生物医用材料这个名词，虽然出现至今还不到40 年，但它已着着实实地改写当今医学的面貌。其中最受欢迎的生医材料，莫过于能让原本松弛的皮肤，回到年轻时那般紧致而弹性的胶原蛋白；当人们为它趋之若鹜的同时，科学家也不断思考，要如何才能发展出更多如此回春再生般的材料。
这概念即是科学家不断努力想达到的医学里程碑－再生医疗；对于不断老化的世界来说，这犹如密布乌云中绽露的曙光一样，那么的让人感到希望。这股未来新希望的火炬，更也将从生医材料开始燃起并绽亮。
横跨4000年的远古技术
别怀疑，这技术指的就是生医材料。早期的狩猎、乃至于现在依然存在的征伐杀戮，都导致了无法避免的身体损伤，这也让生医材料成为人类史上不可或缺的必需。
早在西元前1800至1500年间，那时古印度的吠陀时代，就已经有木制的假肢与假牙出现。紧接着，西元前1000 年的古埃及，也发展出用以取代原本坏死患部的木制手指假肢。
由此可见，木质材料在远古时期可说相当受到青睐。虽然当时冶金技术早已出现，利用金属作成假肢也不无可能；但就单位重量来说，木质材料还是更容易方便行动。
时序再往前推，在西元开始记年的前后，罗马、中国与阿兹特克开始发展出黄金制的假牙，这也开启了生医材料的金属时代，让无法耐久使用的木质材料得以就此挥别。不过这只是个开始，当时木制的假牙仍还没有被取代；毕竟受限于黄金的稀少性，平民们仍得戴着我们现今无法想像的木制假牙。
虽然随着日后工艺与冶金技术的演进，石膏与金属等材料已日渐普及应用在身体修补上；但材料的应用仍局限在身体表面，身体内部的修补仍还未成为可能。这等待被实现的理想，背后还需要一项技术才能成真，那就是迟到将近3800年的麻醉技术。
是麻醉，也是医学时代的来临
生医材料虽然历史悠久，但它真正发光发热的年代，却是20 世纪的时候才开始。
等等，这是怎么回事！？生医材料如此傲人的历史，久到埃及、印度与阿兹特克文明都随时间而逝了，它却都还存在。不过既然这么久，怎么感觉一点进展都没有。如此附加之罪的问题，倒也只能由麻醉技术来解答。
在麻醉技术被发明之前，所有侵入性的手术几乎都无法进行。每每遇到危急生命的情况时，只能先利用酒精将病人给灌醉，或者使用曾在哈利波特里出现的曼德拉草来减轻疼痛，甚至透过电鱼所产生的400 伏特电压来让病人昏迷后，才进行手术。
这些方法怎么看，都是些不怎么吸引人的选项，更让生医材料蹉跎掉不少时光。
这个迟迟无法突破的医学限制，终于在14 世纪所兴起的「文艺复兴」与「启蒙运动」的帮助下出现了转机。这两个文明运动带来的不只是文化、艺术等人文素养的底蕴，更也助长了科学的发展。英国化学家 — 普利斯特（Joseph Priestley）就是在1772 年发现吸入后让人笑呵呵的气体—一氧化二氮（Nitrous Oxide，N2O），故此症状其又名为：笑气。
当时，这个让人做出不自觉动作与让人一直傻笑的笑气，不外乎成为派对上最佳的娱乐良伴。英国化学家—戴维（Humphry Davy）甚至也在尝试吸入笑气后，意外发现它居然拥有能让人失去知觉的功效。
即使已知道这么多，还是没有人想到笑气可以被应用在麻醉上。大家都沉浸在笑气的娱乐效果时，美国牙科医师—魏尔斯（Horace Wells）也好奇地跟朋友一起尝试这有着神奇效果的笑气。是的，笑气所带来的娱乐风气，已经从英国传到美国。不过这时候，也已经是1844 年了。
魏尔斯发现朋友在吸入笑气后，虽然因为无法控制的动作而挫伤，但却没有感到任何痛觉。于是乎魏尔斯就想到，也许笑气可以应用在拔牙上，实验结果更也证实了他的猜想。最后，终于在1845 年，属于麻醉的时代正式展开；医学在迈入外科领域之际，生医材料也正逐渐实现出更多可能。
体表下的关卡，生物相容性问题
不过，当生医材料从体表走到体内应用时，却也将不可避免地遇到人体对外来物质的排斥、抵抗，即所谓的免疫反应。
免疫反应所构成的三道防线，能有效并即时侦测所有外来的微生物与物质，进而引发体内的防御机制，这对于生医材料的应用上可说相当不利。就如，嵌入在组织并被体液所包覆的生医材料，如此巨大的外来物质不外乎成为免疫反应首要的对抗目标；随之组织胺、前列腺素等血管活化素的释放，更引发红、肿、热、痛等发炎反应的产生。
如此严密防卫的免疫系统，几乎让当时金属类的生医材料难以突破；这情况要一直等到二次大战爆发时，才露出曙光。虽然很矛盾，但二次大战不可否认地推展了科学的发展，不管是雷达、还是各种机械装置，都让技术得以大幅迈进；其中对医学最重要的部分，莫过于压克力的发明。
压克力是由许多分子集结而成的聚合物，隶属于高分子材料的一种。1920 年代，能实现大规模制造的聚合反应已被发展出来，高分子材料相关的科学知识也开始大量累积；并也在1939 年二次大战发生时，让高分子材料很快地从科学研究迈入工业大规模生产的阶段。
