友情提示：如果本网页打开太慢或显示不完整，请尝试鼠标右键“刷新”本网页！
人与自然 系列丛书-第151部分
快捷操作: 按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页 按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页 按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部! 如果本书没有阅读完，想下次继续接着阅读，可使用上方 "收藏到我的浏览器" 功能 和 "加入书签" 功能！
于自然界，特别是在葡萄及其他蔬果中更多。
酵母菌是一种真菌，个儿很校它的形状有圆球形、椭圆形、卵形、柠檬形和腊肠形等，内有细胞核、液泡和颗粒体物质。酵母菌是重要的发酵微生物，能分解碳水化合物，产生酒精和二氧化碳。它通常是出芽繁殖，有的用分裂和子囊孢子来繁殖。酵母菌的种类也很多，在生产上利用的有啤酒酵母菌、酒精酵母菌、饲料酵母菌、石油酵母菌等。通过菌体的综合利用，可提炼出一些特殊的药品：凝血质、麦角固醇、卵磷脂、辅酶甲和细胞色素丙等。
这种石油酵母蛋白作为家禽、家畜的蛋白质补充饲料，每吨可以增产半吨猪肉或一吨半鸡肉。
从石油中制取蛋白质的代价不如从甲醇中生产蛋白质便宜。在用甲醇生产蛋白质时，会得到供养60％以上蛋白所用的酵母。它可以极好地补充动物的食品，营养价值像鱼粉、豆粉那样丰富。而甲醇则可从木材、煤炭中来制龋把饲料酵母菌接种到饲料中去，通过酵母菌的发酵作用，就会提高各种营养物质的含量，使蛋白质大大增加，糖化酶、脂肪酶、矿物质、激素和各种维生素也相应增多。玉米、甘蔗、马铃薯和各种麦类等是酵母发酵的好原料，而那些工厂的造纸废液、木屑水解液以及农作物下脚（玉米芯、麦秸等）的水解液，现在也可用作酵母饲料的原料。法国干酪制品厂用一种原是废物的乳清，从中制取6000吨酵母，并作为饲料销售。
由此可见，微生物有着取之不劲用之不竭的能迅速生长的原料来源。
而微生物的繁殖率很高，就不难想象广泛使用微生物所产生的结果。如果说，重500公斤的一头牛，每天长肉半公斤，而酵母菌在同样的时间内，可使蛋白质的重量增长几百倍。在一公顷土地上，一年出产的大麦可收到蛋白质300公斤，如果用酵母菌来生产相同数量的蛋白质，只需在25平方米的发酵桶内用半天时间就成了。
人类是怎样寻找新的菌种的
大自然中有许多具有“特异功能”的细菌，但它们“隐姓埋名”，躲藏在地球的各个角落里，要找到它们，得付出艰苦的努力。一些优良菌种的发现往往具有偶然性，但它又是人类辛勤工作的必然结果。让我们举一个例子来说明这个问题。
现在不少发电厂采用原油（也就是未经炼制的石油）作为燃料来发电，由于原油的产地不同，它们含有的杂质也不同，有一些原油含硫量很高，在使用中会严重损坏发电厂的锅炉设备。为了给原油脱去硫化合物的杂质，科学家正在寻找各种各样的方法。他们的目标往往是硫矿附近的土壤：先从土壤中分离出许多单个细菌，然后在实验室中比较它们“吃”硫的本领，“择优录用”。在书本上读起来，这类工作很有趣味，但在实践中，却是一种重复性极强、又很单调的工作。正是千千万万科学工作者默默无闻的工作，人们才得到了越来越多的优良菌种。
