人類社會(huì)的生存和發(fā)展離不開各式各樣的材料。原始人自從將石頭這一材料經(jīng)過打磨用于捕獵等活動(dòng)，人類就進(jìn)入“石器時(shí)代”。自此，石頭這一材料推動(dòng)了人類社會(huì)進(jìn)程的發(fā)展?？梢赃@樣認(rèn)為，自從人類社會(huì)有歷史記載以來，材料都一直是人類社會(huì)各個(gè)歷史時(shí)期文明以及技術(shù)發(fā)展的物質(zhì)性基礎(chǔ)，材料是人類自身和人類社會(huì)進(jìn)化的重要的里程碑。諸如歷史上所講述的人類社會(huì)歷史上存在過的石器時(shí)代、青銅時(shí)代、鐵器時(shí)代，這些都是以“材料”作為不同歷史時(shí)期區(qū)別的主要標(biāo)志的。那么，什么是材料呢？通俗的說，材料就是人類自身用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器以及其他物品的依托性物質(zhì)。

人類社會(huì)對(duì)材料的使用，經(jīng)歷了一個(gè)漫長(zhǎng)的過程，期間由最初的簡(jiǎn)單到慢慢的復(fù)雜、由最初的以人類自身活動(dòng)的經(jīng)驗(yàn)為主到慢慢的以人類自身積累的知識(shí)為主，由最初的粗放型單一性消耗自然不可再生資源到慢慢的部分人類合成再生為主。人類社會(huì)自從進(jìn)入工業(yè)時(shí)代，時(shí)至今日，自然不可再生資源的消耗已經(jīng)達(dá)到了警戒點(diǎn)，很多種類的自然資源日益枯竭。而與此同時(shí)，人類社會(huì)當(dāng)今的快速發(fā)展，使得對(duì)材料的占有和運(yùn)用又達(dá)到了驚人的膨脹地步；這其中不單單需要天然性的材料和傳統(tǒng)型的材料，更需要諸多合成型的材料。在這種情況下，材料學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。那么，什么又是材料學(xué)呢？材料學(xué)是研究材料的組成、結(jié)構(gòu)、工藝、性質(zhì)以及使用性能之間的相互性聯(lián)系的學(xué)科，它為相關(guān)新型材料的設(shè)計(jì)、制造、工藝優(yōu)化乃至合理使用均提供科學(xué)的依據(jù)。人類社會(huì)科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步也使得相關(guān)“材料學(xué)”的知識(shí)儲(chǔ)備日漸豐富厚實(shí)，這使得人類自身擁有了創(chuàng)造、研制滿足自身各類所需材料的基礎(chǔ)手段。

一、生物材料

新的世紀(jì)，放眼全球，人類自身對(duì)材料的運(yùn)用出現(xiàn)了新的征候，一個(gè)鮮明的標(biāo)志就是傳統(tǒng)型材料的地位日漸削弱，各類性能特殊、又具有優(yōu)異的使用用途的新型材料日益成為材料界的寵兒，日益崛起和壯大。什么又是新型材料？所謂新型材料指的是技術(shù)密集、知識(shí)密集、資金密集，具有高附加值的各類合成材料。新型材料具有多種適用于不同領(lǐng)域的類型，它與人類社會(huì)最新的科學(xué)技術(shù)密切關(guān)聯(lián)，具有更新?lián)Q代迅捷的特點(diǎn)；它是一個(gè)國(guó)家多種學(xué)科最新技術(shù)相互交叉和滲透的結(jié)晶，集中地反映和表現(xiàn)了一個(gè)國(guó)家的工業(yè)生產(chǎn)水平和科技水平。所以，當(dāng)下無論歐美日還是中俄等，幾乎所有的國(guó)家都會(huì)把對(duì)材料學(xué)的研究和突破放到對(duì)新型材料的研究上來，這已經(jīng)成為一個(gè)歷史的趨勢(shì)。本文在此論述的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)論述新型材料中的一種——生物材料。

生物材料也可以稱作為生物工藝學(xué)或生物技術(shù)，它是指與有生命特征的生物活體相聯(lián)系的或者移植進(jìn)入某種或某個(gè)生命的活體內(nèi)進(jìn)而起到某種生物性功能的材料。具體分類的話，生物材料包含三大類：其一是生物醫(yī)用材料；其二是仿生材料；其三是生物體系模擬材料。

