材料学和生物材料的分类

人类社会的生存和发展离不开各式各样的材料。原始人自从将石头这一材料经过打磨用于捕猎等活动，人类就进入“石器时代”。自此，石头这一材料推动了人类社会进程的发展。可以这样认为，自从人类社会有历史记载以来，材料都一直是人类社会各个历史时期文明以及技术发展的物质性基础，材料是人类自身和人类社会进化的重要的里程碑。诸如历史上所讲述的人类社会历史上存在过的石器时代、青铜时代、铁器时代，这些都是以“材料”作为不同历史时期区别的主要标志的。那么，什么是材料呢？通俗的说，材料就是人类自身用于制造物品、器件、构件、机器以及其他物品的依托性物质。

人类社会对材料的使用，经历了一个漫长的过程，期间由最初的简单到慢慢的复杂、由最初的以人类自身活动的经验为主到慢慢的以人类自身积累的知识为主，由最初的粗放型单一性消耗自然不可再生资源到慢慢的部分人类合成再生为主。人类社会自从进入工业时代，时至今日，自然不可再生资源的消耗已经达到了警戒点，很多种类的自然资源日益枯竭。而与此同时，人类社会当今的快速发展，使得对材料的占有和运用又达到了惊人的膨胀地步；这其中不单单需要天然性的材料和传统型的材料，更需要诸多合成型的材料。在这种情况下，材料学应运而生。那么，什么又是材料学呢？材料学是研究材料的组成、结构、工艺、性质以及使用性能之间的相互性联系的学科，它为相关新型材料的设计、制造、工艺优化乃至合理使用均提供科学的依据。人类社会科学技术的不断进步也使得相关“材料学”的知识储备日渐丰富厚实，这使得人类自身拥有了创造、研制满足自身各类所需材料的基础手段。

一、生物材料

新的世纪，放眼全球，人类自身对材料的运用出现了新的征候，一个鲜明的标志就是传统型材料的地位日渐削弱，各类性能特殊、又具有优异的使用用途的新型材料日益成为材料界的宠儿，日益崛起和壮大。什么又是新型材料？所谓新型材料指的是技术密集、知识密集、资金密集，具有高附加值的各类合成材料。新型材料具有多种适用于不同领域的类型，它与人类社会最新的科学技术密切关联，具有更新换代迅捷的特点；它是一个国家多种学科最新技术相互交叉和渗透的结晶，集中地反映和表现了一个国家的工业生产水平和科技水平。所以，当下无论欧美日还是中俄等，几乎所有的国家都会把对材料学的研究和突破放到对新型材料的研究上来，这已经成为一个历史的趋势。本文在此论述的基础上，重点论述新型材料中的一种——生物材料。

生物材料也可以称作为生物工艺学或生物技术，它是指与有生命特征的生物活体相联系的或者移植进入某种或某个生命的活体内进而起到某种生物性功能的材料。具体分类的话，生物材料包含三大类：其一是生物医用材料；其二是仿生材料；其三是生物体系模拟材料。

二、生物材料的三种类型

（一）生物医用材料

生物醫用材料是用来对生物体进行诊断、治疗、修复或替换其病损组织、器官或增进其功能的材料。它是研究人工器官和医疗器械的基础，已成为当代材料学科的重要分支，尤其是随着生物技术的蓬勃发展和重大突破，生物医用材料已成为各国科学家竞相进行研究和开发的热点。生物医用材料按材料的组成和性质可以分类如下：生物金属材料、生物无机材料和生物高分子材料。

早在人类社会的16世纪，生物医用材料就已经被人用于治疗人颚开裂。但是一直到上世纪的1963年， Venable等人应用维塔留姆耐热合金作为内固定的器具，，这才开始确立了金属植入物的基础。到今天，经过人类社会接近半个世纪的努力研发，已经遴选发展出来恩多种具有优异使用性能的金属生物材料，诸如：镍钛记忆合金材料系列、钴-铬-钼合金材料系列、低碳含钼奥氏体不锈钢材料系列等等。生物医用无机非金属材料则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。

生物医用高分子材料与生物体有着极为相似的化学结构形态，因此它可以完成现代医学对生物材料性能提出的各种严格而复杂的多功能性要求。所以，合成高分子材料在生物医用材料中占据了绝对的优势。

（二）仿生材料

仿生学在材料科学中的分支称为仿生材料学，它指的是从分子水平上来研究生物材料的相关结构性特点以及构效的关系等，进而可以让人类自身研究开发出接近或优于原生物材料的一门新兴学科。仿生学是人类化学、材料学、生物学、物理学等多学科的交叉与融合。生存于地球这个星球上的所有的生物体可以说都是由无机材料和有机材料相互组合而成的。各种生物体由糖、蛋白质、矿物质、水等这些基本元素相互有机组合在一起，形成了具有某种特定功能的生物复合材料。仿生材料即是指通过模仿大自然界中各种生物的生理特征或功能而研究开发出来的材料。

生物体几乎都是经历了千百万年时间的自然演化而来的，因此其自身的结构形态是最为合理完美的。诸如贝壳、珊瑚等这些生物的结构优异的物理力学与传感性能已经给仿生材料的设计带来极大的启发；生物大理石板、海藻生产胞外石灰石颗粒、L- B仿生膜、药物缓慢释放体系、压电陶瓷传感器等等这些都是仿生材料目前已经获得的可喜进展。诸如功能适应性、自愈合与自我复制功能、合成技术、多功能性、防粘减阻与疏水功能等等，都是当下时期仿生材料学的热点。

（三）生物体系模拟材料

大自然中的生物体系生物体系均有着某种独有的超乎寻常的功能，人类如何利用人造的某种材料和器官并让其达到生物体系原有的一切功能，使工业反应器可以在室温的条件下进行、信息处理可以达到达到人类大脑的功能、人工合成食物等等都是人类所追求的生物体系模拟材料目标。今天，已经对人类生活带来巨大影响和便利的飞机、医用无影灯、人工合成胰岛素等等，都可以被认为人类部分摸拟生物体系成功的材料先例。

（作者简介：樊子萱，太原市第五中学校高中部。）