【正文】 性和地方性生物力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議，通過(guò)交流更進(jìn)一步促進(jìn)了我國(guó)生物力學(xué)的發(fā)展。 骨骼生物力學(xué) (Skeleton Biological Mechanics） 骨骼生物力學(xué)是生物力學(xué)的重要分支。盡管骨力學(xué)的研究已有上百年的歷史，但至今仍有許多問(wèn)題處于有待深入研究的狀態(tài)。這是因?yàn)樯矬w是有生命的，與無(wú)生命的工程材料結(jié)構(gòu)有著根本的不同。因此．用力學(xué)原理來(lái)研究生物組織、器官和生物體是一件比較艱難和復(fù)雜的工作。 骨骼生物力學(xué)研究骨和骨骼體系的力學(xué)問(wèn)題、骨的微觀結(jié)構(gòu)與宏觀力學(xué)效應(yīng)的關(guān)系、骨的耦合力學(xué)效應(yīng)、骨的生長(zhǎng)與斷裂的力學(xué)問(wèn)題及骨骼生長(zhǎng)的控制論等。 骨骼在生物體內(nèi)占有重要的地位。骨的組織結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜，與生物材料力學(xué)的關(guān)系十分密切。 近年來(lái)還有對(duì)骨的一般力學(xué)性質(zhì)、骨的粘彈性性質(zhì)、人顱骨沖擊韌度的測(cè)定、脊柱力學(xué)的性質(zhì)、關(guān)節(jié)受力分析、人工關(guān)節(jié)、骨傷、骨愈合的臨床研究，骨科復(fù)位固定器的效應(yīng)分析等有成效的研究。 目前，對(duì)于骨的動(dòng)力特性和骨作為一種有生命的組織的微觀力學(xué)效應(yīng)等方面，研究尚較少。 骨骼生物力學(xué)在醫(yī)學(xué)方面的研究與應(yīng)用有著廣闊的前景，如骨的再造理論，骨的生長(zhǎng)與應(yīng)力關(guān)系的理論等，對(duì)于矯形外科、骨傷的治療、防護(hù)及輔助器具的設(shè)計(jì)等許多方面都有著重要的作用。 ? 骨骼生物力學(xué)的臨床應(yīng)用舉例：人工關(guān)節(jié)材料的選擇 人工關(guān)節(jié)置換術(shù)是骨骼生物力學(xué)最活躍的一個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域。人工關(guān)節(jié)的應(yīng)用已有近百年歷史?，F(xiàn)在人工關(guān)節(jié)種類繁多，從人工關(guān)節(jié)設(shè)計(jì)、制造、植入和維護(hù)，既有工程問(wèn)題，也有骨力學(xué)問(wèn)題。 選做工關(guān)節(jié)材料的基本要求是：與骨組織間有良好的生理相容性與耐腐蝕性；有足夠高的強(qiáng)度與疲勞壽命、較好的抗磨損性；良好的可加工性等。 已被用做人工關(guān)節(jié)的材料有：超高分子聚乙烯、不銹鋼、鈦合金、鈷鉻鉬合金、陶瓷、硅橡膠和炭質(zhì)材料，其中陶瓷材料正逐漸被重視。由于以上材料的使用，使人工關(guān)節(jié)的適應(yīng)范圍和效果都有很大發(fā)展。 從臨床的使用來(lái)看，以上材料的人工關(guān)節(jié)尚未引起抗原性反應(yīng)或致癌。 金屬材料的磨屑可增加感染率。單純的鈦抗磨損能力較差，但鈦合金則能提高抗磨損性能。鈷鉻鉬合金也有好的耐磨性，但與骨相比，其剛硬度太大：另外炭質(zhì)材料有優(yōu)良的生物相容性，其力學(xué)性質(zhì)上，有很強(qiáng)的耐磨損性。它的力學(xué)性質(zhì)與密質(zhì)骨也比較接近，其疲勞壽命也較長(zhǎng)，但其強(qiáng)度較低，目前只用于小關(guān)節(jié)。 