乐桃子
我只想说……师兄还是师姐，求你的完成论文……今年又遇到这道题了 
从人造子宫到人造心脏，从人造骨头到再生肢体……一组不可思议的科学奇迹。 Hung-ChingLiu博士是美国康奈尔大学生殖医学和不育症研究中心的负责人。从2001年起，她的实验室开始以取自人体子宫内膜的细胞为基础。培养单片人体组织。最初的细胞是由不育症患者捐赠的。人造子宫是试管授精研究带来的一个副产品，研究它的目的同样是为了帮助那些不育夫妇。认为她们小组将在5～10年内培育出活的老鼠子宫，而人体子宫还要等上更长的时间。 06年11月英国科学家研制出一个完全模仿人体消化过程的高科技机械，这个由塑料和金属制成的装置是由英国某个食物研究所的MartinWickham博士和同伴研制出来的。它经得起胃里的酸和酶的腐蚀，而且最终可能有助于科研人员开发出超级营养品。人造胃由上下两部分组成，想一个巨型计算机。其上半部分是一个带有蓝色漏斗的圆筒容器，食物被倒入容器内。这里是食物、胃酸和消化酶混合的地方。一旦这一过程完成，食物就会在下面一条银制管子里被碾碎。这条管子装在一个透明盒子里。在我们真正的胃里，食物随后将被人体吸收。其中食物在胃里某个特定部位停留时间的长短、在不同阶段的激素反应等等，都是由电脑完成的。 到目前为止，许多科学家已从生物高分子材料或合成高分子材料中制造出了一二十种人造皮肤。他们把这些材料纺织成带微细孔眼的皮片，上面还盖着一层层薄薄的、模仿“表皮”的制品。 南加利福尼亚大学研制的仿生眼项目——人造视网膜。旨在开发一种可以帮助因衰老或疾病导致视网膜受损的人恢复视力的人造视网膜技术，他们已经在志愿者身上对植入式微型摄像头进行了早期的人体试验。志愿者们佩戴着安装有数字摄像头的太阳镜，视网膜上安装了分布有电极的含银硅脂，数字摄像头将拍摄到的图像以无线的方式传送到硅脂上的16个电极上，电极产生的信号刺激视网膜上的神经细胞，就使盲人“看到”了图像。现在他们预计将来09年投入商业化生产，使更多的人获得光明的同时，也使科学家有足够的经费进行下一步的研究。 1966年，这两位科学家把一些小鼠放入一桶液体中，并将小鼠完全浸没在液面下。按说小鼠应该在数分钟之内死亡，但它们却活了好几个小时。桶中的液体含有碳化氟和水，碳化氟分子同水中的氧气结合，并进入小鼠的血液内。第二年，另一位美国人Henry给几只兔子注射了含有碳化氟和蛋清的混合物。他发现如果这种混合物不超过血液总量的三分之一，兔子就能够成活。第一位接受人造血的是日本科学家内藤良知。1979年，他给自己注射200毫升人造血。如今，医生已经有多种不同配方的人造血供急救用。1980年6月，我国第一次将自己研制的人造血应用于临床，这一年就有14个病人获得满意的结果。人造血管(Artificial Bloodvessels)来自日本北海道大学的科学家们利用从鲑鱼皮中提取的胶原制造全球首例人造血管。日本科学家们还成功利用此人造血管取代老鼠的动脉血管。专家家们称利用鲑鱼皮制造出来的人造血管一点也不逊色于真正的血管。然而，北海道大学的研究人员强调称，利用鲑鱼皮制造人造血管还存在着一个重要的问题需要去解决，那就是利用鲑鱼皮胶原制造出的人造血管热稳定性较差。它的稳定还有待科学家们进一步研究。 美国的科学家日前称，他们最近成功地研制出一种新型的人造肌肉，这种人造肌肉不仅可以自我修复，而且还可以在运动收缩过程中产生电力，这些电力未来甚至可以为你的手机或者MP3播放器充电。人造肌肉可自我修复并发电在最新一期出版的《先进材料》杂志上，美国加州大学的科学家裴齐冰教授公布了他们的这一最新研究成果。作为此次研究的发起人，裴齐冰教授说：“我们已经制造出了一块人造肌肉，它会在通电后膨胀(超过200%)，在运动和能量方面都与人类肌肉非常相似。”