生物醫用材料設計中道家思想的應用研究

黃嘯

【摘 要】 本文介紹了生物醫用材料的臨床應用，闡釋了道家的核心思想，認為生物醫用材料設計中要體現出道家“天人合一”的思想和“道”的指導性作用。

【關鍵詞】 生物醫用材料；道家思想；天人合一

道法自然，與自然和諧相處是道家思想的重要主張。提倡天人合一的世界觀和辯證唯物方法論，在現代生物醫用材料設計中無不體現其精髓的思想核心。筆者認為，道家思想中的核心“道”在生物醫用材料中起著指導性的作用。

一、生物醫用材料的臨床應用

生物醫用材料作為近些年來新興的尖端應用材料，主要功能是為了對人體進行診斷、治療和修復，或直接替代已經損傷或壞死的人體組織和器官。生物醫用材料能執行、增進或替換因疾病、損傷等因素失去的某種功能。

生物醫用材料學是運用了生物學和工程學的原理，模仿自然生物的某些組成和功能，定向地組建成具有特定性狀的可用于臨床的功能材料的科學技術。目前，已用于臨床的生物醫用材料主要有人工皮膚、手術縫合線、人工骨等。[1]在設計此類生物醫用材料時，需要考慮的首要問題就是生物相容性。所謂生物相容性是指生物醫用材料植入宿主體內，引起適當的宿主反應和產生有效作用的能力。一般地說，就是材料植入人體后與人體相容程度，會不會對人體造成毒害作用，體現出道家思想中“道法自然”的內涵。例如，人工皮膚是利用膠原、透明質酸等生物相容性好的材料制備，或是直接使用豬皮等其他動物皮膚，但機械性能同人體皮膚差異較大；目前研究較多的人工骨替代材料為β-磷酸三鈣，由于其化學組成與骨組織相似，機械強度適宜，生物相容性良好，并具有一定誘導骨細胞分化的能力，因此是目前最具吸引力的骨生物材料，但其細胞黏附能力仍和骨組織有一定差距。

因此，目前的生物醫用材料在臨床應用中都存在一定的問題，如何更好地接近人體本身的特性，值得生物醫用材料工作者深入研究。

二、道家的核心思想

“道法自然”是道家重要的理論思想之一，“道生一、一生二、二生三、三生萬物”。道的力量自然博大，世間萬物都是由道幻化而生。道存在自然之中，以自身的規律源源不滅地運作，無生無滅。就在道的自然運轉中，自然創造了世間上的物與生命，而主觀以人為力量改變道的運轉法則，必將違反其規律，帶來生生滅滅的輪回。[2]這一核心思想闡明了生物醫用材料的制備一定要按照自然的力量去設計，才能滿足良好的生物相容性。

道家主張自然與人的生命是不能分開的，人理所應當歸為自然的一部分。從人的角度審視自然，“道法自然”就成了“人法自然”。人和自然的關系并非為對立關系。人是存在于自然之中，那么人就和世間萬物類同，成為自然秩序中的一部分。[3]生物醫用材料的研制應該順應“自然”的規律，在其秩序之下完成所行使的功能。如若反對“自然”的規律，隨人為的意愿隨意設計生物醫用材料，必不能滿足生物相容性的要求，反而會遭致“自然”的懲罰，造成強烈的宿主反應，對人體造成危害。

道家的思想基礎中關于宇宙生命觀的表述是“天人相應”。人與自然是相互呼應的。人應該順應自然的走勢而開展自身的行為活動，不應對自然進行肆意的改造。因此，只能遵照自然的規律去合理地改造，更加貼近人體自然的生物醫用材料才能更好地被人體接受。

道家云：“人法地，地法天，天法道，道法自然”，此種思維方式將萬物的基點定為本然，而不是以人的主觀意識去決定自然的存在。在人類現實生活中，往往偏離自然本身的秩序，僅從人的自身利益出發，忽略自然的本源，對自然界進行利用、改造、役使甚至破壞。當這種進程發展到一定程度時，“物極必反”，自然就會開始合規律的反應，造成對人的危害。[4]在進行生物醫用材料設計時，一定要合乎人體自身的“道”，不然，人體自身必會開始合乎自身規律的反應，動用自身的“道”，排除不符合自身的物質，造成傷害。

《莊子·天道》篇中提到“與人和者，謂之人樂；與天和者，謂之天樂”的思想，《天運》篇又提出所謂“至樂”的標準是人事要“順之以天理，應之以自然，然后調理四時，太和萬物”。這里所謂的“天和”，就是保持人與客觀世界的自然和諧；所謂的“至樂”就是保持人與客觀世界最高境界的“和”—太和。[5]生物醫用材料的設計一定要與人體的環境保持一致，才能達到“和”。

三、生物醫用材料設計中的“天人合一”

在天人關系上，道家理論提出“天人合一”的觀點，表明人與自然、天地的大一統關系。設計生物醫用材料也講究與人體大一統，合一。組成人體的化學物質很多，如果將性質相近的物質歸在一起，大致有糖類、脂類、蛋白質、水、無機鹽等等。細化到元素及分子結構水平是常量元素有碳、氫、氧、氮、硫、磷、鈣、鎂、鈉等，占體重的99.9%，還含有微量的鐵、鋅、銅、錳、鉻、硒、鉬、鈷、氟等元素。有機生物大分子的基本結構，就是一些有機碳鏈結構，如羧基類、氨基類、羥基、羰基類、酯基類等等。在FDA批準的可降解高分子材料中有聚乳酸、聚乙醇酸、聚三亞甲基碳酸酯、聚己內酯等。

