人工改造生命

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  如果把人体看做一台高速运转的机器,那么,构成身体的各大器官,总有因长期磨损而罢工的那一天。不过,现在有了医学专家的帮助,换条胳膊换只腿,换心换肝换肾乃至换皮肤,在技术上都不是什么新鲜事了。如你所知,目前已经有很多他人的器官和人工的器官植入了我们的躯体:肝、肺、心脏、性腺、喉、角膜、上肢、下肢……人类已经完美地实现了许多人体“零件”的初步更换。
  
  人工血:血库的希望之墨
  
  血液主要功能是携氧、运输氧和营养物质,清除二氧化碳和代谢产物,以及免疫防御等。近年来,由于外科手术日益进步,因而输血用血液也愈感不足,迫切需要研制代用品。人工血的获得主要有3种方式:化学替代品、天然替代品和血红蛋白替代品。目前,英国的科学家成功研制出一种血液的替代品——“塑料血”,它由可携带铁原子的塑料分子构成,可以像血红蛋白那样把氧气输送至全身。“塑料血”就是化学替代品中的典型。
  人工合成的“氟碳化合物溶液”则是另外一种较为出名的替代品。美国科学家在试验中意外发现,老鼠可在“氟碳化合物溶液”中存活长达好几个小时,后来证实这种溶液含氧能力特别强,而且不会与生物体的组织发生化学反应。“芦荟提取液”的发现为血液找到了新的替代品类型——天然替代品。科学家发现,注射芦荟提取液可以帮助暂时维持身体器官的正常运作。此外,法国居里大学研究人员也发现,一种名为海蚯蚓的沙滩小虫的血液可以用于制造人工血,其血液中的血红蛋白与人类的极为相像,血质也非常适合保存和注射。
  “血液奶粉”是血红蛋白替代品的理想状态。血红蛋白是负责运载氧的一种蛋白质,可从过期的捐献血液、牛的血液甚至植物和真菌中萃取。理想的结果应该是粉末状的,想用的时候只要与盐溶液混合就行了。但人工血也有很大的缺陷,根据医学专家的调查,血液替代产品会使死亡率增加30%,使心脏病发作风险增加3倍。而且还容易导致血管萎缩,造成血液循环受阻、组织坏死等问题。由此看来,人工血想要替代真正的人血还有很长的路要走。
  
  人工骨:引发整形风暴
  
  目前,最常用的人工骨骼由氢磷化合物制作,它的化学分子式与骨骼一样,但却不像真骨骼那样具有多孔结构,在结实程度上也比不上真骨骼,植入最长寿命仅为10年。骨骼中毛孔的作用十分重要,它们是血液流动的通道,而且可有效降低骨骼质量并增大骨骼强度。同时,毛孔也提供了一种长期植入人工骨骼可借鉴的方法:如果真骨骼能在植入的人工骨骼的毛孔中生长,那就大功告成了,两者自然地结合在一起,不会再出现连接处损坏的现象。
  人工骨可插入面部、鼻部或颈部皮肤下的软组织内,在临床运用中取得了较好的效果。人体自身的细胞和组织可以在中空的开口内生长,管状植入体既有利于固定,除去也非常容易,具有实心植入体所没有的优点:即使移植后效果不够理想,一个小手术就可以把它取出来,所以非常适用于那些对造型美感要求严格的各种面部整形手术。
  人工骨使人们的皮肤更加饱满,皱纹消失了,看上去充满生机。可以想象,在不久的将来,有了人工骨的帮助,爱美人士可以任意改变自己:崭新的面孔、全新的皮肤、完美的身材、隆起的性感颊骨、形状标致的耳朵、高挺的鼻梁、个性十足的凿形下巴、修长的匀称双腿、强健有力的双臂、精致的手脚……只要想的到,只要愿意,先进的整形外科手术就一定能帮助实现。
  
