有时候,当人们需要把药物准确无误地传到身体的某个部位时,一颗药丸或是一次注射都不能达到理想的效果。美国宾州大学生物工程教授丹尼尔·哈姆找到了一种更好的方法:人造细胞。它由仿生材料制作而成,能模仿白细胞自由地在身体内流动。这些假细胞能够准确无误地把药物送到它应该到达的部位。可以说,在假细胞的帮助下,某些疾病的治疗更容易、更安全了,其中也包括对癌症的治疗。
对于肾功能失效的人来说,基本的生活需求,例如,血液排毒和保持体内液体平衡,都需要数小时与透析机的连接来维持。科学家马丁·罗伯特和大卫·李设计了一种轻便的人造肾,尽管它的尺寸很小,但它却是自动化的、可穿戴的人造肾。人造肾不仅很小很轻,足以放置在身体的肾部位置,同时还可以帮助人体恢复肾功能。它的实际功能要强于传统的透析,因为它可以全天24小时正常使用——这和真正的肾没有什么区别。
试管婴儿
试管技术,又称体外受精联合胚胎移植技术,是指分别将卵子与精子取出后,置于试管内使卵子受精,再将受精卵移植回母体子宫内发育成胎儿。试管婴儿就是用人工方法让卵子和精子在体外受精并进行早期胚胎发育,然后移植到母体子宫内发育而诞生的婴儿。
“试管婴儿”最初是由英国产科医生帕特里克·斯特普托和生理学家罗伯特·爱德华兹合作研究成功的。“试管婴儿”一诞生就引起了世界科学界的轰动,甚至被称为人类生殖技术的一大创举,也为治疗不孕不育症开辟了新的途径。“试管婴儿”是将体外受精的新的小生命送回女方的子宫里,让其在子宫腔里发育成熟,并使怀有试管婴儿的母亲与正常受孕妇女一样,怀孕到足月,正常分娩出婴儿。
受精卵在体外形成早期胚胎后,就可以移入女性的子宫了。如果女性的子宫有疾病,还可将早期胚胎移入自愿做代孕母亲的女性子宫内,这样出生的婴儿就有了两个母亲,一位是给了他遗传基因的母亲,一位是给了他血肉之躯的母亲。这一技术的产生给那些可以产生正常精子、卵子但由于某些原因却无法生育的夫妇带来了福音。1944年,美国人洛克和门金首次进行这方面的尝试。世界上第一个试管婴儿路易斯·布朗于1978年7月25日23时47分在英国的奥尔德姆市医院诞生,此后该项研究发展极为迅速,到1981年已扩展到10多个国家。现在世界各地的试管婴儿总数已达数千名。
先进的生殖医学研究已将人类生殖的自我控制推向新的极限,如今被称为“第三代试管婴儿”的技术更是取得了革命性的突破,它从生物遗传学的角度,帮助人类选择生育最健康的后代,为有遗传病的未来父母提供生育健康孩子的机会。
科学家在实验室中,可以为每一对选择试管婴儿技术生育儿女的夫妇,在试管中培育出若干个胚胎,在胚胎植入母体之前,可按照遗传学原理对这些胚胎作诊断,从中选择最符合优生条件的那一个胚胎植入母体。人类的某些遗传病是有选择地在不同性别的后代身上发病的。如男性血友病患者,一般来说他的儿子是正常的,而女儿或正常或携带血友病基因的概率各占一半;血友病患者如是女性,那她的儿子会发病,而她的女儿或正常或携带血友病基因的概率各占一半。营养不良、色盲等遗传病的原理与血友病相同。只要了解这种遗传特征,就可以对试管培育的胚胎细胞进行基因检测,选择没有致病基因的胚胎植入子宫,从而避免带有遗传病孩子出生。
试管婴儿技术不但能够解决妇女的不育症,还能为保存面临绝种危机的珍贵动植物提供有效的繁殖手段。此外还可以通过试管婴儿技术限制人口数量、提高人口素质。试管婴儿是现代科学的一项重大成就,它开创了胚胎研究和生殖控制的新纪元。
从伦理学范畴分析,试管婴儿技术产生的初衷是为了家庭的完整和社会的正常发展,对科学技术发展和社会道德伦理均有着支撑作用。试管婴儿技术的问世以及成功的案例一方面从根本上解决了生殖医学上的难题,人类通过人为方式控制了人类的生殖过程,将一个个带有缺憾的家庭又带回到快乐的生活中;但另一方面,试管婴儿技术的应用范畴拓宽,在某种意义上给予传统的家庭伦理、社会道德伦理等方面以强烈的冲击。