选择优良菌种还有另一种重要的办法，这就是变异。我们知道，细菌“吃”什么原料，“生产”什么产品，是由它的遗传特性决定的，也就是由带有细菌遗传特性的物质——基因来决定的。基因是一类称为脱氧核糖核酸（简称为DNA）的物质，就是它们，决定了“种瓜得瓜，种豆得豆”，决定了“老鼠生儿打地洞”。在正常的环境中，遗传基因是比较稳定的，但在特殊的环境中，如由于辐照或某些化学物质的影响，基因的结构也会发生突变。这种变异会引起细菌代谢特征的变化，这种变化，可能对人类有益，例如，增加味精发酵中谷氨酸的生成率；也可能对人类不利，例如，降低味精发酵中谷氨酸的生成率。
为了找到对人类有益的变异菌种，科学家正利用一些特殊的条件，进行细菌变异的研究，如用射线来辐照某种菌种，使其产生变异，然后再对变异后菌种的特征进行比较研究，从中选出优良的变种。这是一条漫长的不平坦之途，这其中还会有许多谜等待着科学家去破解。
生物医学材料
生物医学材料又称生物材料，其研究与开发始于本世纪30年代，在近20年内得到了飞速发展。它已被许多国家列为高技术新材料发展规划，并迅速成为竞争激烈的世界性高技术关键新材料的重要领域之一；它对于人类的健康生活和国家的经济及社会和谐发展，均具有重要意义。
生物医学材料的特点
正如建房子需要水泥和钢筋一样，当患者的组织和器官发生病变、引起损伤或衰竭需要治疗时，医生往往希望有合适的材料能够仿制或替代这些组织和器官，这类材料即是生物医学材料。确切地说，生物医学材料是一类对人体细胞、组织和器官具有增强、替代、修复和再生作用的新型功能材料。
从研究内容上看，生物医学材料研究涉及材料学、生物学、医学、药学、物理学和化学等学科。一方面，生物医学材料的发展不断地丰富和促进了这些学科的发展；另一方面，正是由于这些学科知识的横向渗透、互相借鉴并逐渐突破旧有学科的种种限制，才加速了生物材料学科的形成。
从材料种类上看，目前人类社会使用着数以亿计的各种材料，但生物医学材料只有数百种，这是因为生物医学材料有一些特殊的要求。
概括起来说，生物医学材料有三个基本要求：首先是生物相容性，即要求材料在使用期间内，同机体之间互不产生有害作用。这是生物医学材料最基本的要求，也是其区别于其他功能材料的最主要的特点。实际上，绝对意义上的生物相容性是不存在的。一方面，生命是一个封闭的自协调平衡系统，对外来异物的“入侵”有一种天然本能的免疫排斥作用；另一方面，任何材料都会在一定程度上破坏生命系统的原有平衡而引起机体的不适反应。因此，实际上的生物相容性是指材料和机体之间所能发生不良作用的程度限制在双方能够“容忍”的范围内。
其次，材料必须能够在生理环境的约束下发挥一定的生理功能，常称之为生物功能性。如人工代骨材料必须具有一定的力学性能，以保证代骨材料的承载功能。因此，人工关节的首选材料仍是高强韧性的医用金属材料。膜透析材料必须对生物分子具有选择性透析功能。人工眼角膜材料要有一定的透光性和润湿性等。
最后，材料还必须具有一定的可靠性。即材料在人体使用期间内必须确保不出问题，人体部件不能像机器一样任意拆卸检修。生物医学材料本身是为人类生命健康服务的，如果在使用期间没有绝对的可靠性，则往往会成为引狼入室的“杀手”。当然，生物材料随使用部位的不同，还有一些特殊性要求。尽管存在这些极为苛刻的限制，但经过人类数千年来不懈的努力和筛选，我们还是拥有了一定数量的生物医学材料。
生物医学材料的分类
生物医学材料的品种繁杂，临床应用的要求各种各样。从认识和管理来说，目前所使用的所有生物医学材料可按多种标准进行分类。例如，按用途可以分为牙科材料、骨科材料、心血管材料、手术缝线材料、组织粘合剂、血液代用品材料、药物或药物传递材料等；根据材料来源可以分为同种组织器官移植材料、异种器官移植材料、天然或改性生物材料、人工合成材料等；按材料在人体内使用期限和接触情况又可分为永久性（长期）植入材料和一次性医疗用品材料等。常见的分类方法是根据材料本身的性质分为医用金属材料、医用高分子材料、生物陶瓷材料和医用复合材料四大类。