尽管人造肌肉已经出现数年了，但是有些人造肌肉因为非常体积大而撕裂，产生不平衡的膜厚度和不规则粒子，从而导致肌肉失灵。研究人员们使用了普遍存在的、柔韧灵活的碳纳米管作为电极，以取代其它含金属的膜，因为后者常常在反复使用后出现故障。如果某个碳纳米管区域失效了，其周围的区域会变为绝缘而自行闭合，以防止故障波及其它区域。裴齐冰教授说：“在我们对这个新设备进行的长期测试中，实际的材料经历了许多事件却仍然能工作。”裴教授所说的“事件”指的是，他们用销钉对人造肌肉进行扎刺，在这种情况下，其它的人造肌肉会失效，而他们的肌肉模型仍能保持运行。此外，这种自我愈合的肌肉还是高效能的。裴教授说：“它能保存70%你输给它的能量。”由于这种材料会在膨胀后收缩，碳纳米管的重新排列会产生一小股电流，这种电流可被用作另一膨胀的能量或被储存在电池中。日本的科学家们利用这一理念从海浪中提取能量为电池充电。其他科学家们推测，这种人造肌肉将可被用来捕获风能。内华达大学雷诺校区的材料科学家金光说：“他将这些碳纳米管放在一起的方法真的非常有创意。一些人想利用它来为电池充电。”能与真人肌肉相媲美研究人员们表示，他们发明的这种人造肌肉伸缩性已能和人的肌肉相媲美，且伸缩性由材料自身性能决定，无需马达、齿轮等复杂装置，体积小、重量轻。研究人员称，他们最新研发的两种人造肌肉性能均非常突出，同时具备燃料电池和肌肉的功能。其中一种人造肌肉采用了含催化剂的碳纳米管电极，可作为燃料电池的电极将化学能转化为电能，也可作为超级电容器的电极来储存电能，还可作肌肉电极将电能再转化为机械能。另外一种人造肌肉也是目前最强健的肌肉，是通过混合燃料和空气中的氧气发生催化反应，将化学能转化成为热能，升高的温度可使制造肌肉的具有形状记忆功能的金属材料用力收缩，冷却后肌肉随之膨胀放松。由于这种燃料电池肌肉所使用的外层涂有纳米颗粒催化剂的形状记忆金属导线，可在市场上买到，这使得它尤其容易在自动装置中得到应用。人造肌肉又叫电活性聚合物，是一种新型智能高分子材料，它能够在外加电场的作用下，通过材料内部结构的改变而伸缩、弯曲、束紧或膨胀，和生物肌肉十分相似。在生物材料医学上，人造器官是指能植入人体或能与生物组织或生物流体相接触的材料，或者说是具有天然器官组织的功能或天然器官部件功能的材料。根据制造器官使用的材料以及其功能，科学将人造器官分为三种：机械性人造器官、半机械性半生物性人造器官、生物性人造器官。其中，前两类型种的人造器官移植后会让患者产生排斥反应，对受体来说，最为感觉舒适无副作用的是最后一种也就是生物性人造器官。未来应用前景广阔人造肌肉具有广阔的应用前景。这种材料做成的人造肌肉能像人类肌肉纤维一样收缩和伸展，并改变胳膊长短。利用人造肌肉收缩和伸展的特性，一旦提供的能量足够，用这些肌肉作成的装置就能够完成跳跃、爬山甚至长途旅行等活动，从而能够做成更像人类的机器人、更轻便灵巧的人造假肢以及塑料心脏或心脏隔膜等与人类器官收缩一致的人造器官。科学家还希望将这些人造肌肉材料用在其他方面，比如用来制作微型阀门、柔软的扬声器以及可触摸界面如显示屏等。迄今为止，人体的器官已经基本都能够制造成功并应用到人体，唯独肌肉没有做到这一步。因此，人造肌肉具有广阔的前景。利用人造肌肉收缩和伸展的特性，一旦提供的能量足够，用这些肌肉作成的装置就能够完成跳跃、爬山甚至长途旅行等活动，从而能够做成更像人类的机器人、更轻便灵巧的人造假肢以及塑料心脏或心脏隔膜等与人类器官收缩一致的人造器官。新研制的靠燃料驱动的人造肌肉很容易进行微型化甚至纳米级设备的生产，采用乙醇或氢等燃料驱动可获得高出目前最先进的充电电池30多倍的能量，使用寿命更长，可在自治机器人、可变形飞行器以及动态盲文显示器等多个领域得到广泛应用。