揭秘八大醫學靈感

想日把大自然改造得更好一點，非常困難，這是因為那錯綜復雜的結構和模式都是在長期的進化和調整中被慢慢塑造出來的。但我們可以向自然之母學習，比如，很多醫學技術便是我們從動物身上學來的。

1 軟硬結合的烏賊嘴

烏賊嘴是一個天然的工程杰作。它完全由角質等有機材料構成，頂端異常堅硬，基部非常柔軟靈活。烏賊嘴擁有的這兩種截然相反的特征，可以解釋身為軟體動物的烏賊如何把捕獲的食物一點點撕碎而不會傷到自己。

這個重要的研究成果是由加州大學圣塔芭芭拉分校的一個科研組提出的，他們指出，像烏賊嘴這種漸變材料，在醫學和生物技術上有著非常廣泛的應用。例如，科學家可以研發出一種一端模仿軟骨的彈性，另一端模仿骨骼硬度的假肢。除了它們的功能性以外，這些韌性材料跟目前用金屬或者陶瓷制成的假肢不一樣，既硬又軟的特性，對周圍的組織是有益的。

2 模仿沙塔蠕蟲制成超級骨膠

如果只考慮細節和投入的時間的話，沙塔蠕蟲精美的結構可以在任何建筑大賽中獲勝。這種小得出奇的蠕蟲小心翼翼地把它發現的單個沙粒、貝殼和其他散落的粒子用膠水粘在一起，組裝成自己的房子。

沙塔蠕蟲利用像胡須一樣的觸手抓住粒子，把它們拖入口中。如果這個沙粒和其他沙粒符合它的要求，沙塔蠕蟲就會在小沙粒上抹點自制的膠水，然后把它們放到正在不斷變大的殼上。

這種建造復雜外殼的緩慢過程跟重建斷裂的骨骼的過程幾乎一樣。兩種情況下，粘貼碎片所用的膠水都必須滿足無毒、防水的條件，而且最為重要的是，沙塔蠕蟲的膠水粘合速度很快。

因此，猶他大學分子生物工程師拉塞爾·斯圖爾特認為，模仿沙塔蠕蟲的膠水強度制成的合成膠水，可能會是效果很好的骨膠。早期實驗顯示，斯圖爾特研制的膠水無毒、可生物降解，而且強度是超級膠水的兩倍。

3 海參的秘密武器

海參獨特的皮膚結構引起了科學家的注意。海參緩慢的步調和柔軟的肉體似乎都促使它成為食肉動物最易捕食的對象，然而事實并非如此，因為這種像皮革一樣的動物擁有一樣秘密防御武器：它的皮膚里鑲嵌著一層超薄的細胞膜質纖維網。當海參受到威脅時，它會通過給這個網狀結構注入蛋白質把纖維捆綁在一起，使它的皮膚變硬，形成一個固體結構。

科學家已經研發出一種生物高聚物，這種新穎的材料能保持堅硬狀態，不過當它遇到水時，把纖維禁錮在一起的化學鍵就會斷開，水被蒸發掉后，它又會恢復原樣。研究人員希望有一天能用這種材料取代金屬制成的植入性神經電極，因為生物高聚物電極接觸到潮濕的神經組織時，會變軟，避免對脆弱的大腦造成破壞。

4 模仿蝸牛制成自行組裝材料

有一天人們會在一些蝸牛用于保護正在發育的卵的黏性纖維物質的啟發下，研制出新型人造關節韌帶。溝凹縫的海蝸牛隱藏在凹縫的1米長的卵串經常會被沖到海岸上。它們跟成串的珍珠似的，是眾所周知的美人魚項鏈。

美人魚項鏈可以吸收強烈震動，擁有三重螺旋彈性結構，因此它們能經受住強烈的海浪沖擊，不會破裂。彈性物質被拉開后，把美人魚項鏈的三重螺旋結構固定在一起的連接物開始斷開。當它被拉到一定限度，美人魚項鏈不會像橡皮圈一樣迅速彈回來。斷開的連接物會慢慢重新組合起來，逐漸還原成跟最初的強度一樣的美人魚項鏈。

