化學裏的仿生學
仿生學是近二十年來發展起來的一門屬於生物科學與技術科學之間的邊緣科學。它把各種生物係統的功能原理和作用機理作為模型,希望在技術的發展中,能夠模仿和運用這些原理和機理。其實,人們早就在實踐活動中這樣做了,眾所周知取得成功並獲得廣泛應用的例子很多。如製造木器家具的三合板,是仿造哺乳動物胃壁三層肌肉纖維方向不同的結構製成的,如海洋艦艇和水下作業所用的“聲納”裝置,是根據蝙蝠靠發生的超聲波反回的效果來飛行和捕食的原理製成的。最早,人們想飛起來,就用木棍和布做成鳥的翅膀那樣,綁在自己的手臂上扌扇動著。現在,為了讓遊泳運動員遊得更快,研究了海豚的遊動姿態,這還不夠,又在研究海豚的皮膚,仿製人穿的遊泳衣,如果能去研究魚鰓的吸氧功能,製造出一種供氧器,讓人在水中能夠直接利用溶解在水裏的氧氣,那水下作業人員可以更自由的更長時間的停留在水下,必將從根本上改變人的潛水條件,提高工作效率。
生物界各種豐富多采的功能,具有極其複雜和精巧的機構,其奇妙的程度,遠遠超過迄今為止的許多人造的機器。因此,在科學的進一步發展中,人們需要向生物界尋求啟發和進行模擬仿造是很自然的,化學這一門科學也不會例外。
化學怎樣去仿生呢?可以說,化學科學仿生要比其它各種科學能夠仿生的範圍更廣,課題更多,因此任務也更艱巨。現在已經形成了仿生化學,這一十分明確的化學科學的分支,它是用化學方法去模擬生物體的功能,我在前麵提到的人造魚鰓的設想,就應該是仿生化學的研究課題。
早在沒有仿生化學這一專門化學分支之前,化學家們就已經用人工的方法,造出了許多種往常隻能從生物體上才能得到的物質,這在化學界曾引起一場革命(見“化學豈能依靠生命”一文)。有許多日常生活用的如人造絲、人造橡膠、人造奶油等等,其合成和製造的過程,也都已經有了一定程度的仿生因素。
天然橡膠是一種很有用的好材料,航海家哥倫布第二次(1493－1496年)航海到拉丁美洲的海地時,曾親眼看到當地人用一種特有彈性的球踢著做遊戲,這球是由橡樹的漿凝聚後做成的。後來人們就把這種凝聚物叫做生橡膠,它溶解到一些有機溶劑中,可以塗在布上做成防雨布或雨鞋,但它遇熱變粘,遇冷則發脆,沒有多大用處,直到1824年,全世界生橡膠的總銷量,還不到100噸。
1832年,在一個名叫呂德斯杜夫的德國人家中,發生了一件意外的事情,竟然使橡膠的身價倍增。一天,他家一隻貓爬到爐台上,被燙得驚慌亂跳,碰倒了爐壁櫥裏的許多罐子,正好把一些硫磺粉和生橡膠一起落到了熱爐台上，在熱而又沒有燃燒的情況下,硫磺和生橡膠熔成一片,呂德斯杜夫把它括下放在一邊,過後發現它冷卻下來,竟然變得不粘、不脆而且很有彈性。這樣發現了生橡膠加硫可以改性,又經過不少人用了約十年的時間,才有了成熟的橡膠硫化的工藝,由此也就開辟了應用橡膠的廣闊市場。由於橡膠供應緊張,人們隨即開始研究用化學方法生產人造橡膠。