生命科学与机械工程的完美结合

生命科学与机械工程的完美结合
——探讨生命科学和机械工程的联系
什么是生命？对于这个很基本的问题，大部分人都能理解但是不能比较系统地回答。

“活的东西就是生命”，“能动的东西就是生命”这些回答都没有错，但是权威地说，由学习我们知道具备以下基本特征的我们称之为生命：细胞是生命的基本单位；新陈代谢、生长和运动是生命的本能；生命通过繁殖而延续；生命具有个体发育和进化的历史；生物对环境的适应性。

而生命科学就是研究生命现象、生命活动的本质、特征和发生、发展规律，以及各种生物之间和生物与环境之间相互关系的科学。

用于有效地控制生命活动，能动地改造生物界，造福人类生命科学与人类生存、人民健康、经济建设和社会发展有着密切关系，是当今在全球范围内最受关注的基础自然科学。

广义的生命科学还包括生物技术、医学、农学、生物与环境、生物学与其他学科交叉的领域。

机械就是能帮人们降低工作难度或省力的工具装置，如镊子，筷子等简单机械，或者像收割机，播种机等一些复杂机械。

机械工程是以有关的自然科学和技术科学为理论基础，结合生产实践中的技术经验，研究和解决在开发、设计、制造、安装、运用和修理各种机械中的全部理论和实际问题的应用学科。

通过以上的叙述，大部分可能认为这俩门科学专业之间没有任何
交集，一个研究生命，一个研究非生命的机械，怎么会有联系？说实话，我以前也是这样认为的。

但是经过对生命科学学习和更加深入的了解后，以及对这生物机械工程学的了解，我逐渐发现这俩门科学之间的紧密联系。

下面我就谈谈它们之间的联系。

一是生命科学促进机械工程的发展。

仿生学相信大家都不会太陌生，这就是生命科学促进机械工程发展的一个典型例子，仿生学可以分为力学仿生、分子仿生、能量仿生、信息与控制仿生等，但是这些都毫无例外的说明了生命科学对于机械工程发展的促进作用。

比如人类由鸟而发明了飞机，已成为人类生活不可或缺的交通工具，极大的便利了人类的出行；由青蛙制成了电子蛙眼，如今已在生活中广泛使用；由蝙蝠制成了雷达，不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)，更在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面也显示出了很好的应用潜力，为人类做出了巨大贡献。

除了这些耳熟能详的例子外，我想在举一个大家很少知道仿生例子，由此我们将感叹生命科学和机械工程之间的妙不可言的关系。

说到苍蝇，大家都嗤之以鼻，觉得心中立刻涌出一股憎恶感，更不用说将它与处在科技前沿的宇宙飞船、火箭、潜艇等联系在一起，可事实就是如此，这些高科技机械装置的发展，苍蝇起了很大的作用。