从人类进化的角度看,人类群体内存在部分不能生育的个体,是其生育能力经受自然选择的必然结果。有人便由此提出:用人工技术手段使其生育后代,与自然法则不相吻合,通过人工的力式干预自然生殖,与传统生殖相悖。
第一代试管婴儿实验是从有生殖器官功能障碍的母体内取卵,与其丈夫的精子在体外受精,然后移植回原母淬子宫内发育成熟,这其中没有夫妻之外的人参与,因此,应当说是没有什么伦理道德问题的。但在其后来的发展过程中却产生了很多伦理道德问题。如在夫妻中男方无法获取精子的情况下,运用其他男子精子与母体卵子实现体外受精,使其受孕,使得试管婴儿同时存在遗传学和法律上的两位父亲。如果一名提供者向若干受体母亲提供精子的现象发生时,由这些母亲生育的子女之间均为“同父异母”关系。他们之间完全有可能因互不知情而发生相互婚配,而由此产生的遗传上和伦理关系上的混乱是人们难以想象的。同理,如若“借用子宫”也使得婴儿存在两位母亲,一位是遗传学上的母亲,一位是具有生养关系的母亲。这些都打乱了传统的血缘关系和家庭伦理关系,这点也被很多强烈反对试管婴儿技术的人士所抨击。
“借用精子”和“借用子宫”产生的初衷是为了更多的家庭、更多的妇女实现自身孕育、血脉延续的梦想,但是,也不乏一些利欲熏心的人开始利用人们渴望实现孕育的心理,非法地出卖精子和代人孕育,从中牟取钱财。这里,精子和子宫被作为商品进行着金钱交易,使得单纯的人类繁殖过程被添加进了复杂的金钱因素,这是与传统伦理道德思想格格不入的。
光纤
光纤是光导纤维的简写,它比头发丝还要细,是一种利用光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理而达成光传导的工具。
光导纤维在20世纪20年代就研制出来了,是用超纯石英玻璃在高温下拉制而成的,有很好的光导能力。但是,由于传输过程中能量衰减太大,因此没有实用价值。1966年,英籍华人高琨博士发表了一篇着名的论文,首次提出:解决玻璃纯度和成分问题,就能够得到光传输衰减很小的玻璃纤维。1970年。美国康宁玻璃公司首先拉制成功第一根石英玻璃光导纤维,并大大降低了能量在光纤中的衰减。到了90年代人们研制出了衰减率更低的氟化物玻璃纤维,这种高纯度氟化物玻璃光导纤维的传输能力也十分强,一次传送距离能长达4800公里。
光导纤维的结构呈圆形,外层裹有低折射率的包层,最外面是塑料护套。特殊的材料,使光导纤维纤细似发,柔顺如丝,又具有高抗拉强度和大抗压能力。光导纤维的特性决定了其广阔的应用领域。由光导纤维制成的各种光导线、光导杆和光导纤维面板等,广泛地应用在工业、国防、交通、通讯、医学和宇航等领域。
光导纤维可以传输声音、图像和文字等信息。它的传导性能良好,适应高低温环境,抗电磁干扰,耐放射性辐射。光波在光导纤维中传播不向外辐射电磁波,有极高的保密特点。光导纤维传输的信息容量大,信息在光导纤维中以光速传送,速度无与伦比。光通信比电通信的容量要提高1亿-10亿倍,一根光导纤维能同时传输100亿个电话或1000万套电视节目,容量之大,难以想象。
用光导纤维做成的内窥镜又软、又细、又能弯曲,当它被插入病人胃里时,病人不会有痛苦,除了胃,光纤内窥镜还可以用于食道、直肠、膀胱、子宫等深部探查。光纤内窥镜一方面可用来检查病人的脏器是否有病变,更主要的是可以将激光能量输入体内脏器中,对病变组织进行照射,或者加以切除,起到手术刀的作用。用光导纤维连接的激光手术刀目前已在临床应用。在照明和光能传送方面,光导纤维也大有可为。人们可利用塑料光纤光缆传输太阳光作为水下、地下照明。由于光导纤维柔软易弯曲、变形,可做成任何形状,以及耗电少、光质稳定、光泽柔和,色彩广泛,是未来的最佳灯具,如与太阳能的利用结合将成为最经济实用的光源。今后的高层建筑、礼堂、宾馆、医院、娱乐场所,甚至家庭可直接使用光导纤维制成的天花板或墙壁,以及彩织光导纤维字画等。光纤还可用于道路,广场等公共设施及商店橱窗广告的照明。此外还可用于易燃、易爆、潮湿和腐蚀性强的环境中以及不宜架设输电线及电气照明的地方作为安全光源。