比如可以改进飞行器及航海工具的性能。用酶取代金属催化剂，有朝一日可能研制出以食物为燃料驱动的人造肌肉，用于人体器官包括人造心脏的移植和再造等。 北京时间2010年11月1日消息，据物理学家组织网报道，美国威克弗里斯特大学浸信医学中心再生医学研究所研究人员已经在实验室培植替代肝脏方面达到一个新的转折点，它虽然还只处于早期阶段，但是意义重大。他们是第一批利用人类肝细胞制造出像人类肝脏一样功能齐全的微型肝脏的人。下一步是看一看把这种肝脏移植到动物体内后，它们是否还能继续正常工作。 这项研究成果将于31日在波士顿美国肝病学会年会上公布，它的最终目标是为需要进行肝移植的患者提供替代肝脏，解决捐献肝脏供不应求的问题。除此以外，这种肝脏还能用来试验新药物。再生医学教授和项目主管沙伊·索科尔说：“这项研究将会出现的可能性让我们感到非常兴奋，但它目前还只处于初级阶段，在它为患者谋福利前，还有很多技术障碍需要克服，这让我们感觉压力很大。我们不仅要学会如何一次培植出数十亿个肝细胞，以便制造可以给患者移植的肝脏，而且我们还必须确定这些器官是否可以安全用在患者身上。”这项研究的第一作者佩蒂罗·巴比蒂斯塔表示，这是第一项利用人类肝细胞在实验室里培植肝脏的研究。他说：“我们希望被移植到动物或患者体内后，它们能像在实验室里一样继续正常工作。”为了制作这种器官，科学家利用一种清洗剂把动物肝脏上的所有细胞清除掉(这一过程被称作整体器官脱细胞)，只剩下胶原质“支架”，或称支撑结构。然后用两种人类细胞：被称作起源的未成熟肝细胞和内皮细胞取代原有细胞。利用肝脏里拥有一系列更小脉管的大脉管把这些细胞植入到肝脏支架里。经过整体器官脱细胞过程，这个脉管网络仍保持完好无损。紧接着科学家会把这个肝脏放进一个生物反应器里，它是为整个器官提供恒定流量的营养液和氧气的特殊仪器。在生物反应器里呆上一周后，科学家证实它进一步形成了人类肝脏组织，并产生了与之相关的功能。这时他们会对这个生物工程器官内部的细胞生长情况进行仔细观察。利用动物细胞制作肝脏的能力在以前就得到了证实。然而人们并不清楚能否利用它制作一个功能健全的人类肝脏。研究人员表示，当前这项研究揭示了一种整器官生物工程学方法，结果可能会证明，这项技术不仅对治疗肝病至关重要，而且对肾脏和胰腺等器官的生长也很关键。威克弗里斯特大学浸信医学中心再生医学研究所研的科学家都参与了这个项目和其他很多组织及器官研究项目，而且还在研发用来恢复器官功能的细胞疗法。生物工程肝脏还能用来评估新药的安全性。巴比蒂斯塔说：“这更接近于人类肝脏里的模拟药物新陈代谢，该过程在动物体内很难再现。”
克隆器官 器官移植可救人于生死之际，现代医学几乎能在所有人类器官和组织上施行移植术，但排斥反应和供体缺乏仍是令人头痛的事。克隆人由于遗传物质全部来源于“原版人”，将其器官提供给“原版人”用，二者基因配型，组织配型，绝无排斥反应之虞。但采用牺牲一个人去拯救另一个人的办法，既不合算，也不合乎伦理道德。倘若只克隆出一个器官，如心脏、肝 脏、肾脏等，就能避开了种种非难。 一个带着生命“接力棒”的细胞，可以最终发育成像人这样复杂的生命体，至今仍是令人叹为观止的现象。当精子和卵子进行“生命之吻”后，合子即获得巨大的生命力，可以连续不 断地进行细胞分裂和分化，最终形成一个拥有200万亿个细胞的人。我们每个人就从父母那里各取“半张”生命的“密码图谱”，构成自己独有的DNA 谱表。这张蓝图上有46条染色体，上面载着10万个结构基因，由30亿个碱基对组成。 早期的胚胎在4～8个细胞时，细胞具有全能性，这时采用胚胎切割技术将细胞分开，分开后的细胞可重新形成4个或8个细胞。之后，胚胎细胞逐渐分化，形成人体的脑、心、肝、肾、四肢及生殖系统，分化后的细胞就不再具有全能性了。