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明：鈷鉻鉬合金有較好的生理相容性，但長(zhǎng)期使用這種臺(tái)金制成的人工關(guān)節(jié)，其血液與頭發(fā)中鈷的含量明顯增加。 超高分子聚乙烯有高度疏水性，耐磨性也好，多用來(lái)做人工關(guān)節(jié)臼。陶瓷材料有足夠的強(qiáng)度，耐磨性能好。硅橡膠有較好的生理相容性，但強(qiáng)度低，一般也只用于小關(guān)節(jié)。 盡管人工關(guān)節(jié)材料有較多優(yōu)點(diǎn)，但也存在尚未克服的缺點(diǎn)．如金屬的電解、疲勞、腐蝕、磨損、松動(dòng)、骨質(zhì)吸收等；塑料材料的老化、變脆；陶瓷優(yōu)點(diǎn)較多，但其質(zhì)脆、易折。上述材料有否致癌作用，尚待進(jìn)一步研究。 ? 生物材料 （ Biomaterial)： 生物材料學(xué)是研究用以治療或替換機(jī)體內(nèi)的組織 、 器官或增強(qiáng)其功能的材料 ， 以及這些材料與生物體之間的相互作用的學(xué)科 。 生物材料是與人體組織 、 體液或血液相接觸或作用 而對(duì)人體無(wú)毒 、 無(wú)副作用 、 不凝血 、不溶血 ， 不引起人體細(xì)胞突變 、 畸變和癌變 ，不引起免疫排異和過(guò)敏反應(yīng)的特殊功能材料 。迄今 ， 生物材料有近千種 ， 但被廣泛應(yīng)用的僅十余種 。 這些材料主要分為醫(yī)用合成或天然高分子材料 、 醫(yī)用金屬材料 、 醫(yī)學(xué)陶瓷 、 醫(yī)用碳素材料 ， 以及它們的復(fù)合材料等類 。 較活躍的研究開發(fā)領(lǐng)域有高抗凝血材料、生物活性陶瓷及玻璃、鈦及鈦合金、生物活性緩釋及描靶藥物載體材料、生物粘合劑、可吸收性生物材料、甲殼素及其衍生物的醫(yī)學(xué)應(yīng)用等。生物材料的種類十分繁多，用途非常廣泛。對(duì)生物材料的基本要求是： （生物性能）； （機(jī)械性能）； （耐生物老化性能）。 生物材料已成功地就用于人工心臟瓣膜、人工血管、人工骨與關(guān)節(jié)、醫(yī)用導(dǎo)管、齒科材料、外科縫線、藥物緩釋載體、透析與超濾膜材料及一次性和植入性醫(yī)用制品等方面。 材料技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)之一是尺度向越來(lái)越小的方向發(fā)展，以前組成材料的顆粒，其尺寸都在微米（百萬(wàn)分之一米）量級(jí) ，而現(xiàn)在出現(xiàn)了向納米（十億分之一米）尺度發(fā)展的材料。納米技術(shù)是繼互聯(lián)網(wǎng)、基因之后人們關(guān)注的又一大熱點(diǎn)。 洞察微觀世界的秘密，需要借助儀器來(lái)開拓視野、延伸雙手。８０年代初期，ＩＢＭ公司在世界上第一次研制成功表面分析儀器 —— 掃描隧道顯微鏡（ＳＴＭ），使人類第一次能夠觀察到單個(gè)原子或分子的排列狀態(tài)。它給我們提供了對(duì)納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行測(cè)量和處理的 “ 眼睛 ” 和 “ 手指 ” 。 形象地說(shuō)，如果人站在月球上看地球，肉眼看見地球是一個(gè)球體，無(wú)法分辨出細(xì)節(jié)。用放大２０００倍的光學(xué)顯微鏡可以看到地球上的樓房。但如果使用放大上億倍的掃描隧道顯微鏡，則可以看到建筑物水泥墻或泥土中的沙粒。 什么是納米 ？納米 (nanometer):長(zhǎng)度單位的一種， 1納米 =109米，即十億分之一米。大約相當(dāng)于頭發(fā)粗細(xì)的八萬(wàn)分之一。 21世紀(jì)，信息科學(xué)技術(shù)、生命科學(xué)技術(shù)和納米科學(xué)技術(shù)是科學(xué)技術(shù)發(fā)展的主流。人們普遍認(rèn)為，納米技術(shù)是信息和生命科學(xué)技術(shù)能夠進(jìn)一步發(fā)展的共同基礎(chǔ)。