生物材料在工程应用上的突飞猛进，引起了部分研究者和企业家从事生物模拟产业化。

如果自然界能提供超自然材料，那么材料科学家。J · 卡皮罗（Joseph Cappello）和两家美国公司将交出许多收益颇丰的专利权。生物学应用于产品具有明显的目的，在彼得盘或其它表面上使用胶粘剂粘结活性细胞。J · 卡皮罗确信这种胶粘剂能给实验室技术员的工作带来许多方便，因为这种胶粘剂能将血浆蛋白质凝固成一个个活性细胞，紧密成蜘蛛状的丝状结构。然而，对自然界的研究不只卡皮罗一人，还有一个由精通生物学的材料科学家组成的协会引伸了卡皮罗的有关活性材料的概念。研究院（所）和社会团体的研究者对软体动物昆虫，甚至啮齿动物的研究都开始相信自己的设想是正确的。

一些仿生学家以考古学者的身份去探寻古代生物化学的秘密，其秘密是海生的贝壳能制造某种粘性很大的胶粘剂。另一些研究者则试图用化学模拟鲍鱼的硬壳，并改变它的韧性使之更加具有鉴赏性。为此，甚至有些研究者挖空心思地查阅有关用甲虫皮骨制造轻质材料的资料。那纳尔研究机构的分子生物学家，M · T · 玛龙（Michael T · Marron）在80年代中期就从事生物模拟材料的研究，他确信：“自然界拥有不少的惊奇溶剂和优美的结构，并远远超出我们现在所知道的。”

不是每一个材料科学家都对生物学抱有希望，但是玛龙等人已经献出他们的学识以证实怀疑者的错误，他们希望推动材料的研究开发工作，也就是说创造更多的高性能盔甲、超级耐用的纺织品或用于航空器的轻型结构材料。当然这些都是模拟分子结构和显微组织，除此以外，还需探索这些生物材料的生产工艺。

正如模拟研究者所看到的，许多生物材料的研究和开发已经按照大自然的选择过程进行，（天然形成的材料必须经过千百万年）这是方案设计家F · L · 黑德伯格（Fmednick L · Hedberg）在航空科学研究局（以下简称AFOSR）阐明的。航空科学研究局监督一个中等的生物项目的开发，少数几个项目就要花费500万美元。其中有基于生物模型的涂料分解酶，海洋用胶粘剂，航空器材料的开发。在本世纪，仅生物材料课题所选择的压力试验就超过百万次。这些试验使今天具备一份有关材料的耐用性、坚固性、耐断裂性、吸收能量、润滑性、自动检修、自动装备等等的详尽资料、另外，还有一些由于不成功的方法而产生的次品。在这些详尽生物材料的资料中，研究人员已经发现一篇论文，论述有关材料每个步骤的合成和结构（从原子和分子的成分通过中间结构，如纤维和结晶），甚至对腱、骨头和皮肤等等都有细致地反映和精确的论述。那些多步骤的控制是材料科学家所渴求的技术。

骨胶原——蛋白基材料，在结缔组织腱、牙齿和骨头中发现，骨胶原的纤维构成非常像由一束绞合金属丝（每股一个蛋白质分子）所组成的电缆。应该感谢那种结构，将它们从单股（一束）金属丝中完整地分离出来，仍然是牢固的、柔韧的和结实的。材料科学家应通过微观等级的模拟来制造性能更好的产品。但无论如何这不是鼓吹依样画葫芦的模仿。生物模拟通常必须包括仿效自然的设计原理，除非是性质十分不同的材料，例如达通（Dayton）大学研究所的S · 龚德逊（Stephen Gundeson）已经尝试模拟多层结构，这种具有贝塞甲虫表皮坚韧的生物合成结构是他的同事发现的。但赴实验的结果往往是生物材料原型所具有的坚固性、抗断裂性，与轻型航空器材料合成的结构有着明显的不同，后者是由非生物材料组成的，为环氧树脂、碳化纤维。无独有偶，亚利桑那（Arizon）大学的P · 卡尔温特（Paul Calvent）和他的同事正在用的合成陶瓷和聚合物，酷似模拟的无机物和蛋白质的结构，而天然的这些物质只在老鼠的牙齿中才能找到。