克隆羊“多利”的惊人之处在于，它 “装入”的是体细胞的细胞核。成年体细胞是“定向”细胞，如乳腺细胞只能发育成乳腺，不可能重获“全能性”。“多利”诞生的最大理论意义在于，证明了一个已经完全分化成熟 的体细胞，在卵细胞质的“策反”下，能恢复到早期原始细胞状态，像胚胎细胞一样保存全 部遗传信息。 克隆器官是“定向发育”技术。发育遗传学是人类遗传学中最具挑战 性和吸引力的研究领域，它研究人类受精卵中发育的程序是如何编码在基因组上的，基因是如何按一定的时空顺序开启、表达和关闭的，基因是如何控制各种特殊蛋白合成，使各种细 胞分化和形成器官，最终发育成一个完整的人。这是一个极其复杂的过程，调控基因所起的作用远比结构基因的作用更为重要。 人们在植物组织培养中已找到定向生长的证据。用克隆技术培育的皮肤已可供临床使用。最近，英国科学家培育出一个没有头的青蛙胚胎。研究人员称，这项技术可能用于人类，培育无头克隆体，用于移植人体器官和组织。 科学家认为，这项技术可能适用于在人工子宫环境中，培育胚胎囊中的人体器官，如心脏、肾脏和肝脏。那些需要器官移植的人，可以获得利用他们自己身上的细胞“定向培育”的器官，因此，省去了对器官移植患者的抗排异治疗。这项技术也将大大缓解移植器官的短缺。 将一部分胚胎培育成所需要的器官，如果没有大脑或中枢系统，从技术角度来讲，所培育的组织就可能不被列为胚胎类。 不管怎样，人类目前还没有力量和能力解决基因调控问题。科学家们预言，在21世纪初叶，人类发育遗传学将成为生物学领域中主要的研究热点。 克隆器官的体外培育亦是一道难关，它既不同于传统的细胞培养，也不可能放入人的子宫里 面去进行发育。人类已经掌握了人造子宫的雏形——试管婴儿技术，体外授精的胚胎能在试 管中生长好几天。现在，科学家的目标是真正的“人造子宫”。 21世纪是生物技术的世纪，现代遗传学留给人们思维的天空非常广阔，可任由有作为的科学家驰骋、耕耘。生物技术神通广大，克隆器官仅是其中的一个部分。
鲨鱼皮肤－泳衣 一件泳衣，在悉尼奥运会上改变了世界泳坛的格局。几乎大半金牌得主都穿上一种特殊的泳衣———连体鲨鱼装。这种鲨鱼装仿造了海中霸王鲨鱼的皮肤结构，泳衣上设计了一些粗糙的齿状凸起，能有效地引导水流，并收紧身体，避免皮肤和肌肉的颤动。 此后，仿生泳衣越仿越精。第二代鲨鱼装又增加了一些新的亮点，加入了一种叫做“弹性皮肤”的材料，可使人在水中受到的阻力减少4％。此外，还增加了两个附件，附在前臂上由钛硅树脂做成的缓冲器能使运动员游起来更加轻松；附在胸前和肩后的振动控制系统能帮助引导水流。 海蜇－水母耳 每当风暴来临前，最古老的腔肠生物海蜇仿佛能未卜先知，早早就离岸游向大海避灾。原来，海蜇有个“顺风耳”，其“耳”（细柄上的小球)中有小小的听石，上面布满神经感受器，能听到风暴产生时发出的次声波（由空气和波浪摩擦而产生，频率为8赫兹-13赫兹，传播比风暴、波浪的速度快）。 模拟海蜇感受次声波的器官，科技人员设计出一种“水母耳”仪器，可提前15小时左右预报风暴。它由喇叭、接受次声波的共振器和把这种振动转变为电脉冲的转换器以及指示器组成。将这种仪器安装在船的前甲板上，喇叭做360°旋转。当它接收到8赫兹－13赫兹的次声波时，旋转自动停止，喇叭所指示的方向，就是风暴将要来临的方向。指示器还可以告诉人们风暴的强度。 仿生成果走向产业 京沪两地科学界级别最高的“香山科学会议”和“东方科技论坛”最近联合就仿生学召开学术研讨会，此举在科学界引起不小震动:为何给予仿生学如此高规格？ 缘自国际科研和高新技术产业的竞争态势。越来越多的科学家认识到：模仿自然更有无限的潜力和机会，更有可能提升原始创新的能力。 