向海水制成的冰学习制造人体骨头?这听来似乎有些荒谬。然而，这项实验正在美国加州大学的实验室里，如火如荼地进行着。美国加州大学的研究小组观察发现，用海水制成的冰块与用普通纯净水制成的冰块在结构上有所不同，它所形成的显微结构与骨头的显微结构非常相似。于是，研究小组决定用含有构成骨头的固体物微粒的水，来代替富含盐和海洋微生物的水，然后通过冷却使之凝固。实验的结果令人振奋，由于添加了矿物颗粒，凝固后的晶体形成一种具有骨头机械特质的材料，这种材料将来完全有可能作为骨头的替代品来使用。
　　
　　支撑骨头修复
　　
　　这项实验意义非同寻常，它的出现将为骨科最为棘手的移植手术开辟一条新道路。大家知道，骨头是一种非常特殊的物质，它质地坚固，能够承受巨大的压力，同时又具有一定的韧性，而且很轻。骨头的这些特点常常令材料物理学家们也赞叹不已，生物学家们则更惊叹于骨头能不断自我更新的能力(研究发现，人体的骨骼每10年就会全部更新一次)以及骨折后自我修复的能力。但是，骨头的这种自我修复能力有时也需要外力的帮助，因为从临床上看，有10％左右的骨折病人都会遭遇自然修复失败。有些骨质疏松病人或骨折病人，有时甚至在第一次手术后，就出现了骨头自我修复能力极不理想的状况。在这种情况下，就要考虑使用骨质替代品来帮助骨骼重新生长或者自我修复。
　　骨头修复需要帮助，人们首先想到的总是“自然”方法。医生的传统做法是从病人的骨盆处取下一块骨头，将它移植到病人受损骨头的部位。这种自身移植的方法虽然对骨折修复来说比较理想，但病人被取骨头的部位却是痛苦不堪。当然还有其他一些方法。如在胯骨人工修复手术时取下的骨碎片进行的同种异体移植：或使用脑死亡病人捐献的骨头。但这样的捐献者很少，因此可供使用的骨头也很稀缺。另外，对这类骨头的放射灭菌处理也会损害骨头的机械性能和生物机能，使它变成质量极差的移植物。对从事生物材料研究的物理学家们来说，能发明一种接近自然骨头机械性能的合成骨替代物是一项真正的挑战。骨移植实际上是要帮助受损的骨头(比如骨折、骨癌、骨头畸形等)在生物生长因子的帮助下实现再生。这种再生同时还需要一种能被人体吸收的、质地坚硬的支撑物的帮助。这种支撑物除了要具备可再生性、生物兼容性和无毒等条件以外，还必须是由既有孔隙又坚固的材料构成。而所有这些看似相互矛盾的要求又很难在人工条件下获得。
　　在这种情况下，医生们开始将目光投向其他的一些自然材料。首先被选中的是珊瑚，珊瑚是一种多细孔、可吸收的物质，和骨头比较接近。所以，从上世纪80年代开始，珊瑚就被医院用来作为支撑骨头生长的材料。虽然这在临床上取得了一些不错的效果，但由于这种物质被吸收的速度太快，以至于出现骨头还没有长好，它已经没了的情况。另外，使用珊瑚作为支撑材料有时会产生渗出反应，因而常常令医生望而却步。因此，医学界一直期待着一种理想材料的诞生。
　　
　　参考模型绝佳
　　
　　现在，研究小组通过复制海水凝固的机理，用羟磷灰石(一种构成骨头矿物结构的磷酸钙陶瓷)成功研制出一种新的用于骨头修复的支撑材料，这正是美国加州大学的研究小组的目标。虽然人造陶瓷支撑材料过去就有，而且在使用过程中还取得了一定的成功，但尚未有一种能与真正的骨头相媲美。而这一次，科学家们认为新材料达到了真骨的水平，因为从任何一个角度来看，这种物质都是一种绝佳的参考模型。它是由一种本质上非常脆弱的材料——普通的碳酸钙构成，但由于其结构特别而异常坚固，因此，科学家们最初的想法就是模仿出这种材料，这可是一场真正的挑战。困难在于，人体骨头的珍珠质具有一种非常特殊的多维组织构造，正是这种特殊的结构才使得它具有非常好的机械性能。粗略地说，它是由一些非常粗糙的小薄片组成，这些小薄片一层层对齐排列，每一层之间都有一种聚合物。在不同层次的小薄片之间有小桥一样的结构将它们相连，从而提高了整体结构的物理性能。这是一种非常复杂的构造，想要在实验室里将它完整地复制下来几乎是不可能的，除非得到大自然的引导和帮助!研究小组正是从用海水制成的冰块结构中受到启发，大胆尝试在纯净水中加入磷酸钙微粒并将它冷冻凝固。在凝固的过程中，冰块的小薄片禁锢了磷酸钙微粒，使之也形成薄片状，这样就复制出和珍珠质一样的多维结构。
　　下一步的任务是将晶体结构中的水分去掉，脱水的方法在食品工业中经常会用到。最后，在高温下将微粒连接起来。科学家们由此获得了一种羟磷灰石质地的珍珠质，他们将它称作“冰块结构材料”，这是一种非常接近骨头的多孔材料。像骨头中的矿物结构一样，这种羟磷灰石质的珍珠质中，孔与孔之间也是相通的，十分有利于骨细胞在此生长和发展，这是非常重要的一点。这种方法最巧妙的优点在于，可以通过调节水凝固的速度来控制材料的显微结构大小，而且能够任意控制这种大小的变化!凝固得越快，薄片就越薄，这样研究人员就能轻松地选择自己所需孔的大小。
　　此外，为了使它能更紧密地与骨头的结构粘连，使之成为一种非常坚固的混合材料，还可以在它的孔中填补一部分有机物质。现在的工作就是在活体上实验这种材料了，这个实验将在美国旧金山大学进行。科学家们将观察和研究骨细胞在支撑物上的生长情况，然后在动物身上实验。
　　不过，今天距离在手术室里使用这种材料还有很长的一段路要走，而且还有其他一些支撑材料也显示出美好的前景。有关骨头生长的研究一直以来都非常活跃，近年来也取得了很大的进步。在一些实验性的研究中，通过使用干细胞和人工支撑物，已经取得了非常了不起的成果。为了帮助骨细胞的再生长，我们需要最有效、最接近自然骨头的材料。在这方面，一切创新和发明都受欢迎!但是，在活体实验之前，很难预测一种新材料的生物表现到底怎样。因为有很多的要求必须达到：首先是生物兼容性、合适的多孔性以及孔与孔之间的相连性。此外，这种材料还必须有利于活细胞良好的附着，并且拥有较好的生物特性，能够引导、诱导和帮助骨细胞再生。最后，它还必须表现出良好的机械性能，必须能被人体吸收而不产生毒性，同时易于应用。总之，从实验室到人体的距离还相当漫长。