龚德逊和卡尔温特及其他一些生物模拟者发现：把天然的显微结构变成实验室制制成的材料，是一项艰苦的工作。标准实验室工艺对材料制造是不适合的，它使研究人员难以控制制造大分子材料，如像骨胶原和附着角质层。化学工作者制造方解石——白壁和防酸剂的原料，是从大量溶液沉淀中得到的，这种离子的强迫结晶，通常变成简单的立方体。而海洋里的海胆是深受生物化学家所喜爱的物质，它的方解石的结晶是在单个细胞中发生的，是用极其错综复杂的组织控制，产生结晶过程。首先要知道，那些排列整齐的海胆脊柱，每节脊柱就是一个单个方解石结晶体。

S · 曼（Stephen Mann）说：“这就激励生物模拟工作者不仅要研究自然界已经形成的东西，而且更要知道是如何歩成的。在贝斯（Bath）大学任职的一个化学家研究了类似细胞膜有机结构，是如何成为精确样本用于矿石的形成。华盛顿大学的一些起科学家研究怎样把结晶体引导形成极为微小的囊和片，使相同分子组成活细胞膜适用于作为“微刻度反应容器”。这些科学家最终希望，把收集到的结晶所形成的样本用于控制?瓷结晶的颗粒和形状，并使它们成为有机体工艺的重要形式。曼认为，“通过电器装置 · 有些事是能够做到的，使简单成分合成复杂有机化合物结构，甚至合成粉末结晶或非常规形状和单体结晶。”曼还说，一个重要的附带优点是，这些极为微小的结晶因素是在常温常压下就能实现。与不良条件和人为因素造成的有毒污水相对照，活生物是在水箱环境和常温下，简便的条件下制造出它们自己的高性能材料的。卡尔温特指出，作为一个结论，生物模拟材料的研制引发出普通环境下的合理制造方法。阿拉巴马（Alabama）大学的材料科学家D. 尤利（Dan Urry）同蛋白基聚合物打了10年交道。2年前他在伯明翰生物弹性中心发现，活的生物在微反应容器中进行部分分解反应，对现代化工业生产需要来说，速度太慢了。就像“蛤形成它的贝壳需要非常长的时期”一样。他还指出'当发现动物形成骨头，牙齿、贝壳和脊柱的规律以后，生物模拟陶瓷研究家需要研究加速这些物质矿化过程的方法。”卡尔温特建议一个简单的补救法：从海洋动物中提取它们的结构单元放入一种浓度大于海水的培养液中来产生它们的陶瓷。麻省理工学院的合成化学家D · 梯内尔（Daved Tirrell）指出：为了适应工业产品的不断增加的需求。研究人员试图利用生物合成的制造方法将会面临不少障碍。一方面，生物体活动时会通过机械力产生自然聚合物。另一方面，生物技术研究者已经使用工程细菌来生产蛋白质。目前梯内尔和其他一些科学家正在利用细菌制造专门用于生物模拟聚合物的人造材料。它是用基因组装，具有新颖材料的化学单元，通过大量细菌作用，来制造微小聚合物的元素。

尤利和他的同事们正在开发一系列部分分子结构模拟的择性蛋白质仿皮膜材料。这些物质是在血管、肺和别的反复张弛的器官中发现的。海军对试验可再吸收的外科移植材料感到兴趣；以往这种材料从一种坚韧组织之间的附属层中提取。

当然，玛龙和有理智的科学家是有偏见的，但是他们还是看到了他们工作中的潜在效益要比那些靠不住的补偿要多。他们热情地争论、探讨。利丁（Reading）大学的生物材料专家J · 温森特（Julian Vincent）提出这样一种方式：“如果有些自然工艺可利用，应该发展自动计算、自动调整和自动检修的结构。”温森特和他的生物模拟研究的同事将努力实现这一崇高的工艺以证实这个理想，如果他们付诸实施，他们从事的不仅是模拟结构，而且是创造非常具有推动力的生活材料。

[BioScience，1991年5月]