在国防军事上,光导纤维也有广泛的应用空间。人们可以用光导纤维来制成纤维光学潜望镜,装备在潜艇、坦克和飞机上,用于侦察复杂地形或深层屏蔽的敌情。
在工业方面使用光导纤维,可传输激光进行机械加工;制成各种传感器用于测量压力、温度、流量、位移、光泽、颜色、产品缺陷等;也可用于工厂自动化、办公自动化、机器内及机器间的信号传送、光电开关、光敏元件等。
此外,光导纤维还可用于火车站、机场、广场、证券交易场所等大型显示屏幕;短距离通讯和数据传输;将光电池纤维布与光导纤维布巧妙地结合在一起制成夜间放光的夜行衣,不仅为夜行人起照明作用,还可提高司机的观察视距,能够有效地减少交通事故的发生。
激光
激光是20世纪以来,继原子能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。激光的最初中文名叫做“镭射”、“莱塞”,是它的英文名称laser的音译,是取自英文Light Atmplification by Stimulated Emission of Radiation的各单词的头一个字母组成的缩写词。意思是“受激辐射的光放大”。激光的英文全名已完全表达了制造激光的主要过程。
激光的原理早在1916年已被着名的物理学家爱因斯坦发现,但是直到1958年激光才被首次成功制造。激光是在有理论准备和生产实践迫切需要的背景下应运而生的,它一问世,就获得了异乎寻常的飞快发展,激光的发展不仅使古老的光学科学和光学技术获得了新生,而且在科学技术领域内的应用前景更是不可限量。激光对自然科学领域的渗透和影响,促进了各个学科的发展,并促成许多新学科的形成。可以说,激光技术是现代科学技术中最为活跃的领域之一。
激光是迄今为止人类所见到的,包括自然界中的光源所发射的光中最亮的光。它的亮度为太阳光的50亿倍。普通的光源是向四面八方发光的,激光则朝一个方向射出,光束的发散度极小,几乎接近平行。把激光从地球射到距我们38万公里的月球上,也只是一个直径为几公里的光斑。而且由于激光的亮度很高,在地球上可以接收到从月球上反射回来的激光,用它测量地球和月球之间的距离,误差仅为几厘米。激光的能量并不算很大,但是由于它的作用范围很小,使得它的能量密度很大,短时间里可以聚集起大量的能量。
激光的特性和电子学、电脑以及和新的光学材料结合起来为激光在高科技许多方面的应用开辟了广阔的前景。激光技术已成为高技术的主要构成部分之一。
利用激光能量在时间和空间上的高度集中可以对各种材料进行打孔、焊接、切割等。与机械方法相比,激光加工速度快、质量好,大大提高了工作效率,而且与机械加工不同,激光加工可以做到清洁无污染。
激光切割是激光加工的一种重要形式。激光切割的切割线准确、细致,切割后边缘直、质量好。随着电子工业的飞速发展,在一块不大的半导体基片上要做成许多个集成电路,若想准确无误地将它们分割开来,激光正是最理想的划片工具。在加工工艺中,激光还有许多用处。例如金属材料经激光热处理后,可提高硬度、耐磨能力和抗蚀能力,效果比普通热处理好得多。
在信息工程中,激光广泛应用于激光通信、激光信息储存、激光打印、激光复印、激光印刷、激光电视、激光大屏幕立体显示、证券核实与识别、指纹检验与核实、激光图像处理等方面。激光光盘可以用作电脑的大容量存储系统。由于光盘存储器比较便宜、耐用、信息量大,因而在电脑应用上已经普及。激光通信的信道容量大、传送路数多,它至少可以容纳几十亿个通信线路或者同时播送近一千万套电视节目,这是过去任何一种通信工具都不能达到的。未来光通信将是现代化城市内和城市间通信的主要手段。