其中聚乳酸是由乳酸單體聚合而成，乳酸分子中有一個羥基和一個羧基，在一定條件下羧基和羥基縮聚成酯基，形成聚合物?；鶊F結構與人體相似，具良好的生物相容性和可降解性。這些優良的特性造就了聚乳酸在醫藥領域應用中的優勢，將其制備成為手術縫合線，能免除拆線痛苦；用作緩釋藥物的包裝材料，可使藥物隨著本體的緩慢降解而達到緩慢釋放的目的，平抑血藥濃度，減少給藥次數，提高藥物利用度。乙醇酸是人體新陳代謝的正常產物，將乙醇酸進行聚合就形成聚乙醇酸這種生物醫用材料。乙醇酸本來就是人體自身新陳代謝產生的物質，生物相容性毋庸置疑。因此，聚乙醇酸具有良好的生物相容性，同時聚乙醇酸在體內會逐漸降解，最終分解成為對人體、動植物和自然環境無害的水和二氧化碳。聚乙醇酸的生物醫學應用主要表現在醫用縫合線、藥物控釋載體、骨折固定材料、組織工程支架、縫合補強材料。聚三亞甲基碳酸酯單體三亞甲基碳酸酯本體聚合而成，主要結構是和人體相似的碳酸酯鍵，所以具有良好的生物相容性、低毒性和生物降解性。聚己內酯與人體有機生物大分子結構相同，在體內與生物細胞相容性很好，細胞可在其基架上正常生長，并可降解成CO2和H2O。聚己內酯在生物醫用材料領域已應用在可控釋藥物載體、細胞、組織培養基架、完全可降解塑料手術縫合線及醫用造型材料等方面。

在生物力學層面上，生物醫用材料也要符合人體的生物力學模式。人類社會已步入老齡化，膝骨關節炎發病率隨之上升。臨床上，只能用藥物治療緩解關節疼痛和炎性癥狀，并不能阻止病情的發展。唯一的治愈方法為人工全膝關節置換術。人工全膝關節置換術成功關鍵是恢復正常下肢力線，使得假體受力均勻，保證假體旋轉位置良好，同周圍軟組織協調平衡。如果股骨假體旋轉不良會造成屈曲間隙不平衡，術后脛骨假體扭轉應力增加，導致假體磨損或松動、髕骨半脫位或脫位、膝前疼痛、髕骨骨折等并發癥發生。[6]因此，人工假體的安裝必須符合人體力工程學，否則必會發生并發癥。再如，柄的設計應盡可能降低應力遮擋，增強界面的自鎖能力，如此，可保持髖關節穩定性和延長置換后髖關節壽命的關鍵。這里的使用壽命指兩個方面，不僅是材料的使用壽命，更是合理的設計對人體的響應。不合適的生物醫用材料設計會造成機體的損傷，不僅不能替補因本身器官缺失帶來的不便，更會對機體產生大的傷害。

各種生物醫用材料的設計都是為了無限接近人體本身，遵循人體自身的自然，達到“天人合一”。

四、生物醫用材料設計中“道”的指導性作用

“道生之，德蓄之，物形之，勢成之，是以萬物莫不尊道而貴道。道之尊，德之貴，夫莫之命而常自然。故道生之，德蓄之，長之，育之，亭之，毒之，養之，覆之。生而不有，為而不恃，長而不卑，是謂之德。”萬物都是道之所生，德之所蓄。道指客觀實在，是萬物之根；德指得道而成之內在德性，即萬物之性?！拔镄巍薄ⅰ皠莩伞眲t是萬物形成過程中的形體和發展軌跡。

目前，無論是天然生物醫用材料，還是人工合成的生物醫用材料，全是人類找到了與人體相應的“道”，而進行模仿的僅僅停留在“物形”的階段。生物相容性這個對于生物醫用材料永恒的難題，目前還未得到根本解決，“勢成”之路曲折坎坷。再如，人類能夠人工構造具有生物活性大分子，但不能用這些生物大分子來合成細胞；人類能夠用細胞來培養成組織，但不能完全構造器官；人們能制造假體器官，但是不能用來組成有人性的機體。諸如此類問題，已不是西方實證科學能夠解決的了。筆者認為，必須參透道家思想中的“德”，即萬物得道而成之內在德性，萬物之性，才能在生物醫用材料領域有所突破，給人類的發展帶來美好的希望。

【參考文獻】

[1] 梁新杰，楊俊英.生物醫用材料的研究現狀與發展趨勢[J].新材料產業，2016（2）2-5.

[2] 苗延榮，徐振立.淺淡道家思想對中國產品設計的影響[J].藝術與設計（理論），2011（9）132-134.

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[6] 王平，趙志江，付衛杰等.人工全膝關節置換術中股骨假體旋轉的研究進展[J].中國修復重建外科雜志，2011（9）1140-1144.

【作者簡介】

黃 嘯（1986.8—），湖北武漢人，銅仁學院大健康學院教師.