人工骨、骨螺钉、人工齿、牙种植体以及骨的髓内固定材料等。纳米羟基磷灰石是纳米生物陶瓷中最具代表性的生物活性陶瓷，羟基磷灰石与骨骼主要成分的性能一致，其密度指数和强度数值与骨骼相似，物理特性符合理想骨骼替代物的模数匹配，并且与正常骨骼的相容性好、不易产生骨折，因此，它在组织工程化人工器官、人工植入物等方面的应用前景越来越受到各国科学家的关注。1994年，英国科学家Bonfield将聚乙烯与压缩后的羟基磷灰石网混合后成功合成了模拟骨骼亚结构的纳米物质，该物质可取代目前骨科常用的合金材料[16]。1996年，Li等采用浸渍的方法将羟基磷灰石纳米晶涂覆在Ti金属的表面，所得到的材料与组织的结合强度比单独的Ti金属与组织的结合强度高两倍[17]。

1.3.1.2 纳米磁性材料

纳米磁性材料主要是由纳米级的金属氧化物（如铁、钴、镍等的氧化物）组成的，具有超顺磁性[18]、磁量子隧道效应[19]等。磁性纳米生物材料多为核壳式的纳米级微球，主要有三种结构形式：①核-壳结构，即由磁性材料组成核部，高分子材料作为壳层；②壳-核结构，即将高分子材料作为核部，外面包裹磁性材料；③壳-核-壳结构，即最外层和核部为高分子材料，中间层为磁性材料[20]。

1.3.1.3 纳米碳材料

由碳元素组成的碳纳米材料统称为纳米碳材料。1963年Gott等在研究人工血管时发现碳元素具有良好的抗血栓性。此后，碳材料在人工血管、人工心脏瓣膜和人工齿根、骨骼、关节、韧带、肌腱等方面都获得了广泛的应用[21]。1985年，Kroto、Smalley和Curl等在Nature上发表了一篇题为《C60：Buckminster fullerene》的文章，引起了学术界强烈反响[22]。他们根据质谱上的一个尖峰推算出C60的结构，而当时的实验技术不能制备出足够的量用于其他光谱表征，所以受到了许多科学家的质疑。直到1990年，Huffman和Kratschmer等合成大量富勒烯（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[23,24]。富勒烯、金属内嵌富勒烯及其衍生物由于独特的结构和物理化学性质，在生物医学领域有广泛的应用，如抗氧化活性和细胞保护作用、抗菌活性、抗病毒作用、药物载体和肿瘤治疗等。在发现并大量生产富勒烯后，1991年，日本物理学家Iijima研究富勒烯的副产物时，发现了碳纳米管，由于其良好的物理和化学性质，引起人们极大的研究兴趣，使得碳纳米材料成为材料学研究领域的热点[25]。

1.3.2 有机纳米生物材料

有机纳米生物材料包括有机小分子纳米生物材料和有机高分子（聚合）纳米生物材料。与无机化合物相比，有机分子具有结构多样、易于裁剪、组装成本低等优点，从而使有机纳米材料具备无机纳米材料所没有的许多功能[26]。因此，近年来有机纳米材料引起了科研工作者的广泛关注。1992年，日本科学家Nakanishi首次利用再沉淀法制备得到的有机纳米材料在水相中具有良好的分散性，此后，越来越多具有不同形貌、结晶性和光电性能的有机纳米材料被相继制备出来，极大地扩展了有机纳米材料的应用[27,28]。有机纳米材料在生物医学方面的应用主要包括以下三个方面：①由于其具有较强的荧光量子产率、较长的荧光寿命、较低的光致漂白性和非特异吸收，因此广泛用作生物荧光探针；②由于其具有较高的光热转换效率和较强的光敏化产生活性氧的能力，因此在肿瘤光热治疗和光动力治疗方面具有不可替代的地位；③有机纳米材料特别是有机高分子纳米材料作为药物载体在生物医学上应用广泛。

1.3.3 复合纳米生物材料

复合纳米生物材料是指由两种或两种以上的物质在纳米尺度上杂合而成的材料[29]。得到的复合材料不仅具有纳米材料的小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等性质，而且将无机物的刚性、尺寸稳定性和热稳定性与聚合物的韧性、易加工性及介电性能揉合在一起，从而可以集许多特异性能于一身。

1991年，Hench报道了具有生物活性的玻璃后，在世界范围内掀起了对生物玻璃的研究热潮[30]。Yamanaka等制备得到的生物凝胶以SiO2为基质，葡萄糖-6-磷酸脱氢酶作为活性中心[31]。Pope通过溶胶-凝胶技术将酒酵母包裹，固定在SiO2网络中，制备了能循环使用多次并且具有生物活性的复合材料[32]。Rusu等以壳聚糖和羟基磷灰石为原料，采用逐步沉淀法，制得了颗粒大小可调的羟基磷灰石/壳聚糖复合材料，其在骨骼修复方面有一定的应用价值[33]。