1.2 生物医学材料（Biomedical Materials）
• 用以和生物系统结合，以诊断、治疗或替换机体中的 组织、器官或增进其功能的材料被称为生物医学材料 [9]。 根据材料的生物性能，可分为生物惰性材料(Bioinert Materials)与生物活性材料(Bioactive Materials)两大类。 前者在生物环境中能保持稳定，不发生或仅发生微弱化学 反应，后者则能诱发出特殊生物反应，导致组织和材料之 间形成键接，或提高细胞活性、促进新组织再生。根据材 料的组成又可分为：生物医学金属材料(Biomedical Metallic Materials)，生物医学高分子材料（Biomedical Polymer），生物陶瓷（Biomedical Ceramics），生物 医学复合材料（Biomedical Composites），生物衍生 材料(Biologically Derived Materials)等
仿生材料研究进展
Research Progress of biomimetic materials
仿生学（Bionics）
仿生学诞生于二十世纪60年代，是研究生物系统的 结构、形状、原理、行为以及相互作用，从而为 工程技术提供新的设计思想、工作原理和系统构 成的技术科学，是一门生命科学、物质科学、信 息科学、脑与认知科学、工程技术、数学与力学 以及系统科学等多学科交叉的新兴学科。 目前，仿生学研究主要集中在以下几个方面： • 1）仿生结构与力学； • 2）仿生材料； • 3）仿生功能器件及控制； • 4）分子仿生； • 5）人工智能与认知等。

2. 材料仿生与仿生工程材料
• 从材料学角度认识、模仿或利用某些生物体的显微 结构、生化功能或生物合成过程来进行材料的设计、 制造，以便获得具有特殊功能或优异性能的新材料 是材料仿生的主要内容，也是设计制造新型复合材 料的有效途径。材料仿生包括：成分仿生、结构仿 生、过程仿生、功能仿生、智能仿生与综合仿生。 也有人把材料仿生分为几大方面：成分和结构仿生， 过程和加工制备仿生，功能和性能仿生。材料仿生 的过程大致可分为三个步骤，即仿生分析，仿生设 计，仿生制备。现有文献中关于仿生分析的研究较 多，而涉及仿生设计与制备的研究较少。
• 生物医学材料要直接与生物系统结合，除 应满足各种生物功能和理化性能要求外， 还必须具有与生物体的组织相容性，即不 对生物体产生明显的有害效应，且不会因 与生物体结合而降低自身的效能和使用寿 命。医学临床对所用生物材料的基本要求 包括：材料无毒，不引起生物细胞的突变 和组织反应；与生物组织相容性好，不引 起中毒、溶血、凝血、发热和过敏等；化 学性质稳定，抗体液、血液、及酶的腐蚀 和体内生物老化；具有与天然组织相适应 的物理、力学性能等。
• 为满足上述要求，生物医学复合材料是较佳选择。 医用金属、高分子材料、生物陶瓷等均可作为生 物医学复合材料的基体或增强体，经过适当的组 合、搭配，可得到大量性质各异、满足不同功能 要求的生物医学复合材料。此外，生物体中绝大 多数组织均可视为复合材料。 • 通过生物技术，把一些活体组织、细胞和诱导组 织再生的生长因子等引入生物医学材料，给无生 命的材料赋予生命的活力，并使其具有药物治疗 功能，成为一类新型生物医学复合材料——可吸 收生物医学复合材料，这些材料的发展为获得真 正仿生的复合材料开辟了途径。
1.天然生物材料与生物医学材料
1.1 天然生物材料（Biological Materials）
天然生物材料经过亿万年物竞天择的进化，具有独特的 结构和优异的性能。天然生物材料的主要组成为蛋白质，蛋 白质分子的基本结构是由各种氨基酸（己知有20种）组成的 长链，改变氨基酸的种类及排列次序，便可以合成千差万别、 性能各异的蛋白质。蛋白质的合成决定于遗传基因，即RNA 〈核糖核酸〉中每三个碱基对构成一个密码子，决定一种氨 基酸[7]。在现代遗传工程研究中采用“基因定位突变技术”， 可以改变某些碱基对的顺序和种类，以合成所需要的蛋白质， 利用DNA技术直接“克隆”出天然生物材料己有报导。可见 蛋白质有机材料不仅性能优越，而且易于调整和控制，因此 将会作为功能材料和结构材料得到应用。目前，蛋白质材料 己在生物芯片、生物传感器、神经网络计算机等领域派上用 场[8]。据统计，被详细研究过的生物材料迄今已超过一千多 种，涉及到材料学科的各个领域，在医学临床上应用的就有 几十种。通过天然生物材料的研究，人类得到了很多启示， 开发出许多生物医学材料和新型工程材料。
2.1. 成分仿生
• 成分仿生就是模仿天然生物材料的成分来 制备块体材料或表面膜层材料。是最简单、 最直接的仿生。典型的例子是生物骨骼的 成分仿生。骨骼是支撑人体的关键器官， 因而骨骼破损的修复是现代医学的重要任 务之一。众所周知，骨骼的主要成分是以 羟基磷灰石为主的磷酸钙，因此很自然的 一个仿生思想就是制造羟基磷灰石作为骨 的修复和替代材料。
碳纳米管仿生壁虎脚打造蜘蛛人
壁虎脚的粘力
攀爬墙壁的机械装置
水下呼吸器
仿生材料(Biomimetic Materials)
而材料的仿生研究由来已久，但比较系统的现 代仿生材料研究则相对较晚。英文起初用Bionics， 着眼于电子系统的研究。80年代后期，日本复合材 料学会志发表了一系列关于材料仿生设计的论文 [1]，分析了部分生物材料的复合结构和性能，我 国学者也开展了卓有成效的探索[2-6]。90年代出 现了Biomimetics一词意思是模仿生物。美、英等 国合作在1992年创办了材料仿生学杂志 《Biomimetics》，着重力学结构方面的仿生研究。 近年来国外又出现了Bio-inspired一词，意为受生 物启发而研制的材料或进行的过程。
仿生材料的定义 Definition of Biomimetic Materials
• 通常把仿照生命系统的运行模式和生物体材料的结 构规律、功能特性而设计制造的人工材料称为仿生 材料 (Biomimetic Materials)。这是材料科学与生 命科学相结合的产物，其研究范围极为广泛，包括 微结构、生物组织形成机制、结构和过程的关系、 仿生设计及合成、制备等。 • 从材料来源及应用场合划分，仿生材料包括：天然 生物材料，生物医学材料、仿生工程材料和功能器 件等。