科學家可以利用具有這種高減震性能的人造橡皮圈，制造人類關節和四肢里的韌帶和肌腱，不過這些人造元素更耐磨，而且具有自愈能力。跟蜘蛛絲和其他堅韌材料不同，美人魚項鏈的蛋白質擁有自我組裝能力，這使它們更易進行大批生產。

5 抗菌薄膜

雖然鯊魚因其鋒利無比的牙齒聞名，但是它們異常厚實的皮膚或許也會給人留下深刻印象。鯊魚的皮膚也是粗結構，因此任何動物、細菌或水藻都無法依附在它身上。鯊魚跟鯨魚不同，對喜歡搭便車的生物來說，后者的皮膚就像個磁鐵，可以讓它們牢牢“抓”住。

對佛羅里達的新興公司——sharklet Technologies來說，鯊魚皮的這種粗糙結構是個非常誘人的“模特”，該公司已經根據自己的設計，研制出一種抗菌薄膜。這種薄膜上覆蓋著數百萬個微小的凸起物，它們像彼此相鄰的鉆石一樣排列在一起，可以粘在門和容器表面，防止細菌生長。

該公司的科學家表示，如果把它應用到醫院里，這種薄膜可以把細菌形成的時間向后推遲長達21天。由于該薄膜沒有殺菌作用，因此不用擔心細菌會對它們產生抗性。

6 模仿蚌類的附著性制成超級薄膜

生活在潮間帶的生命可能非常骯臟、粗野，也短命。連續的浪潮拍擊、暴露在極端溫度和鹽度很高的環境下，容易被一系列貪婪的食肉動物捕食，因此，只有耐力最強的有機體才能在這種環境下存活下來。不起眼的蚌類就是其中之一。多虧有一種強度令人難以置信的黏合劑蛋白母體，即眾所周知的，從兩片死死粘在一起的貝殼之間伸出的足絲，蚌類才能附著在任何物體表面。

由工程師菲利普·麥瑟史密斯領導的一個科研組，已經開發出一種特殊的雙面涂層，可模仿蚌類的附著性，用于醫學移植。用二羥基苯丙氨酸制成的具有黏性的一面。用來把這個涂層附著在移植物上。被聚乙二醇覆蓋的沒有黏性的一面，可防止細胞碎片堆積和細菌形成。這些細胞碎片和細菌物質可粘貼在心臟瓣膜、導尿管和其他裝置上，對它們產生污染。

7 模仿蒼蠅耳朵制成的納米助聽器

大部分蒼蠅都是利用大大的復眼追蹤食物，或者逃脫蠅拍的拍打，而小型寄生蒼蠅奧米亞棕蠅卻是依靠敏銳的聽力。這種蒼蠅的胸前有兩只非常敏銳的耳朵，通過靈敏的聽力，甚至能根據數米外的蟋蟀的叫聲，精確判斷出它們的位置。奧米亞棕蠅耳朵里兩個皮鼓一樣的薄膜，通過胸骨柄連接在一起。

紐約州立大學賓厄姆頓分校的工程師羅恩·米勒斯受奧米亞棕蠅的驚人聽力的啟發，開發出一套助聽工具，利用方向性微型耳麥模仿蒼蠅超靈敏的耳朵。大部分助聽器都無法避開背景噪音，然而米勒斯的小發明跟它們不同，使用者可通過模仿胸骨柄的設計，導向目標追蹤特殊聲音和交談。

8 堅韌而有彈性的蛛絲

迄今為止在自然界里還沒發現任何材料能像蛛絲的強度和柔韌度那么好。這種多功能纖維，由蜘蛛絲腺里的一種復合蛋白質構成。這些蛋白質里氨基酸的特殊布局，使它產生了一個由堅硬的結晶區和一個非結晶區構成的混合區域，這里正是產生具有超強抗張強度和彈性的地方。

這些特征使蛛絲成為仿生學的關注對象?？茖W家希望能大批生產出人造版本，來應用于工業、軍事技術和醫學。雖然目前還沒有實現這個目標，但最近的研究顯示，一種絲狀生物材料可以用來制造人體骨骼。這種納米纖維的結構跟在結締組織里發現的膠原蛋白和彈性蛋白的結構類似，這使該物質成為理想的支撐材料，可用來進行血管移植，或者進行骨骼和軟骨工程學研究。