力学与生物学的交叉与融合

　　

中国科协青年科学家论坛第103次活动于4月21到22日在中科院力学所召开，本次论坛主题为“力学与生物学的交叉与融合”，主要议题是生物力学如何适应21世纪科技发展特点和我国可持续发展战略需求、力学与生物学如何在发现和发明两个层次进一步交叉与融合等。

会后，记者采访了该论坛两主席之一、全国生物力学专业委员会主任、北京航空航天大学生物工程系主任樊瑜波教授和重庆大学生物工程学院院长杨力教授，请他们谈了有关该学科的前沿问题以及学生培养问题。

 

生物力学：应用广泛

樊瑜波首先对这门新学科作了说明。他说，生物力学实际上就是力学学科与生物医学类学科交叉融合的这样一个交叉性的学科领域，作为一门完整的现代的学科，通常认为诞生于上世纪中叶。华人学者对此贡献非常大，首推中科院的首批外籍院士、美国的三院院士冯元桢，还有钱煦、胡流源教授等。

力学现象遍及所有的工程领域，对生命和医学领域也是。对个体来说，无论是人的坐卧行止还是运动跑跳，人的器官、组织、细胞乃至分子层面都有很多力学问题，力学现象在生命现象中也是无处不在。这样生命现象中的力学问题就很值得研究，不仅如此，组织、细胞对力的生物响应（力生物学）又为生物力学赋予新的研究内容。生物力学是生物医学工程产业的基础学科之一，在诸如人工关节、人工心脏瓣膜、心室辅助、骨固定、康复工程、口腔正畸、修复，乃至运动员的训练、运动器具的优化也有很多生物力学问题需解决。此外，航空航天医学工程等许多领域的发展都离不开生物力学的贡献。

杨力说，运用到植物学上就是生物力学的一个分支：植物力学，如一些药用植物，用超声波的方法把植物的种子和幼苗刺激一下，会发现植物的药用成分增加了。运用到临床医学工程，我们现在做的组织修复、韧带修复，就要知道韧带受力后细胞有什么变化，受伤后又有什么炎症要出现。如果再恢复的过程中，我们如何调控这个力使他恢复得更快。通过生物力学的研究方法，我们已经初步找到了一些方法，如“鸡尾酒式”的疗法。这是他们研究所和美国合作的研究，现在继续开展。重庆大学是全国最早设生物力学博士点的的单位之一，它们最近拿到了国家的“111计划”，就是“高等学校创新引智计划”，重庆大学成为生物力学与组织修复工程基地。国家给了5年的建设期。每年给180万元，就是每年把国外一流大学的学者引入到中国来，共同把学科建设搞上去。达到国际一流水平。现在已经签订合同的有10位，其中两位已经来了，是从美国加州大学圣地亚哥分校来的。

樊瑜波举了最典型的生物力学与临床医学结合的例子。现在很多人都在“正牙”，学名叫“正畸”，医生实际是“开力”，而不是开药。就是牙齿排列不整齐，包括颌骨发育不良。常用的校正方法就是通过校治器施加适宜的力，其医疗的本质之一就是加力校正。

在航空领域生物力学这个问题也比较突出。在航天中有一个现象是在太空飞行中，由于失去重力，航天员如果在空间停留一定时间，就会发生一种现象叫做“骨丢失”，就是骨质疏松，甚至达到10%的程度。这是困扰在太空中或空间站生活的面临的一个难题。为何产生这种现象？这是现在还没完全弄明白的问题。如何对抗呢？也是一个没有完全解决的。想出了很多办法，如在太空锻炼，但锻炼的效果还是不理想；吃药，管用的药物还没有。北京航空航天大学生物工程系目前正致力于该领域的研究，目前承担了上述领域的民用航天、国家自然科学基金项目。

 

学生培养：任重道远

杨力说他们的生物工程学院在招生上是倒着来的：1979年开始招博士，1986年开始招硕士研究生，到1989年才开始招本科生。当时美国三院院士冯元桢1979年到中国访问，因自己的老师在重庆大学，他的来访促进了这个学科的建设，当时为迎接他的来访建立了一个实验室，如今这个学院已经成为一个研究性的学院。现有研究生500人，本科生近500人。杨力主要谈了研究生的培养。他说，力学和生物学是交叉学科，要求学生的知识面要更广，基本要求比一般学生要多。学工程出身的学生，要多上医学和生物学的工程课，对研究生的创新能力有更高的要求，要求他们思路更加灵活。

樊瑜波说，我们国家医学、生命科学的教育长期以来忽略了数理力学的教育，特别是力学。医科院校的专业化学、生物学都学全了，但忽略了力学。而实际上生命领域有那么多的力学现象。这就导致了医科生缺乏力学的基本概念，成为现代医生所应具备的素质的很大缺陷。比如外科医生不懂材料力学的知识，那么一个固定骨的螺钉、一些固定用的器具植入体大量的力学的指标和概念都不懂，难以正确理解一些力学概念背后的含义，一定会影响医术的发挥。血液动力学也是这样，如做搭桥手术等，需要懂得大量流体力学的概念等。都是与医学科学息息相关的，如果没有这些知识会对以后的学术、职业生涯有很大影响，这是现在教育的不足之处。另外，现在的力学教育，又忽略了力学在生命科学领域一些基础知识的了解。比较重视在制造领域、土木领域、航空航天领域知识的补充，很少补充解剖学、生理学、基础医学、生物医学工程的基本概念，不大能够在医疗器械行业、生物工程行业发挥他的作用，也是一种原因。中国很多产业都欣欣向荣，而中国的生物医学工程产业（医疗器械产业等）方面的发展相对薄弱，而这些领域的利润非常大，不亚于IT产业，这是一个很大的问题。为了中国的生物医学工程产业的发展，在人才培养方面，还有很多工作需要做。

为培养和造就一大批进入世界科技前沿的跨世纪的学术和技术带头人，中国科协于1995年4月设立“青年科学家论坛”。这是一项长期的、高水平的学术交流活动。研讨基础学科、应用学科、新兴学科、边缘交叉学科的前沿问题；交流新的学术思想和观点。主要应来自科研、教学、生产第一线从事科研工作并已取得突出成绩的青年科技工作者。