医用金属材料主要适用于人体硬组织的修复和置换，有钴基合金、不锈钢、钛及钛合金、贵金属系、形状记忆合金、金属磁性材料等七大类。医用金属材料的显著特点是具有较高的强度和韧性，加工性能好，工艺成熟稳定可靠，广泛用于齿科充填、人工关节、人工心脏、磁疗、放射疗法、药物载体、生殖控制等。
生物陶瓷材料是近年来得到较快发展的一类生物材料，应用范围与医用金属材料类似。根据材料本身的性质可分为三类：一类是生物体内近于惰性的生物材料，如氧化铝（纯刚玉）陶瓷材料、碳素材料等；第二类称为生物体内可控表面活性材料，如生物玻璃陶瓷、羟基磷灰石等；第三类是生物体内可吸收的生物材料，如磷酸钙系可吸收材料、熟石膏等。生物陶瓷材料的优点是生物相容性好，同时又具有一定的强度和耐腐蚀性。但脆性和加工成型困难，仍是制约生物陶瓷广泛应用的两个最大难题。
医用高分子材料是生物材料中的最大家族。事实上，正是由于高分子科学的发展才确立了生物医学材料的学科地位。医用高分子材料，包括合成和天然高分子，品种达100多种，已被广泛应用于各种韧带、肌腱、皮肤、血管、角膜、骨和牙以及各种人工器官脏器的修复和制造。医用高分子材料所包括的范围虽然较繁杂，但大致上可归纳为5个方面：即软组织替换材料、硬组织替换材料、生物降解材料、组织工程材料（又称杂化生物材料、生物化材料或第三代生物医学材料）、药物传递系统、粘接剂和高分子药物等。
根据材料的性质分为生物降解和非生物降解材料两大类。所谓降解型高分子材料是指材料在植入体内后，可在生物环境作用下发生结构破坏和性能蜕变，最终通过体内新陈代谢分解而排出体外，如胶原、纤维素、聚氨基酸、壳聚糖及某些聚酯材料等；非降解型高分子材料则相反，可作长期植入之用，如常见的聚乙烯、聚丙烯、硅橡胶、聚砜、聚丙烯酸酯（有机玻璃）等。
生物复合材料是上述三种材料任意两种以上复合而成的。生物医学材料的研究仍属于仿生学范畴。从材料科学观点来看，几乎所有的生物体组织和器官，都是由两种或两种以上材料复合而成。如骨骼和牙齿可看作是由胶原蛋白、多糖基质等天然高分子构成的连续相和弥散于其中的羟基磷灰石晶粒复合而成。皮肤、肌肉、肌腱、韧带等是由弹性硬蛋白和胶原蛋白所组成。
当然，也可根据材料行为分为近于生物惰性的、生物活性的和可生物降解的三种基本类型。前面提及的组织工程材料也可看作是一类特殊的“活”复合材料。这为将来获得真正具有“生命活力”的生物材料开辟了广阔的道路。
生物材料虽然已经在临床上得到了广泛应用，并得到了医学界、化学界、材料学界乃至经济学界人士的高度重视，但它距离人们的真正期望和要求相差甚远。因此，它仍然是一类正在高速发展的“未来材料”。
生物医学的应用历史
生物医学材料的应用历史与人类历史一样漫长。早期人类主要是利用各种天然材料或从已有的材料中寻求比较适合于人体组织的人工材料，如采用马鬃、棉花等缝合伤口，用木板、铜、铁、金等修复颅骨、牙齿，用金属丝固定断骨等。这类材料并没有明确的生物相容性、可靠性要求，所使用的材料也多由于感染、失效而被淘汰了。
进入19世纪中叶以后，由于冶金、工业和医学的进步，人们在详细分析和测定了生物体各种物质、组织和器官成分、结构和性能基础上，开始有意识地通过成分、结构模仿，或采用与人体组织的结构成分相类似材料来发展多种新型生物材料，如羟基磷灰石、胶原、生物衍生材料、多肽等。生物医学材料的应用也由于高分子学说的建立而获得较大发展。
