人工改造生命

倪显丽

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，换条胳膊换条腿，换心换肝换肾乃至换皮肤，在技术上都不是什么新鲜事了。

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：血库的希望之星

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键从硅橡胶两端伸长，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。