人类进化只有500万年的历史，而生命进化已经历了约35亿年。大自然的奥秘不胜枚举。每当我们发现一种生物奥秘，就有可能成为我们一种新的设计可能性，也可能带给我们新的生存方式，仿生思维就是在大自然中寻找解决问题的方程式。10年前，许多国家就开始通过仿生学，提升科技创新活力和产业能级。在美国，有一项长期研究计划与仿生科技紧密相关，其优先发展的先进制造、先进材料和先进军事装备等，不少是从模拟与仿真入手；德国研究与技术部已就“21世纪的技术”为题，从仿生学出发，在电子技术、纳米技术、富勒碳材料、光子学、材料、生物传感器等领域投入了相当大的财力和人力；英国、日本、俄罗斯以及韩国等国都有相应的仿生科技和仿生产业中长期计划，在先进制造、材料、生物技术、高性能计算与通信计划等领域开展基础性研究。 仿生成果已不断涌现，并开始从基础研究发展到商业化竞争阶段。中科院上海生命科学研究院植物生理生态研究所研究员杜家纬介绍，这些仿生学成果应用于经济、军事和人类卫生事业后，在全球经济中所创造的份额会越来越大。如德国轮胎设计专家根据跑行中的猫前爪垫的功能和蜘蛛网的柔顺结构及其稳定性，设计出一种AMC垫型轮胎，其表面的柔软性和硬性网状结构设计，具有较大的抓地性和运行精度，增加了轮胎与地面的摩擦力，使刹车距离从现在的19米缩短为9米，大大提高了安全性。这种轮胎已完成了实地试验，一旦投产，对世界轮胎业产生的冲击可想而知。又如，德国米勒公司新设计的一款洗衣机内桶表面结构仿造蜂巢和龟背壳形状，所洗的衣服非常干净，但洗涤过程却非常柔顺，不伤衣料。据统计，我国每年洗衣机更新量为500万台，有关专家已经担忧，一旦这种仿生洗衣机进入市场，将大大挤压我国的洗衣机市场。 将仿生研究纳入国家战略 机器人、纳米自洁涂料、生物农药……仿生科研在本市和全国其它城市的不少领域已有开展，但始终难以形成规模产业，缘于仿生学缺乏系统的研究规划和研究体系，因此源头创新性研究还远远不够。为此有关专家认为，科研主管部门、科技界和产业界都应转变观念和视角，从模仿国外转变为模仿自然，向大自然汲取科技创新的灵感。 据了解，我国当前优先发展的高技术产业化重点领域共有141个方面，其中将近有30个领域与仿生学相关。例如:光传输系统，生物医学材料及体内植入物和人造器官，生物反应器及分离技术与成套设备，医药新剂型，新型医用精密诊断及治疗仪器，新型材料－纳米材料，膜工程技术，子午线轮胎生产技术及关键设备和原材料，新型传感器，工业机器人及机器人自动化生产线，环境与污染源监测仪器及自动监测系统，高效、安全新农药、兽药及生物防治技术，新型墙体材料等。由此可见，加强仿生科研和仿生成果的转化，将使我国的高新技术产业的质与量都产生飞跃。 杜家纬介绍，21世纪的仿生学，正朝着微观、系统、智能、精细、洁净方向发展，更多地表现为将生物系统构造和生命活动过程融合到技术创新的设计思想中去。当前仿生结构和力学的研究在国际上受到高度关注，研制微型飞行器，机器昆虫和机器鱼等正形成热潮。在新材料研究方面，世界各国也都将目标放在模仿生物界的结构，如海洋壳类构造、蜘蛛丝、植物表面超微结构、动物角趾皮肤等等。 仿生学是多学科的交叉，需要多学科的专家，尤其是生命科学家和工程技术专家的共同关注与参与。专家呼吁：要将仿生学的发展放在国家重要战略地位加以考虑，把握21世纪国际仿生学的发展方向和前沿，加强原始创新研究，从仿生结构与力学，仿生材料与微纳系统，仿生功能器件及控制，分子仿生，神经和信息科学等五大“仿生科学与技术”系统性基础研究方向，建立复杂生物体系的研究与发现体系。在仿生材料，仿生工艺，仿生机械，仿生功能器件，微纳米仿生技术，仿生传感器，基因仿生工程，组织仿生工程，生物膜仿生工程和人工智能等10个前沿领域，加强仿生研究和产业孕育。
