生物医用材料设计中道家思想的应用研究

黄啸

【摘 要】 本文介紹了生物医用材料的临床应用，阐释了道家的核心思想，认为生物医用材料设计中要体现出道家“天人合一”的思想和“道”的指导性作用。

【关键词】 生物医用材料；道家思想；天人合一

道法自然，与自然和谐相处是道家思想的重要主张。提倡天人合一的世界观和辩证唯物方法论，在现代生物医用材料设计中无不体现其精髓的思想核心。笔者认为，道家思想中的核心“道”在生物医用材料中起着指导性的作用。

一、生物医用材料的临床应用

生物医用材料作为近些年来新兴的尖端应用材料，主要功能是为了对人体进行诊断、治疗和修复，或直接替代已经损伤或坏死的人体组织和器官。生物医用材料能执行、增进或替换因疾病、损伤等因素失去的某种功能。

生物医用材料学是运用了生物学和工程学的原理，模仿自然生物的某些组成和功能，定向地组建成具有特定性状的可用于临床的功能材料的科学技术。目前，已用于临床的生物医用材料主要有人工皮肤、手术缝合线、人工骨等。[1]在设计此类生物医用材料时，需要考虑的首要问题就是生物相容性。所谓生物相容性是指生物医用材料植入宿主体内，引起适当的宿主反应和产生有效作用的能力。一般地说，就是材料植入人体后与人体相容程度，会不会对人体造成毒害作用，体现出道家思想中“道法自然”的内涵。例如，人工皮肤是利用胶原、透明质酸等生物相容性好的材料制备，或是直接使用猪皮等其他动物皮肤，但机械性能同人体皮肤差异较大；目前研究较多的人工骨替代材料为β-磷酸三钙，由于其化学组成与骨组织相似，机械强度适宜，生物相容性良好，并具有一定诱导骨细胞分化的能力，因此是目前最具吸引力的骨生物材料，但其细胞黏附能力仍和骨组织有一定差距。

因此，目前的生物医用材料在临床应用中都存在一定的问题，如何更好地接近人体本身的特性，值得生物医用材料工作者深入研究。

二、道家的核心思想

“道法自然”是道家重要的理论思想之一，“道生一、一生二、二生三、三生万物”。道的力量自然博大，世间万物都是由道幻化而生。道存在自然之中，以自身的规律源源不灭地运作，无生无灭。就在道的自然运转中，自然创造了世间上的物与生命，而主观以人为力量改变道的运转法则，必将违反其规律，带来生生灭灭的轮回。[2]这一核心思想阐明了生物医用材料的制备一定要按照自然的力量去设计，才能满足良好的生物相容性。

道家主张自然与人的生命是不能分开的，人理所应当归为自然的一部分。从人的角度审视自然，“道法自然”就成了“人法自然”。人和自然的关系并非为对立关系。人是存在于自然之中，那么人就和世间万物类同，成为自然秩序中的一部分。[3]生物医用材料的研制应该顺应“自然”的规律，在其秩序之下完成所行使的功能。如若反对“自然”的规律，随人为的意愿随意设计生物医用材料，必不能满足生物相容性的要求，反而会遭致“自然”的惩罚，造成强烈的宿主反应，对人体造成危害。

道家的思想基础中关于宇宙生命观的表述是“天人相应”。人与自然是相互呼应的。人应该顺应自然的走势而开展自身的行为活动，不应对自然进行肆意的改造。因此，只能遵照自然的规律去合理地改造，更加贴近人体自然的生物医用材料才能更好地被人体接受。

道家云：“人法地，地法天，天法道，道法自然”，此种思维方式将万物的基点定为本然，而不是以人的主观意识去决定自然的存在。在人类现实生活中，往往偏离自然本身的秩序，仅从人的自身利益出发，忽略自然的本源，对自然界进行利用、改造、役使甚至破坏。当这种进程发展到一定程度时，“物极必反”，自然就会开始合规律的反应，造成对人的危害。[4]在进行生物医用材料设计时，一定要合乎人体自身的“道”，不然，人体自身必会开始合乎自身规律的反应，动用自身的“道”，排除不符合自身的物质，造成伤害。

《庄子·天道》篇中提到“与人和者，谓之人乐；与天和者，谓之天乐”的思想，《天运》篇又提出所谓“至乐”的标准是人事要“顺之以天理，应之以自然，然后调理四时，太和万物”。这里所谓的“天和”，就是保持人与客观世界的自然和谐；所谓的“至乐”就是保持人与客观世界最高境界的“和”—太和。[5]生物医用材料的设计一定要与人体的环境保持一致，才能达到“和”。

三、生物医用材料设计中的“天人合一”

在天人关系上，道家理论提出“天人合一”的观点，表明人与自然、天地的大一统关系。设计生物医用材料也讲究与人体大一统，合一。组成人体的化学物质很多，如果将性质相近的物质归在一起，大致有糖类、脂类、蛋白质、水、无机盐等等。细化到元素及分子结构水平是常量元素有碳、氢、氧、氮、硫、磷、钙、镁、钠等，占体重的99.9%，还含有微量的铁、锌、铜、锰、铬、硒、钼、钴、氟等元素。有机生物大分子的基本结构，就是一些有机碳链结构，如羧基类、氨基类、羟基、羰基类、酯基类等等。在FDA批准的可降解高分子材料中有聚乳酸、聚乙醇酸、聚三亚甲基碳酸酯、聚己内酯等。