质量轻、透光度高达92% 的压克力，这些让不外乎让它成为当时战机座舱最受欢迎的高分子材料。而战机格斗中，免不了座舱被击中而产生的压克力碎片，也就这么意外插进飞行员的眼睛；但却也因此意外发现，该飞行员并没有产生任何免疫反应。
医学界朝思暮想的目标，就在如此意料之外的状况下被发现。体表下的关卡，终于也在最后顺利找到过关的钥匙；属于生医材料的时代，也即将就此展开。
集结各家优点的复合材料
拥有良好生物相容性的压克力，也让科学家开始注意到，这种成型容易且加工方便的高分子材料。经过包含二次大战在内的20 年发展下，高分子材料逐步从规模生产走向定制化、功能化的阶段。
就以制造层面来说，高分子材料能依造人体各组织，做出相对应且细致化的结构，这是过往金属材料无法比拟的。此外，高分子材料稳定的化学性质与具有一定韧度的特性，也相当适合发展成有一定张力与弹性要求的血管、心脏瓣膜、水晶体或韧带等仿生产品。
看起来金属材料的地位，似乎相当岌岌可危。但实际上，金属材料所拥有的机械强度，却也是高分子材料所无法比拟的。于是此刻，对于材料的概念已有更细微的划分。科学家发现，根据各组织的生理特性选择相似性质的材料来应用，就能发展出更符合需求的产品。这即是根据不同生理环境，所发展出来的「适应性应用」。
到这里，可以感觉到整体生医材料的发展，似乎还不错。但事情可没那么简单，生理系统可是很复杂的。当中面临到的挑战，就以人工髋关节最能感同身受。位于腰部左右位置的髋关节，是连接骨盆与大腿股之间重要的转轴；想当然尔，这也是最容易受到损伤的地方，跟膝盖一样承受着相当程度的活动负担。
美国外科医师— Smith Petersen 就率先挑战人工髋关节这个难题，他于1925 年利用玻璃，做为大腿股前缘与盆股髋臼之间衔接的材料；但玻璃易脆的特性，马上就让Petersen遭受到挫折。锲而不舍的Petersen 又接连尝试塑胶与不锈钢，但这些硬质材料所导致的磨擦问题，却让患者感受到相当大的痛楚。
虽然Petersen 接连的挫败，但却也给了后进者一个重要的参考，那就是材料与骨头之间的磨擦问题。两个硬度都在一定程度以上的材料，势必会在运动的过程中互相磨擦，但如果再加上如软骨一样有弹性的软质材料，是否情况就能改善了呢！？
这个结合各材料优点的想法，接着就被英国医师— John Charnley 所想到；他采用将压克力置入在髋臼的方法，避免让大腿骨前缘的钴铬钼合金材料与盆骨做直接的接触与磨耗；在实际应用下，亦证明这方法是有效避免产生痛楚的有效方式。这时已是1962 年，生医材料已开始迈入下一个新阶段，即复合材料应用的新时代。
生医材料的再进化，组织再生的新里程
发展到这时候，钴铬钼合金的金属类、压克力的高分子类、玻璃的陶瓷类、综合应用的复合材料类，所有的生医材料都已集结。充满光芒的前景，似乎就如童话般那么的完美。
但这还不是结尾，医学的目标应该再更高更远；毕竟我们都会想对这些可能植入你我体内的材料，再多点严谨、多点要求。
作为修复而让人更完美的生医材料，单就不会引起免疫反应，是还不够的。材料仍可能因为生物相容性不够好，导致周围的组织退化。想想也知道，这怎么可以。要解决这问题，可以从「生物可降解性」与「组织工程」，这两点来着手。
「生物可降解性」可以让材料从「取代」组织特定功能的定位，转变成「修补」的角色。在骨科临床上，结构强度与骨骼相仿的陶瓷材料，即常被应用在骨缺陷的修补与固定上。
骨骼是由有机物的蛋白质、无机物的磷质和钙质所组成；陶瓷材料里的碳酸钙与三钙磷酸盐，恰好就与骨骼的组成分子一样。这些生物可降解的陶瓷材料，其结构会随着时间逐步分解，进而被人体吸收成为骨骼生成的原料。
如此植入后不必再取出的材料，听起来相当不错。但我们不是说，要再多点严谨、多点要求吗！虽然这过程看起来似乎完美，但从材料分解到吸收，却显得太被动了点。看来这些旧把戏已使不出新花样，生医材料还需要更多外援，这后半场的救援主角，就是近年来的新兴科学—组织工程。
「组织工程」是一门结合细胞与材料的科学。例如在关节的修补上，除了运用到复合材料的特点，更还可以在材料表面上修饰细胞，来加速组织缺损部位的愈合。这里的细胞即使用来自于骨髓的骨髓间质干细胞，透过生长因子的刺激，能够使干细胞分化成软骨细胞，如此就能达到修补软骨的功效。
透过材料与细胞的结合应用，除了让生医材料能有效修补损伤的组织外，更也能从中达到功能重建的目的。在组织工程的协助之下，生医材料几乎能更有希望实现所有可能的应用。不过这门集结细胞生物学、力学、材料学、生物化学与临床医学的技术，目前仍还正努力朝向组织、甚至器官再生的终极目标迈进。
不过这也让我们深感好奇，集结如此众多技术结晶的生医材料，将在未来实现出哪些我们梦想中的可能与期待。