二、生物材料的三種類型

（一）生物醫(yī)用材料

生物醫(yī)用材料是用來對(duì)生物體進(jìn)行診斷、治療、修復(fù)或替換其病損組織、器官或增進(jìn)其功能的材料。它是研究人工器官和醫(yī)療器械的基礎(chǔ)，已成為當(dāng)代材料學(xué)科的重要分支，尤其是隨著生物技術(shù)的蓬勃發(fā)展和重大突破，生物醫(yī)用材料已成為各國(guó)科學(xué)家競(jìng)相進(jìn)行研究和開發(fā)的熱點(diǎn)。生物醫(yī)用材料按材料的組成和性質(zhì)可以分類如下：生物金屬材料、生物無機(jī)材料和生物高分子材料。

早在人類社會(huì)的16世紀(jì)，生物醫(yī)用材料就已經(jīng)被人用于治療人顎開裂。但是一直到上世紀(jì)的1963年， Venable等人應(yīng)用維塔留姆耐熱合金作為內(nèi)固定的器具，，這才開始確立了金屬植入物的基礎(chǔ)。到今天，經(jīng)過人類社會(huì)接近半個(gè)世紀(jì)的努力研發(fā)，已經(jīng)遴選發(fā)展出來恩多種具有優(yōu)異使用性能的金屬生物材料，諸如：鎳鈦記憶合金材料系列、鈷-鉻-鉬合金材料系列、低碳含鉬奧氏體不銹鋼材料系列等等。生物醫(yī)用無機(jī)非金屬材料則主要有生物陶瓷材料、生物玻璃材料以及生物玻璃陶瓷材料等。

生物醫(yī)用高分子材料與生物體有著極為相似的化學(xué)結(jié)構(gòu)形態(tài)，因此它可以完成現(xiàn)代醫(yī)學(xué)對(duì)生物材料性能提出的各種嚴(yán)格而復(fù)雜的多功能性要求。所以，合成高分子材料在生物醫(yī)用材料中占據(jù)了絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。

（二）仿生材料

仿生學(xué)在材料科學(xué)中的分支稱為仿生材料學(xué)，它指的是從分子水平上來研究生物材料的相關(guān)結(jié)構(gòu)性特點(diǎn)以及構(gòu)效的關(guān)系等，進(jìn)而可以讓人類自身研究開發(fā)出接近或優(yōu)于原生物材料的一門新興學(xué)科。仿生學(xué)是人類化學(xué)、材料學(xué)、生物學(xué)、物理學(xué)等多學(xué)科的交叉與融合。生存于地球這個(gè)星球上的所有的生物體可以說都是由無機(jī)材料和有機(jī)材料相互組合而成的。各種生物體由糖、蛋白質(zhì)、礦物質(zhì)、水等這些基本元素相互有機(jī)組合在一起，形成了具有某種特定功能的生物復(fù)合材料。仿生材料即是指通過模仿大自然界中各種生物的生理特征或功能而研究開發(fā)出來的材料。

生物體幾乎都是經(jīng)歷了千百萬年時(shí)間的自然演化而來的，因此其自身的結(jié)構(gòu)形態(tài)是最為合理完美的。諸如貝殼、珊瑚等這些生物的結(jié)構(gòu)優(yōu)異的物理力學(xué)與傳感性能已經(jīng)給仿生材料的設(shè)計(jì)帶來極大的啟發(fā)；生物大理石板、海藻生產(chǎn)胞外石灰石顆粒、L- B仿生膜、藥物緩慢釋放體系、壓電陶瓷傳感器等等這些都是仿生材料目前已經(jīng)獲得的可喜進(jìn)展。諸如功能適應(yīng)性、自愈合與自我復(fù)制功能、合成技術(shù)、多功能性、防粘減阻與疏水功能等等，都是當(dāng)下時(shí)期仿生材料學(xué)的熱點(diǎn)。

（三）生物體系模擬材料

大自然中的生物體系生物體系均有著某種獨(dú)有的超乎尋常的功能，人類如何利用人造的某種材料和器官并讓其達(dá)到生物體系原有的一切功能，使工業(yè)反應(yīng)器可以在室溫的條件下進(jìn)行、信息處理可以達(dá)到達(dá)到人類大腦的功能、人工合成食物等等都是人類所追求的生物體系模擬材料目標(biāo)。今天，已經(jīng)對(duì)人類生活帶來巨大影響和便利的飛機(jī)、醫(yī)用無影燈、人工合成胰島素等等，都可以被認(rèn)為人類部分摸擬生物體系成功的材料先例。

（作者簡(jiǎn)介：樊子萱，太原市第五中學(xué)校高中部。）