仿生革命：這本書，預見大健康功能材料的下一個十年

仿生功能材料正在重塑我們對 “健康科技” 的認知。

Bionic functional materials are reshaping our vision of "health technology".

仿生功能材料，以自然為師，模仿生物體的結構、功能與機制，為大健康領域帶來全新的解決方案。從組織工程、智能醫(yī)療器械，到可穿戴健康監(jiān)測、精準給藥系統(tǒng)，它正在重塑我們對 “健康科技” 的想象。

When bionic science meets life and health, a technological transformation is quietly taking place.

“BIONIC AND HEALTH"

《仿生功能材料——大健康領域的應用》

ISBN：9787030843838

本書既有扎實的理論基礎，也有豐富的應用案例與前沿進展，既是高校師生、科研工作者的專業(yè)參考，也是醫(yī)療器械、健康產(chǎn)業(yè)、智能材料應用等領域從業(yè)者的實用指南。

讀懂仿生功能材料，就是讀懂大健康產(chǎn)業(yè)的未來趨勢。一本在手，把握材料科學與生命健康交叉領域的創(chuàng)新機遇。

01

仿生系統(tǒng)

在自然界漫長的進化過程中，生物系統(tǒng)形成了一系列極其精妙的結構、高效的功能與智慧的調(diào)控機制，例如從荷葉表面的超疏水自清潔特性，到蜘蛛絲的高強度與高韌性，再到人體骨骼的輕量化承重結構，生物界的“設計智慧”為人類解決復雜工程問題提供了源源不斷的靈感，仿生功能材料正是在這樣的背景下應運而生。

仿生功能材料是指通過模仿生物系統(tǒng)的結構、功能、生理機制或演化規(guī)律，利用材料科學、生物學、化學、工程學等多學科技術手段設計與制備的，具有特定功能的材料體系。其核心特征在于“仿生設計”與“功能導向”的結合：一方面，它以生物系統(tǒng)為原型，從生物的微觀結構、宏觀形態(tài)、生理功能或調(diào)控機制中提取設計靈感；另一方面，它以實現(xiàn)特定應用功能為目標，通過材料成分、結構或性能的優(yōu)化，賦予材料類似生物的自適應、自修復、智能響應等特性。

仿生大健康功能材料是仿生功能材料的一個分支，主要是指通過模擬生物體的結構、功能或過程設計的人工材料，在醫(yī)療健康、組織工程、智能監(jiān)測、疾病治療及日常保健等領域展現(xiàn)出廣泛應用潛力。例如，通過仿貝殼結構的復合材料可用于高強度醫(yī)療植入物，仿細胞膜結構實現(xiàn)靶向藥物遞送，仿生電子皮膚能實時反饋觸覺和溫度變化等。

02

大健康領域仿生功能材料

這類材料是與人類健康保障密切相關的核心材料，廣泛覆蓋醫(yī)療診斷、治療、康復及健康管理全鏈條。在診斷上，仿生傳感功能材料借生物受體結構精準識別疾病標志物，提升了早期篩查效率；在治療中，仿生組織工程支架（如骨修復支架）以多孔結構和生物降解性助力細胞再生；仿生載藥系統(tǒng)通過靶向載體減少了化療副作用；康復用彈性驅動材料和矯形材料可輔助功能恢復，健康監(jiān)測穿戴材料則可優(yōu)化佩戴體驗與精度。

01

仿生替代及調(diào)節(jié)功能材料

替代及調(diào)節(jié)功能材料作為仿生功能材料在大健康領域的重要分支，旨在模擬人體自身組織與器官的功能，用于替代受損部分或調(diào)節(jié)生理過程，從而維持身體的正常運轉。

我國科研工作者以藕纖維為原料，借助高精度3D 打印技術，依據(jù)患者骨損傷狀況定制骨支架。藕纖維的多孔結構與人體骨組織微環(huán)境契合度高達90%，能為骨細胞提供良好的生長“腳手架”，其內(nèi)部連通孔道可促進營養(yǎng)物質(zhì)運輸。電影《哪吒》中太乙真人以蓮藕為骨重塑肉身的奇幻情節(jié)，如今已照入現(xiàn)實！

02

仿生傳感與監(jiān)測功能材料

傳感與監(jiān)測功能材料如同人體的“感知觸角”，能夠精準捕捉生理信號的細微變化，為疾病診斷與健康管理提供關鍵依據(jù)。例如，利用直接電子轉移途徑開發(fā)的自供電葡萄糖傳感器，以低檢測限檢測血液和真實人體汗液樣本中的葡萄糖，實現(xiàn)了實時、靈敏和特異性的人體健康監(jiān)測。

03

仿生康復功能材料

仿生康復功能材料旨在輔助患者進行康復訓練，幫助其恢復身體機能，提升生活自理能力。仿生假膝通過折紙技術和仿生承重原理的融合，實現(xiàn)了其輕量化、緊湊、低成本和簡單的制造。柔軟的膝蓋可以承受人類的體重，進行仿生多中心屈曲，吸收行走過程中的沖擊力，并積極支持截肢者行走穿過坡道、樓梯和障礙物。

04

仿生載藥功能材料

載藥功能材料如同“智能快遞員”，能夠將藥物精準遞送至病變部位，并實現(xiàn)可控釋放，提高藥物療效，降低副作用。智能響應載藥系統(tǒng)模仿生物體內(nèi)對環(huán)境信號的響應機制，實現(xiàn)藥物的可控釋放，是仿生功能材料在藥物控釋領域的重要應用。

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作者簡介

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主編 田麗梅 教授

吉林大學工程仿生技術教育部重點實驗室、生物與農(nóng)業(yè)工程學院教授，博士生導師，國家級領軍人才。現(xiàn)任國際仿生工程學會企業(yè)委員會秘書長，領銜 “仿生多功能表面構建原理及應用創(chuàng)新團隊”。主要從事仿生功能表面制備、減阻、防污及仿生儲熱技術研究工作，主持國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學基金等多項國家級項目。近年在國內(nèi)外重要期刊發(fā)表學術論文70余篇，獲授權國內(nèi)外發(fā)明專利30余項，多項專利成果實現(xiàn)轉化應用。

本書由吉林大學田麗梅教授團隊負責撰寫，緊扣新工科人才培養(yǎng)目標與行業(yè)發(fā)展需求，以“基礎理論–材料分類–技術應用–發(fā)展趨勢”為邏輯主線，系統(tǒng)構建仿生功能材料的知識框架。特別感謝任露泉院士在學科方向與內(nèi)容架構上的寶貴指導——其提出的“生物原型精準解析–材料工程化落地–大健康場景適配”理念，為本書內(nèi)容的實用性與系統(tǒng)性奠定了核心基礎。

本文摘自《仿生功能材料——大健康領域的應用》（田麗梅 主編）一書，有刪減，標題為作者所加。本書編輯李悅，如有問題請聯(lián)系：liyue@mail.sciencep.com，010-64000637。

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基礎生物

2

前沿技術

3

融合創(chuàng)新

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