  人工肌肉:比真的更强劲
  
  人工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,这种生物性人工器官最为复杂,最难以实现,也最能够符合人体的需求。
  使用最多的人工肌肉是在混合人工皮肤应用上。目前,科学家已经利用小牛皮、鲨鱼软骨和一些合成织物制成混合人工皮肤,表面涂有一层硅膜。将这种人工皮肤植于人体烧伤部位,即可渐渐起到正常皮肤的功能。这种混合皮肤看上去和被太阳晒成紫铜色的真皮肤没有区别。
  尽管人工肌肉已经出现数年了,但是有些人工肌肉因为体积非常大而容易撕裂,产生不平衡的膜厚度和不规则粒子,从而导致肌肉失灵。在这项研究中,研究人员使用了柔韧灵活的碳纳米管作为电极,以取代其他含金属的膜,从而解决了后者经常带来的故障和不稳定性。并且,这种人工肌肉能够自我愈合,带有记忆功能。目前,科学家在实验室里制造出来的一块人工肌肉,它在通电后膨胀超过200%,在运动和能量方面远高于正常的人类肌肉。
  这种人工肌肉是由一根硅橡胶管包着一根涤纶织物管组成,涤纶织物管作为人工肌腱从硅橡胶两端伸长,以便附着在天然肌腱或骨骼上。中央部分的,涤纶织物有褶皱,以便让人工肌肉能部分活动。人工肌肉是用导电高分子制成,能够吸收电信号产生膨胀和收缩,从而保持人工皮肤的工作弹性。
  巴西一家大学所提供的人工肌肉,是由一个弹性网组织构成,里面有一个管状可膨胀的塑胶层,当橡皮管中充满空气时,直径就会膨胀,长度缩短,与用力时的肌肉收缩十分相似。它可以通过接收人体的微电流信号运动,系统可以读懂这种微电流信号,并按照使用者的意愿工作。现在该大学研制的人工肌肉已可以模仿胯部、肩部、膝部和肘部的运动。希望能够提供给有神经损伤的残障人士使用。但是这种人工肌肉不能取代人体肌肉,因为它是安置在人体之外。实际上,可以说它还不是严格意义上的人工肌肉,而只是一种高级的能够帮助人体工作的肌肉设备。
  最近,美国的科学家公布了他们的最新研究成果。他们发明的人工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、质量轻。研究人员称,他们最新研发的两种人工肌肉性能均非常突出,同时具备燃料电池和肌肉的功能。
  这项研究的成功,大大开阔了人工肌肉的应用。这种材料做成的人工肌肉能像人类肌肉纤维一样收缩和伸展,并改变胳膊长短。利用人工肌肉收缩和伸展的特性,一旦提供的能量足够,用这些肌肉做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、更轻便灵巧的人工义肢,以及塑料心脏或心脏隔膜等与人类器官收缩一致的人工器官。人工胸肌可以使你抵御深海中更大的气压:增强的人工心肌可以保证你能够在任何环境里跑动一整天:增强的人工腿肌使你跑得像羚羊一样快、跳得像袋鼠一样高……这时的世界将是一个永不停歇的律动能量体。
  
  人工时代已来临
  
  当人工器官比天然的更好用,人类该考虑是否要全身改造。如何才能实现这些“零件”机能的进一步增强和有效连接呢?事实上,这很大程度上取决于肌肉组织。四肢、心脏等很多重要人体器官的机能都是由其肌肉组织决定的。肌肉组织复杂而有序的微观运动,是实现信号控制、弯曲变形、统一排列等等这些复杂过程的基础,是多年来困扰科学家的一大难题。如果肌肉组织能够得到成功仿制,那么,全方位人工义体的实现指日可待。
  就目前来看,部分器官移植和再造的实现,已经很大程度推进了社会的变革发展。那么,人工肌肉的进一步研究成功,肯定会带给我们一个迥然一新的未来。可以想象,在彼时的未来,器官衰竭已经不再成为威胁生命的难题,人类将会轻易享受长寿的待遇。死亡率如此之低,再加上“器官组装活人技术”的普及,地球上一定会拥挤不堪。而值得欣慰的是,由于人工器官的成功,相信人们至少稍加研究和训练,就可以轻易获得能力提升,具有在宇宙中生存的能力。宇宙空间十分广阔,人类可以进军太空,在更广阔的新天地里生存。
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