其中聚乳酸是由乳酸单体聚合而成，乳酸分子中有一个羟基和一个羧基，在一定条件下羧基和羟基缩聚成酯基，形成聚合物。基团结构与人体相似，具良好的生物相容性和可降解性。这些优良的特性造就了聚乳酸在医药领域应用中的优势，将其制备成为手术缝合线，能免除拆线痛苦；用作缓释药物的包装材料，可使药物随着本体的缓慢降解而达到缓慢释放的目的，平抑血药浓度，减少给药次数，提高药物利用度。乙醇酸是人体新陈代谢的正常产物，将乙醇酸进行聚合就形成聚乙醇酸这种生物医用材料。乙醇酸本来就是人体自身新陈代谢产生的物质，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，同时聚乙醇酸在体内会逐渐降解，最终分解成为对人体、动植物和自然环境无害的水和二氧化碳。聚乙醇酸的生物医学应用主要表现在医用缝合线、药物控释载体、骨折固定材料、组织工程支架、缝合补强材料。聚三亚甲基碳酸酯单体三亚甲基碳酸酯本体聚合而成，主要结构是和人体相似的碳酸酯键，所以具有良好的生物相容性、低毒性和生物降解性。聚己内酯与人体有机生物大分子结构相同，在体内与生物细胞相容性很好，细胞可在其基架上正常生长，并可降解成CO2和H2O。聚己内酯在生物医用材料领域已应用在可控释药物载体、细胞、组织培养基架、完全可降解塑料手术缝合线及医用造型材料等方面。

在生物力學层面上，生物医用材料也要符合人体的生物力学模式。人类社会已步入老龄化，膝骨关节炎发病率随之上升。临床上，只能用药物治疗缓解关节疼痛和炎性症状，并不能阻止病情的发展。唯一的治愈方法为人工全膝关节置换术。人工全膝关节置换术成功关键是恢复正常下肢力线，使得假体受力均匀，保证假体旋转位置良好，同周围软组织协调平衡。如果股骨假体旋转不良会造成屈曲间隙不平衡，术后胫骨假体扭转应力增加，导致假体磨损或松动、髌骨半脱位或脱位、膝前疼痛、髌骨骨折等并发症发生。[6]因此，人工假体的安装必须符合人体力工程学，否则必会发生并发症。再如，柄的设计应尽可能降低应力遮挡，增强界面的自锁能力，如此，可保持髋关节稳定性和延长置换后髋关节寿命的关键。这里的使用寿命指两个方面，不仅是材料的使用寿命，更是合理的设计对人体的响应。不合适的生物医用材料设计会造成机体的损伤，不仅不能替补因本身器官缺失带来的不便，更会对机体产生大的伤害。

各种生物医用材料的设计都是为了无限接近人体本身，遵循人体自身的自然，达到“天人合一”。

四、生物医用材料设计中“道”的指导性作用

“道生之，德蓄之，物形之，势成之，是以万物莫不尊道而贵道。道之尊，德之贵，夫莫之命而常自然。故道生之，德蓄之，长之，育之，亭之，毒之，养之，覆之。生而不有，为而不恃，长而不卑，是谓之德。”万物都是道之所生，德之所蓄。道指客观实在，是万物之根；德指得道而成之内在德性，即万物之性。“物形”、“势成”则是万物形成过程中的形体和发展轨迹。

目前，无论是天然生物医用材料，还是人工合成的生物医用材料，全是人类找到了与人体相应的“道”，而进行模仿的仅仅停留在“物形”的阶段。生物相容性这个对于生物医用材料永恒的难题，目前还未得到根本解决，“势成”之路曲折坎坷。再如，人类能够人工构造具有生物活性大分子，但不能用这些生物大分子来合成细胞；人类能够用细胞来培养成组织，但不能完全构造器官；人们能制造假体器官，但是不能用来组成有人性的机体。诸如此类问题，已不是西方实证科学能够解决的了。笔者认为，必须参透道家思想中的“德”，即万物得道而成之内在德性，万物之性，才能在生物医用材料领域有所突破，给人类的发展带来美好的希望。

【参考文献】

[1] 梁新杰，杨俊英.生物医用材料的研究现状与发展趋势[J].新材料产业，2016（2）2-5.

[2] 苗延荣，徐振立.浅淡道家思想对中国产品设计的影响[J].艺术与设计（理论），2011（9）132-134.

[3] 向达.道家的生态伦理思想[J].中共济南市委党校学报，2008（3）67-70.

[4] 王永智.道家哲学对现代人的意义[J].西北大学学报（哲学社会科学版），2011.41（4）18-23.

[5] 吴光.简论道家文化中的和谐思想资源及其现代意义[J].周口师范学院学报，2009.26（1）1-4.

[6] 王平，赵志江，付卫杰等.人工全膝关节置换术中股骨假体旋转的研究进展[J].中国修复重建外科杂志，2011（9）1140-1144.

【作者简介】

黄 啸（1986.8—），湖北武汉人，铜仁学院大健康学院教师.