我们知道，生物机体在生命过程中总是不断地进行着新陈代谢，与环境进行着物质、能量与信息的交换。生物机体通过其机体组织进行细致而严密的功能分工来协调完成其生命韵律。人体的生命过程包含着大脑、心脏、眼、耳、鼻、舌及其他内脏器官和肢体等的活动。生物机体的生命活动是一个极其复杂、高度协调的过程，如果某个（或某些）机体组织出了问题，情况会怎样呢？我们知道，断腿或双目失明的病人，生活和行动不便；肾功能衰竭或有严重心脏病的患者，生命常直接受到威胁。一个或几个机体组织可影响整个生物机体的生命活动。我们可不可以像把断了弦的古琴换上新弦，能重新奏出优美和谐的琴声那样，将出了问题的生物机体组织更换，再使生物机体重新奏出生命活动的谐音呢？如果能行，机体组织的替换体又将从何而来？
使用其他生物个体相应的健全机体组织作为替换体进行组织或器官移植，成为人们最自然的想法。20世纪90年代以来，修复人体组织和移植人体器官成为科学家们首要致力的方向之一。如今，肾脏、肝脏、心脏甚至大脑等的移植手术，科学家们都在开展研究并已部分应用于临床，近年来已取得不小的进展。但是生物不同个体之间的排异问题如何很好地解决？移植器官从何而来？某些器官如心脏、大脑移植后生物个体常同时拥有器官接受者和捐献者的行为个性，特别是大脑移植，那么器官移植后的生物个体究竟该是谁？一系列生理、社会、道德伦理和法律问题开始困扰着我们。我们如何才能避开器官移植可能出现的问题呢？较好的办法是使用人造材料替代机体组织、器官。但是人造材料能代替生物机体组织、器官吗？
事实上，人们很早就开始了这方面的尝试，在公元前2500年的中国墓葬中就发现了人造假手、假鼻和假耳。1851年有人将经过硫化的橡胶木制作人工牙托和颚骨。1936年人们发明用有机玻璃制作假牙、人工股骨头、头盖骨和人工关节。目前采用金属、陶瓷、无机材料、有机高分子材料等代替人体组织、器官成为科学家们的一个重要研究领域，特别是有机高分子材料，因其与生物体有极其相似的化学结构，将是取代机体组织的最主要材料。
作为机体组织用材料，必须有什么样的特性和功能呢？生物体是个十分复杂的体系，具有十分复杂的生理环境。不同的机体组织、器官在生物体中所处的位置不同，发挥的功能也不一样，同时存在的生理环境有时也迥然不同，因此对材料的相应要求不能一概而论。首先，代用材料必须具备机体组织的相应生理功能，如：肾脏的主要生理功能是过滤和排泄新陈代谢产物，将过剩的电解质、水排入尿中，以维持体液的酸、碱、渗透压平衡，因此作为人工肾的材料必须具有高度的选择透过功能。心脏和血管是泵送血液器官和血流通道，要承受反复的机械和压力作用，因此人工心脏和血管材料要具有优良的机械性能和耐疲劳特性。患食管癌的病人需将食管切除，用纤维素类高吸水性树脂与涤纶树脂混纺编织的人工食管代替，在使用过程中高吸水的纤维素在食管表面形成水膜，保证了病人的吞食方便等。机体组织用材料具有机体组织相应的生物功能是不是就够了呢？当异物材料与生物机体组织、体液和血液等接触时，生物体内往往会出现血栓、组织炎症、毒性反应、变态反应以及致癌等各种排异反应，所以机体组织代用材料还必须同时具有血液和组织相容性（统称生物相容性），即与生物体能真正相互接受、融合共存。
人造材料如何才能具有血液和组织相容性呢？科学家们发现，异体材料与血液接触时会产生凝血反应，这是因为异体材料将血小板吸附其上而使血小板发生变形，最终放出凝血因子的缘故。那么改变材料的表面特性，使其与生物机体材料相近，应该可以达到抗凝血的目的。人们从生物膜结构获得启示，生物膜由脂质和蛋白质组成，整个膜体是膜表面脂质亲水区和膜内部蛋白质疏水区镶嵌的微观非均相结构。生物膜的血液相容性是最理想的，由此推想，具有亲水疏水微相分离结构的高分子材料最有可能具有血液相容性。据此，现已开发了多种具有微相分离结构的嵌段共聚物材料，如嵌段聚氨酯材料目前已作为人工心脏和人工血管材料应用于临床，嵌段共聚物作为治疗心肌梗塞旁通用人工血管，在动物试验中已取得良好的效果。
人造材料与生物体组织接触时还会发生各种各样的相互作用，如生物体组织会发生炎症、毒性反应、变态反应、致癌等排异反应以及促进组织形成、免疫系统活化等医疗有效反应。近年来，将生理活性物质或具有高度生物功能的细胞与高分子材料复合在一起形成的“杂化”材料，用来制备生物体组织、器官，成为一个极为热门的领域，其中应用较成功的是培养皮肤代用材料。它以骨胶原为基本材料，培养患者的纤维素细胞，使其形成人工真皮，再在人工真皮上培养患者的表皮细胞，表皮细胞和生物体的表皮层的分裂能力相近，形成大致相当于皮肤的组织。
具有生物功能和生物相容性的人造材料不一定就能用作机体组织，因为它还需满足其他要求。比如对于长期植入的材料，应具有优良的生物和化学稳定性，使之在复杂的生物化学环境中不致于使用寿命太短；同时能经受使用前的消毒处理和能有效地加工成所要求的形状和结构等。
在科学工作者坚持不懈的努力下，目前人造材料代用机体组织、器官取得了可喜的进展和应用。比较成功的有人工血管、人工食管、人工尿道、人工心脏瓣膜、人工关节、人工骨、人工皮肤、整形修复材料等；已取得较好的成果，但还需要改进的有人工肾、人工心脏、人工肺、人工胰脏、人工眼球、人造血液等；另一些功能较为复杂的器官如人工肝脏、人工胃、人工子宫等也正在大力研究开发之中。现在除大脑外，几乎所有的人工器官、组织人们都在进行研究，有的已商品化和临床应用。据悉，现在每年有上百万病人在用人工器官，全球有6万人靠人工肾维持生命，美国和德国每百万心脏病患者中就有500多人要植入心脏起搏器。在美国，每年有3.5万人要装人工心脏瓣膜，有18万人植入人工血管，12万人安装人工髋关节，10万人注射有机硅隆胸美容。
人造材料替代生物机体组织、器官正悄悄向我们走来。随着科学技术的发展，也许在不远的将来，完全用人造材料整合而成的仿真人也将来到人世间，和我们友好相处、共同生活呢！