納米技術(shù)所帶動(dòng)的技術(shù)革命及其對(duì)人類的影響，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)電子技術(shù)。 90年代起，各國(guó)科學(xué)家紛紛投入一場(chǎng) “ 納米戰(zhàn) ” ：在 100納米尺度的空間內(nèi)，研究電子、原子和分子運(yùn)動(dòng)規(guī)律和特性。而 納米材料 則是由許多的原子分子構(gòu)成的具有納米結(jié)構(gòu)特征的物質(zhì)。納米粒子就是納米尺寸大小的微小顆粒。這種納米粒子表面積很大，每克達(dá)幾百至幾千平方米。表面具有很大的能量，具有常規(guī)材料根本不可能出現(xiàn)的多種新的功能和特性。 ? 納米材料中包含了若干個(gè)原子、分子，使得人們可以在原子層面上進(jìn)行材料和器件的設(shè)計(jì)和制備。幾十個(gè)原子、分子或成千個(gè)原子、分子 組合 在一起時(shí)，表現(xiàn)出既不同于單個(gè)原子、分子的性質(zhì)，也不同于大塊物體的性質(zhì)，如它的熔點(diǎn)、磁性、電容性、導(dǎo)電性、發(fā)光性和顏色及水溶性都有重大變化。 納米技術(shù) 是在納米尺度內(nèi) ， 通過(guò)對(duì)物質(zhì)反應(yīng) 、 傳輸和轉(zhuǎn)變的控制來(lái)實(shí)現(xiàn)創(chuàng)造新的材料 、器件和充分利用它們的特殊的性能 ， 并且探索在納米尺度內(nèi)物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的新現(xiàn)象和新規(guī)律 。 由于顆粒極度細(xì)化 ， 晶界所占體積百分?jǐn)?shù)增加 ， 使得材料的某些性能發(fā)生截然不同的變化 ， 例如 ， 以前給人極脆印象的陶瓷 ， 納米化居然可以用來(lái)加工制造發(fā)動(dòng)機(jī)零件 ， 在醫(yī)學(xué)上被用于骨科及齒科材料 . 納米技術(shù)的基本涵義： 是指在微觀環(huán)境下，即在納米尺寸范圍內(nèi)，人類將認(rèn)識(shí)和改造自然的能力延伸到原子、分子水平，通過(guò)直接操縱和安排原子、分子，原子團(tuán)或分子團(tuán)，使其重新排列、組合，創(chuàng)造出新的物質(zhì)或物品的高新技術(shù)。 納米材料的主要特點(diǎn)是什么 ？ 呈現(xiàn)出與常規(guī)材料完全不同的性質(zhì)，納米鐵具有極強(qiáng)的磁性、不導(dǎo)電材料變成導(dǎo)電、特殊的遠(yuǎn)紅外線輻射、強(qiáng)的紫外反射、強(qiáng)吸附性、強(qiáng)催化作用等等。 晶粒尺寸的減小將對(duì)力學(xué)性能產(chǎn)生很大的影響，使材料的強(qiáng)度、韌性和超塑性大大提高。在人工器官制造、 臨床應(yīng)用 等方面，納米陶瓷材料比傳統(tǒng)陶瓷材料有更廣泛的應(yīng)用和發(fā)展前景。納米碳材料的應(yīng)用，使碳質(zhì)人工器官、人工骨、人工齒、人工肌腱的強(qiáng)度、硬度、韌度等多方面性能顯著提高。利用納米碳材料的高效吸附性，可將它用于血液的凈化，清除某些特定的病毒或成分。 目前盡管已對(duì)納米材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能進(jìn)行了大量的研究，但在基礎(chǔ)理論及應(yīng)用開發(fā)等方面尚有大量的問(wèn)題待探討。但其所表現(xiàn)出的優(yōu)異性能預(yù)示它在生物醫(yī)學(xué)工程領(lǐng)域尤其是在生物材料和人工器官、介入性治療、藥物載體、血液凈化、生物大分子分離等方面具有廣泛的應(yīng)用前景。 