人工改造生命

倪顯麗

如果把人體看做一臺(tái)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)器，那么，構(gòu)成身體的各大器官，總有因長(zhǎng)期磨損而罷工的那一天。不過，現(xiàn)在有了醫(yī)學(xué)專家的幫助，換條胳膊換只腿，換心換肝換腎乃至換皮膚，在技術(shù)上都不是什么新鮮事了。如你所知，目前已經(jīng)有很多他人的器官和人工的器官植入了我們的軀體：肝、肺、心臟、性腺、喉、角膜、上肢、下肢……人類已經(jīng)完美地實(shí)現(xiàn)了許多人體“零件”的初步更換。

人工血：血庫(kù)的希望之墨

血液主要功能是攜氧、運(yùn)輸氧和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，清除二氧化碳和代謝產(chǎn)物，以及免疫防御等。近年來，由于外科手術(shù)日益進(jìn)步，因而輸血用血液也愈感不足，迫切需要研制代用品。人工血的獲得主要有3種方式：化學(xué)替代品、天然替代品和血紅蛋白替代品。目前，英國(guó)的科學(xué)家成功研制出一種血液的替代品——“塑料血”，它由可攜帶鐵原子的塑料分子構(gòu)成，可以像血紅蛋白那樣把氧氣輸送至全身?！八芰涎本褪腔瘜W(xué)替代品中的典型。

人工合成的“氟碳化合物溶液”則是另外一種較為出名的替代品。美國(guó)科學(xué)家在試驗(yàn)中意外發(fā)現(xiàn)，老鼠可在“氟碳化合物溶液”中存活長(zhǎng)達(dá)好幾個(gè)小時(shí)，后來證實(shí)這種溶液含氧能力特別強(qiáng)，而且不會(huì)與生物體的組織發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。“蘆薈提取液”的發(fā)現(xiàn)為血液找到了新的替代品類型——天然替代品。科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，注射蘆薈提取液可以幫助暫時(shí)維持身體器官的正常運(yùn)作。此外，法國(guó)居里大學(xué)研究人員也發(fā)現(xiàn)，一種名為海蚯蚓的沙灘小蟲的血液可以用于制造人工血，其血液中的血紅蛋白與人類的極為相像，血質(zhì)也非常適合保存和注射。

“血液奶粉”是血紅蛋白替代品的理想狀態(tài)。血紅蛋白是負(fù)責(zé)運(yùn)載氧的一種蛋白質(zhì)，可從過期的捐獻(xiàn)血液、牛的血液甚至植物和真菌中萃取。理想的結(jié)果應(yīng)該是粉末狀的，想用的時(shí)候只要與鹽溶液混合就行了。但人工血也有很大的缺陷，根據(jù)醫(yī)學(xué)專家的調(diào)查，血液替代產(chǎn)品會(huì)使死亡率增加30％，使心臟病發(fā)作風(fēng)險(xiǎn)增加3倍。而且還容易導(dǎo)致血管萎縮，造成血液循環(huán)受阻、組織壞死等問題。由此看來，人工血想要替代真正的人血還有很長(zhǎng)的路要走。

人工骨：引發(fā)整形風(fēng)暴

目前，最常用的人工骨骼由氫磷化合物制作，它的化學(xué)分子式與骨骼一樣，但卻不像真骨骼那樣具有多孔結(jié)構(gòu)，在結(jié)實(shí)程度上也比不上真骨骼，植入最長(zhǎng)壽命僅為10年。骨骼中毛孔的作用十分重要，它們是血液流動(dòng)的通道，而且可有效降低骨骼質(zhì)量并增大骨骼強(qiáng)度。同時(shí)，毛孔也提供了一種長(zhǎng)期植入人工骨骼可借鑒的方法：如果真骨骼能在植入的人工骨骼的毛孔中生長(zhǎng)，那就大功告成了，兩者自然地結(jié)合在一起，不會(huì)再出現(xiàn)連接處損壞的現(xiàn)象。

人工骨可插入面部、鼻部或頸部皮膚下的軟組織內(nèi)，在臨床運(yùn)用中取得了較好的效果。人體自身的細(xì)胞和組織可以在中空的開口內(nèi)生長(zhǎng)，管狀植入體既有利于固定，除去也非常容易，具有實(shí)心植入體所沒有的優(yōu)點(diǎn)：即使移植后效果不夠理想，一個(gè)小手術(shù)就可以把它取出來，所以非常適用于那些對(duì)造型美感要求嚴(yán)格的各種面部整形手術(shù)。

人工骨使人們的皮膚更加飽滿，皺紋消失了，看上去充滿生機(jī)?？梢韵胂?，在不久的將來，有了人工骨的幫助，愛美人士可以任意改變自己：嶄新的面孔、全新的皮膚、完美的身材、隆起的性感頰骨、形狀標(biāo)致的耳朵、高挺的鼻梁、個(gè)性十足的鑿形下巴、修長(zhǎng)的勻稱雙腿、強(qiáng)健有力的雙臂、精致的手腳……只要想的到，只要愿意，先進(jìn)的整形外科手術(shù)就一定能幫助實(shí)現(xiàn)。

人工肌肉：比真的更強(qiáng)勁

人工肌肉又叫電活性聚合物，是一種新型智能高分子材料，它能夠在外加電場(chǎng)的作用下，通過材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改變而伸縮、彎曲、束緊或膨脹，和生物肌肉十分相似。在生物材料醫(yī)學(xué)上，這種生物性人工器官最為復(fù)雜，最難以實(shí)現(xiàn)，也最能夠符合人體的需求。

