【正文】 地方性生物力學(xué)學(xué)術(shù)會議，通過交流更進一步促進了我國生物力學(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，但至今仍有許多問題處于有待深入研究的狀態(tài)。這是因為生物體是有生命的，與無生命的工程材料結(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)、骨的生長與斷裂的力學(xué)問題及骨骼生長的控制論等。 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。 近年來還有對骨的一般力學(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，對于骨的動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，骨的生長與應(yīng)力關(guān)系的理論等，對于矯形外科、骨傷的治療、防護及輔助器具的設(shè)計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)最活躍的一個應(yīng)用領(lǐng)域。人工關(guān)節(jié)的應(yīng)用已有近百年歷史。現(xiàn)在人工關(guān)節(jié)種類繁多，從人工關(guān)節(jié)設(shè)計、制造、植入和維護，既有工程問題，也有骨力學(xué)問題。 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，但其強度較低，目前只用于小關(guān)節(jié)。 動物實驗表明：鈷鉻鉬合金有較好的生理相容性，但長期使用這種臺金制成的人工關(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，多用來做人工關(guān)節(jié)臼。陶瓷材料有足夠的強度，耐磨性能好。硅橡膠有較好的生理相容性，但強度低，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，但也存在尚未克服的缺點．如金屬的電解、疲勞、腐蝕、磨損、松動、骨質(zhì)吸收等；塑料材料的老化、變脆；陶瓷優(yōu)點較多，但其質(zhì)脆、易折。上述材料有否致癌作用，尚待進一步研究。 ? 生物材料 （ Biomaterial)： 生物材料學(xué)是研究用以治療或替換機體內(nèi)的組織 、 器官或增強其功能的材料 ， 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 而對人體無毒 、 無副作用 、 不凝血 、不溶血 ， 不引起人體細胞突變 、 畸變和癌變 ，不引起免疫排異和過敏反應(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。對生物材料的基本要求是： （生物性能）； （機械性能）； （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)展趨勢之一是尺度向越來越小的方向發(fā)展，以前組成材料的顆粒，其尺寸都在微米（百萬分之一米）量級 ，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。 洞察微觀世界的秘密，需要借助儀器來開拓視野、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原子或分子的排列狀態(tài)。它給我們提供了對納米結(jié)構(gòu)進行測量和處理的 “ 眼睛 ” 和 “ 手指 ” 。 形象地說，如果人站在月球上看地球，肉眼看見地球是一個球體，無法分辨出細節(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):長度單位的一種， 1納米 =109米，即十億分之一米。大約相當于頭發(fā)粗細的八萬分之一。 21世紀，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。人們普遍認為，納米技術(shù)是信息和生命科學(xué)技術(shù)能夠進一步發(fā)展的共同基礎(chǔ)。納米技術(shù)所帶動的技術(shù)革命及其對人類的影響，遠遠超過電子技術(shù)。 90年代起，各國科學(xué)家紛紛投入一場 “ 納米戰(zhàn) ” ：在 100納米尺度的空間內(nèi)，研究電子、原子和分子運動規(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原子、分子，使得人們可以在原子層面上進行材料和器件的設(shè)計和制備。幾十個原子、分子或成千個原子、分子 組合 在一起時，表現(xiàn)出既不同于單個原子、分子的性質(zhì)，也不同于大塊物體的性質(zhì)，如它的熔點、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) ， 通過對物質(zhì)反應(yīng) 、 傳輸和轉(zhuǎn)變的控制來實現(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)運動的新現(xiàn)象和新規(guī)律 。 由于顆粒極度細化 ， 晶界所占體積百分數(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加工制造發(fā)動機零件 ， 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)，人類將認識和改造自然的能力延伸到原子、分子水平，通過直接操縱和安排原子、分子，原子團或分子團，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)，納米鐵具有極強的磁性、不導(dǎo)電材料變成導(dǎo)電、特殊的遠紅外線輻射、強的紫外反射、強吸附性、強催化作用等等。 晶粒尺寸的減小將對力學(xué)性能產(chǎn)生很大的影響，使材料的強度、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。 目前盡管已對納米材料的制備、結(jié)構(gòu)與性能進行了大量的研究，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)與計算機技術(shù)、航空航天探測等領(lǐng)域。 美國科學(xué)基金會發(fā)表了 400頁的報告，來說明納米技術(shù)對人類社會帶來的影響。報告指出：在十到十五年間，整個半導(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年美國克林頓政府提出了一個國家納米技術(shù)創(chuàng)新計劃， 2022撥款達為 。 ? 生物系統(tǒng)建模與仿真 生物系統(tǒng)建模 是對生物的細胞、器官和整體各個層次的行為、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)的形式表達出來。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 是用電子計算機求解生物系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型以分析和預(yù)測各種條件下生物系統(tǒng)運行機制和狀態(tài)的工作。 生物體是十分復(fù)雜的系統(tǒng)，即使最簡單的紅細胞也包含著約 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)雜的實驗，而對于某些條件下的生物系統(tǒng)研究，其實驗往往難以進行。生物系統(tǒng)建模與仿真可以將生物系統(tǒng)簡化為數(shù)學(xué)模型并對此模型進行計算機分析，從而代替實際的復(fù)雜、長期、昂貴及至無法實現(xiàn)的實驗，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)運行過程。 生物系統(tǒng)建模與仿真可用于鑒別人體參數(shù)的異常以進行疾病診斷、糖尿病等疾病的預(yù)報、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值。 生物系統(tǒng)控制是人為地外加控制條件來影響生物系統(tǒng)的生命過程，以達到某種特定的目的。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理，并確定其有效劑量和安全標準，從而發(fā)展應(yīng)用物理因子治療疾病的技術(shù)，并防止其可能的