苍蝇的嗅觉特别灵敏，远在几千米外的气味也能嗅到。

但是苍蝇并没有“鼻子”，它靠什么来充当嗅觉的呢? 原来，苍蝇的“鼻子”——
嗅觉感受器分布在头部的一对触角上。

每个“鼻子”只有一个“鼻孔”与外界相通，内含上百个嗅觉神经细胞。

若有气味进入“鼻孔”，这些神经立即把气味刺激转变成神经电脉冲，送往大脑。

大脑根据不同气味物质所产生的神经电脉冲的不同，就可区别出不同气味的物质。

因此，苍蝇的触角像是一台灵敏的气体分析仪。

仿生学家由此得到启发，根据苍蝇嗅觉器官的结构和功能，仿制成一种十分奇特的小型气体分析仪。

这种仪器的“探头”不是金属，而是活的苍蝇。

就是把非常纤细的微电极插到苍蝇的嗅觉神经上，将引导出来的神经电信号经电子线路放大后，送给分析器；分析器一经发现气味物质的信号，便能发出警报。

这种仪器已经被安装在宇宙飞船的座舱里，用来检测舱内气体的成分。

这种小型气体分析仪，也可测量潜水艇和矿井里的有害气体。

利用这种原理，还可用来改进计算机的输入装置和有关气体色层分析仪的结构原理中。

另外苍蝇的楫翅（又叫平衡棒）是个“天然导航仪”，人们模仿它制成了“振动陀螺仪”。

这种仪器已经应用在火箭和高速飞机上，实现了自动驾驶。

二是机械工程的发展推进了生命科学的发展。

一方面，俗话说得好，“工欲善其事，必先利其器”。

一些医疗、研究等方面的器械的出现，大大地推动了生命科学的发展。

细胞学说的提出，是生命科学发展史上具有里程碑意义的事件，这离不开显微镜的作用。

17 世纪发明了光学显微镜, 推动了解剖学向微观层次发展, 出现了细胞学研究。

这时人们不但可以了解人体解剖的变化, 而且可以进一步观察细胞形态结构的变化, 随之诞生了组织学。

光学显微镜的出现使医学的
研究提高到细胞形态学水平，由于普通光学显微镜的分辨率只有数个微米, 只能观察细胞的形态变化, 而像病毒以及细胞的各种显微结构, 如核结构、DNA 等大分子结构, 光学显微镜就不能分辨了。

20 世纪60 年代又出现了电子显微镜, 使人们的视力达到能看到千分之一微米的微小个体, 可以观察研究细胞的超微结构。

由此可见, 光学显微镜、电子显微镜都是光学、精密械、电子学等研究的成果, 它们对推动医学的发展起了重要作用。

还有在影像学诊断方面, 20 世纪50 年代X 光透视和摄片是临床常用的诊断方法。

今天, 由于CT、核磁共振等现代化医学工程技术的出现和应用, 使影像学诊断水平出现了飞跃, 极大地提高了临床诊断水平，这些说明影像学诊断水平的不断提高与生物机械的发展密切相关……
另一方面，机械工程的发展也拓宽了生命科学研究的领域。

显微镜的发明，使人们生命科学研究进入微观分子世界。

潜水艇的出现，使人们能够进入深海中研究古老的生物，由此，发现了许多海洋生物的药用价值。

例如在加勒比海产的Tridinemnum属被囊动物中，发现含有强细胞毒作用的成分。

这种成分对L1210白血病、P388淋巴白血病和B16黑色素瘤有良好的抑制作用。

除萜类化合物之外，还有从另一种褐藻中分离出邻醌化合物Stypoldione。

它能与微管蛋白反应，从而抑制微管组合。

从海绵中分离出的两种有细胞毒作用的新颖聚醚类化合物，对P388和L1210细胞有明显的抑制作用。

从海参纲动物中分离出的皂甙，从软体动物中分离出的多肽或蛋白质化合物（“蛤素”，“鲍灵Ⅲ”等）具有很强的抗肿瘤、抗白血病作用等等，
这些都是人们只在陆地发现不了的，正是机械的发展，拓宽了生命科学的研究领域，使人类能够进入深海，探索新领域，为疾病患者带来了福音，也推动了生命科学的发展。

从以上两个方面可以清楚的说明机械工程与生命科学密不可分的关系，这也正好解释了近些年生物机械工程科学的蓬勃发展。

所谓生物机械工程是生物医学工程学的重要组成部分，它利用现代生物学、医学、工程学、信息科学与技术的理论和方法，研究、创造新材料、新技术、新仪器设备，用来治疗、康复、保健，保障人民健康，提高医疗水平，是推动现代医学进步的一门新兴交叉学科。

近些年来，生物机械工程以及相关领域的发展，正体现了生命科学与机械工程的完美结合，这使得无论在科研领域还是医学都有了重大突破，更给无数医患带来了福音。

利用心肺机和体外循环技术, 医生可在心脏停止跳动的情况下切开心脏, 进行瓣膜、房室间隔破损的修补和人工心脏瓣膜置换。

心外科所以能达到今天的水平, 主要是由于人工心肺机的问世和体外循环技术的应用, 这同样与生物机械工程有密切关系。

肾功能衰竭、尿毒症病人愈后不良, 如今有了人工肾血液透析, 能在很长时间里维持肾病终期病人的生命。

人工肾实际上是一个模拟肾功能的医疗仪器, 有了它, 临床挽救了不少肾病终期病人的生命, 使肾病治疗学有了很大的进步。

现代生物医学工程中人工器官的发展非常迅速。

到目前为止, 人体各种器官, 除了大脑不能用人工器官代替之外, 其余的各个器官都存在着用人工器官替代的可能; 人工肺、人工肝及人造子宫等的问世, 使科学家对人工器官
的研制更加充满信心……
有人说，21世纪是机械工程的时代，因为现代化，智能化的今天，智能机器，机器人将会变得越来越重要；有人说，21世纪是生命科学的时代，它已经显现出日益重要的地位，并且发展迅速。

但我认为，21世纪更是生物机械工程发展的时代，机械工程与生命科学的完美结合，更能保障人民健康，提高医疗水平，实现经济和社会效益最大化。