使用最多的人工肌肉是在混合人工皮膚應(yīng)用上。目前，科學(xué)家已經(jīng)利用小牛皮、鯊魚軟骨和一些合成織物制成混合人工皮膚，表面涂有一層硅膜。將這種人工皮膚植于人體燒傷部位，即可漸漸起到正常皮膚的功能。這種混合皮膚看上去和被太陽(yáng)曬成紫銅色的真皮膚沒有區(qū)別。

盡管人工肌肉已經(jīng)出現(xiàn)數(shù)年了，但是有些人工肌肉因?yàn)轶w積非常大而容易撕裂，產(chǎn)生不平衡的膜厚度和不規(guī)則粒子，從而導(dǎo)致肌肉失靈。在這項(xiàng)研究中，研究人員使用了柔韌靈活的碳納米管作為電極，以取代其他含金屬的膜，從而解決了后者經(jīng)常帶來的故障和不穩(wěn)定性。并且，這種人工肌肉能夠自我愈合，帶有記憶功能。目前，科學(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里制造出來的一塊人工肌肉，它在通電后膨脹超過200％，在運(yùn)動(dòng)和能量方面遠(yuǎn)高于正常的人類肌肉。

這種人工肌肉是由一根硅橡膠管包著一根滌綸織物管組成，滌綸織物管作為人工肌腱從硅橡膠兩端伸長(zhǎng)，以便附著在天然肌腱或骨骼上。中央部分的，滌綸織物有褶皺，以便讓人工肌肉能部分活動(dòng)。人工肌肉是用導(dǎo)電高分子制成，能夠吸收電信號(hào)產(chǎn)生膨脹和收縮，從而保持人工皮膚的工作彈性。

巴西一家大學(xué)所提供的人工肌肉，是由一個(gè)彈性網(wǎng)組織構(gòu)成，里面有一個(gè)管狀可膨脹的塑膠層，當(dāng)橡皮管中充滿空氣時(shí)，直徑就會(huì)膨脹，長(zhǎng)度縮短，與用力時(shí)的肌肉收縮十分相似。它可以通過接收人體的微電流信號(hào)運(yùn)動(dòng)，系統(tǒng)可以讀懂這種微電流信號(hào)，并按照使用者的意愿工作?，F(xiàn)在該大學(xué)研制的人工肌肉已可以模仿胯部、肩部、膝部和肘部的運(yùn)動(dòng)。希望能夠提供給有神經(jīng)損傷的殘障人士使用。但是這種人工肌肉不能取代人體肌肉，因?yàn)樗前仓迷谌梭w之外。實(shí)際上，可以說它還不是嚴(yán)格意義上的人工肌肉，而只是一種高級(jí)的能夠幫助人體工作的肌肉設(shè)備。

最近，美國(guó)的科學(xué)家公布了他們的最新研究成果。他們發(fā)明的人工肌肉伸縮性已能和人的肌肉相媲美，且伸縮性由材料自身性能決定，無(wú)需馬達(dá)、齒輪等復(fù)雜裝置，體積小、質(zhì)量輕。研究人員稱，他們最新研發(fā)的兩種人工肌肉性能均非常突出，同時(shí)具備燃料電池和肌肉的功能。

這項(xiàng)研究的成功，大大開闊了人工肌肉的應(yīng)用。這種材料做成的人工肌肉能像人類肌肉纖維一樣收縮和伸展，并改變胳膊長(zhǎng)短。利用人工肌肉收縮和伸展的特性，一旦提供的能量足夠，用這些肌肉做成的裝置就能夠完成跳躍、爬山甚至長(zhǎng)途旅行等活動(dòng)，從而能夠做成更像人類的機(jī)器人、更輕便靈巧的人工義肢，以及塑料心臟或心臟隔膜等與人類器官收縮一致的人工器官。人工胸肌可以使你抵御深海中更大的氣壓：增強(qiáng)的人工心肌可以保證你能夠在任何環(huán)境里跑動(dòng)一整天：增強(qiáng)的人工腿肌使你跑得像羚羊一樣快、跳得像袋鼠一樣高……這時(shí)的世界將是一個(gè)永不停歇的律動(dòng)能量體。

人工時(shí)代已來臨

當(dāng)人工器官比天然的更好用，人類該考慮是否要全身改造。如何才能實(shí)現(xiàn)這些“零件”機(jī)能的進(jìn)一步增強(qiáng)和有效連接呢?事實(shí)上，這很大程度上取決于肌肉組織。四肢、心臟等很多重要人體器官的機(jī)能都是由其肌肉組織決定的。肌肉組織復(fù)雜而有序的微觀運(yùn)動(dòng)，是實(shí)現(xiàn)信號(hào)控制、彎曲變形、統(tǒng)一排列等等這些復(fù)雜過程的基礎(chǔ)，是多年來困擾科學(xué)家的一大難題。如果肌肉組織能夠得到成功仿制，那么，全方位人工義體的實(shí)現(xiàn)指日可待。

就目前來看，部分器官移植和再造的實(shí)現(xiàn)，已經(jīng)很大程度推進(jìn)了社會(huì)的變革發(fā)展。那么，人工肌肉的進(jìn)一步研究成功，肯定會(huì)帶給我們一個(gè)迥然一新的未來。可以想象，在彼時(shí)的未來，器官衰竭已經(jīng)不再成為威脅生命的難題，人類將會(huì)輕易享受長(zhǎng)壽的待遇。死亡率如此之低，再加上“器官組裝活人技術(shù)”的普及，地球上一定會(huì)擁擠不堪。而值得欣慰的是，由于人工器官的成功，相信人們至少稍加研究和訓(xùn)練，就可以輕易獲得能力提升，具有在宇宙中生存的能力。宇宙空間十分廣闊，人類可以進(jìn)軍太空，在更廣闊的新天地里生存。