近年来，随着世界性高技术的发展和生命科学、材料科学的进步，人们开始逐渐加深了对生物体内各种细胞、组织、生长因子、生长抑素及生命机制的了解，在此基础上建立了研制第三代具有促进人体组织器官自身修复和再生作用的生物医学复合材料新概念。这类材料一般是由具有生理“活性”的组元及具有控制培养作用的载体非“活性”组元复合而成。这可称得上是材料科学、生物技术、医学、药学等方面共同协作努力的成功典范，具有极为光明的发展前景。
生物材料研究是一项多学科交叉的课题，涉及跨学科的多门类知识，是集基础科学、工程技术、临床医学和药学于一体的学科。生物医学材料研究的最终目的是用其能够完全替代或修复人体病变、衰竭或损伤的各种组织和器官，并实现其生理功能。
生物陶瓷在医学上的妙用
一个生命垂危的心脏病患者躺在手术台上，无形灯下，医生用娴熟的手法切开了病人的胸膛，把患者已不能正常“工作”的心脏瓣膜取下，将一个精巧的“人工合成心脏瓣膜”换上去。。经过一系列治疗，把病人从死亡线上抢救过来。类似的方法20多年来已使50万以上的病人摆脱了死神的魔爪。
你知道这种神奇的人工合成心脏瓣膜是用什么材料制造的吗？说出来你也许会大吃一惊，那竟然是我们每个人每天都要接触的“陶瓷”——当然，并不是普通的陶瓷。
陶瓷，可以说是人类最早运用的材料之一，在中华民族历史上，它的渊源几乎可以追溯到青铜器之前，那就仅次于石器了。近年来，现代科学技术的发展，又赋予了陶瓷新的“生命”，它不仅作为传统的生活用品，而且在工业、航空、医学等领域都大显身手。尤其是70年代以后，随着氧化铝多晶和单晶陶瓷的引入和广泛应用，开创了崭新的生物陶瓷时代，继氧化铝陶瓷后又发现了许多生物性能优良的陶瓷材料，在大量临床基础医学研究的同时，生物陶瓷的品种日渐繁多，满足着不同的临床需要。
生物陶瓷是用来达到特定的生物或生理功能的陶瓷材料。它包括：接近惰性的材料；能完全被吸收的陶瓷；可控制表面活性的陶瓷。由于生物陶瓷具有优良的生物相容性，被广泛地用于人工牙齿（根）、人工骨、人工关节、固定骨折用的器具、人工心脏瓣膜、人工眼等。
例如，基于氧化铝陶瓷优良的生物相容性、耐磨损、机械强度高等特征，已使其广泛应用于各种关节的置换，取代已失去功能的关节，达到恢复其各种功能的作用。它不仅能使许多患者的手、脚重新灵活自如，更能使一些失去听力的患者由于换上人工听小骨后部分或全部地恢复听力。
人工心脏瓣膜的工作环境十分苛刻，它要求在湍流和近滞流的区域抗凝血，要求耐10亿或更多次荷载冲击而不产生明显疲劳的磨损。
碳质生物陶瓷正好具有良好的血液相容性和生物相容性，它作为瓣膜材料与血液接触不产生凝血，耐磨损度竟可达钛同高钴铬钼耐蚀耐热合金的30倍！碳假体还被用于牙科植入，其弹性和负载性能十分适宜。
此外，生物活性陶瓷和生物降解陶瓷可作骨科和牙科的良好修补材料；电热陶瓷在医用热象仪中的应用使许多疾病的诊断变得更加快速更加可靠；声誉鹊起的各类超声波医疗仪器则是以压电陶瓷作为主要的换能器件；磁性陶瓷在“磁疗”中的作用更是妇孺皆知；尤其令人称绝的是一种敏感陶瓷，它能使医生在患者的医学参量测定中做到深入、广泛，从而为诊治提供更科学的依据。。你看，古老的陶瓷和新兴的科学技术的结合能为人类创造多少“福音”！
生物陶瓷在未来的岁月中还会有更广阔的发展�
快捷操作: 按键盘上方向键 ← 或 → 可快速上下翻页 按键盘上的 Enter 键可回到本书目录页 按键盘上方向键 ↑ 可回到本页顶部!
温馨提示： 温看小说的同时发表评论，说出自己的看法和其它小伙伴们分享也不错哦！发表书评还可以获得积分和经验奖励，认真写原创书评 被采纳为精评可以获得大量金币、积分和经验奖励哦！