納米技術(shù)已經(jīng)滲透到：材料與制造、醫(yī)學(xué)與健康、環(huán)境與能源、納米電子學(xué)與計(jì)算機(jī)技術(shù)、航空航天探測(cè)等領(lǐng)域。 美國(guó)科學(xué)基金會(huì)發(fā)表了 400頁(yè)的報(bào)告，來(lái)說(shuō)明納米技術(shù)對(duì)人類社會(huì)帶來(lái)的影響。報(bào)告指出：在十到十五年間，整個(gè)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)和一半以上的制藥工業(yè)，將依賴于納米技術(shù)。 2022年美國(guó)克林頓政府提出了一個(gè)國(guó)家納米技術(shù)創(chuàng)新計(jì)劃， 2022撥款達(dá)為 。 ? 生物系統(tǒng)建模與仿真 生物系統(tǒng)建模 是對(duì)生物的細(xì)胞、器官和整體各個(gè)層次的行為、參數(shù)及其關(guān)系建立數(shù)學(xué)模型的工作，最終希望用數(shù)學(xué)的形式表達(dá)出來(lái)。建模的目的是為了更好地了解生物系統(tǒng)的行為及規(guī)律，為生物控制奠定基礎(chǔ)。 生物系統(tǒng)的仿真 是用電子計(jì)算機(jī)求解生物系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以分析和預(yù)測(cè)各種條件下生物系統(tǒng)運(yùn)行機(jī)制和狀態(tài)的工作。 生物體是十分復(fù)雜的系統(tǒng)，即使最簡(jiǎn)單的紅細(xì)胞也包含著約 2022種代謝反應(yīng)，而大腦的復(fù)雜性就更是無(wú)法比擬的了。因此研究這種復(fù)雜的生物系統(tǒng)就需要十分復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)，而對(duì)于某些條件下的生物系統(tǒng)研究，其實(shí)驗(yàn)往往難以進(jìn)行。生物系統(tǒng)建模與仿真可以將生物系統(tǒng)簡(jiǎn)化為數(shù)學(xué)模型并對(duì)此模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)分析，從而代替實(shí)際的復(fù)雜、長(zhǎng)期、昂貴及至無(wú)法實(shí)現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)，大大提高研究效率和定量性，并可研究人為施加控制條件以影響生物系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程。 生物系統(tǒng)建模與仿真可用于鑒別人體參數(shù)的異常以進(jìn)行疾病診斷、糖尿病等疾病的預(yù)報(bào)、血壓等參數(shù)的自適應(yīng)控制。此外，在醫(yī)療儀器的研制和生物學(xué)、生理學(xué)、仿生學(xué)等學(xué)科的發(fā)展中，生物系統(tǒng)建模與仿真也具有很大價(jià)值。 生物系統(tǒng)控制是人為地外加控制條件來(lái)影響生物系統(tǒng)的生命過(guò)程，以達(dá)到某種特定的目的。如我們研究血壓、 PH、體溫與心率的關(guān)系，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，為研制 按需型心臟起搏器 提供理論基礎(chǔ)。建立流行病模型，為人們制定疾病的防疫措施提供理論依據(jù)。 ? 物理因子在治療中的應(yīng)用及其生物效應(yīng) 應(yīng)用電、磁、輻射、超聲等物理能量作為治療疾病或緩解病痛是藥物和手術(shù)治療以外的重要的治療手段。研究電、磁、輻射、超聲等物理能量作用和機(jī)理，并確定其有效劑量和安全標(biāo)準(zhǔn)，從而發(fā)展應(yīng)用物理因子治療疾病的技術(shù)，并防止