生物信息材料學初探

摘要：生物信息材料學是融合醫學、信息學、材料學等多個學科的一門交叉學科，內容涵蓋建立動態平衡的結構系統模型、生命結構系統的演化和生物信息材料的研制及其利用3個部分。首先，通過數學推理的方法論述了符合“陰陽五行模型”結構系統所具有的動態平衡的特性；其次，論證了生命結構系統是從具體結構主導的演化發展到抽象結構主導的演化過程中誕生，進而闡述了疾病與健康的統一理論，提出“以邪扶正”和“以正扶正”兩種治療疾病、維護健康的方法；最后，提出讓生物通過識別設計加工而成的材料中的結構信息，通過調節基因表達的創新材料設計目標的理論和方法，建立生物信息材料學。基于此，運用生物信息材料學中維護生命健康的理論和方法所研制出的功能性材料，可應用于治療疾病的藥物、預防保健的功能食品，并拓展應用到有益生命健康的化妝品、日用品等領域。

關鍵詞：動態平衡；動態平衡的結構系統模型；自適應；自組織；生物信息材料學；以邪扶正；以正扶正

疫苗的發現是人類醫學史上一件具有里程碑意義的事件。人體接種疫苗以后，會刺激機體發生反應，引起免疫應答生成相應的抗體，使人體對此病原體具有免疫和防御作用［12］。但是，人體為何會對不攻擊人體的滅活疫苗產生反應？因為生物是一種具有保持動態平衡功能的化學系統［3］，不但自身體內的所有結構都可以動態調節，而且還能生成調節外部結構的物質，這是生物繁衍和生存必須具有的最基本功能。因此，滅活疫苗這種人體不需要的結構在進入人體后，機體為了維護動態平衡，就會生成相應的制約性結構——抗體。深入探索生物所具有的維持自身平衡的功能并加以利用，將極大地增強人類維護健康的能力。但要實現這一目標，首先應該研究和建立動態平衡結構模型。

1動態平衡的結構系統模型

結構系統是內在規定性和外在規定性的統一，通過結構之間的內在聯系形成系統，再通過與外部結構之間的聯系形成系統的功能，即結構系統是結構和功能的統一。生物學認為，結構與功能是相適應的，結構的演化是為了改善其功能，而功能反過來又會影響結構的演化。生物的結構系統是一個復雜的巨系統，不同生物具有不同的結構系統，故而難以直接研究生物結構系統。需要通過構建動態平衡的結構系統模型，研究結構系統的共性，進而探索發現其所具有的規律與秩序，才能將復雜問題簡單化。

生物是一個動態平衡的結構系統，意味著生物結構系統中的結構是可以自主調節的。假設生物結構系統中的結構為x，機體為了維持其動態平衡，根據需要x的量可增可減，即要有促進x的結構和制約x的結構，而x在結構系統中也具有促進或制約其他結構的作用。因此，在一個理想的結構模型中，必然存在受x制約的結構和制約x的結構，即制約作用；同時，也必然存在受x促進的結構和促進x的結構，即促進作用。加上它自身共5個結構，構成了一個相互制約和相互促進的結構系統，這與相生相克的“陰陽五行模型”相類似，符合“陰陽五行模型”的結構系統具有保持自身動態平衡的特性［4］，具體證明過程如下。

假設A、B、C、D、E是結構系統中的要素，見圖1。其中A促進B，B促進C，E制約B，B制約D，C促進D，C制約E，A制約C，D促進E，D制約A，E促進A。設f（X）為系統的結果函數，在對應系統內不同的元素

圖1結構系統作用模型

時會轉化，則若f（E1）和f（A1）已知，E作為起點，根據結構之間的促進作用和制約作用：

f（E1）=f（E1），f（A1）=f（A1），f（B1）=f（A1）-f（E1），f（C1）=f（B1）-f（A1），f（D1）=f（C1）-f（B1），f（E2）=f（D1）-f（C1），f（A2）=f（E2）-f（D1），f（B2）=f（A2）-f（E2）……

f（En）=f（Dn-1）-f（Cn-1），f（An）=f（En）-f（Dn-1），f（Bn）=f（An）-f（En），f（Cn）=f（Bn）-f（An），f（Dn）=f（Cn）-f（Bn），f（En+1）=f（Dn）-f（Cn），f（An+1）=f（En+1）-f（Dn）……，其中n＞2

則f（En）+f（An）+f（Bn）+f（Cn）+f（Dn）+f（En+1）=f（Dn）-f（Cn-1）

f（Cn-1）-f（Dn）=f（Bn-1）-f（An-1）-f（Cn）+f（Bn），

其中f（Cn）=f（Bn）-f（An）

因此，f（Cn-1）-f（Dn）=f（Bn-1）+f（An）-f（An-1），

其中f（An）=f（En）-f（Dn-1）=f（Dn-1）-f（Cn-1）-f（Dn-1）=-f（Cn-1）

因此，f（Cn-1）-f（Dn）=f（Bn-1）-f（Cn-1）-f（An-1）=f（Bn-1）-f（An-1）-f（Cn-1），

其中f（Cn-1）=f（Bn-1）-f（An-1）

因此，f（Cn-1）-f（Dn）=0，即f（Dn）=f（Cn-1），同理可以證明在系統的動態變化過程中要素之間的關系。

所以，f（En）+f（An）+f（Bn）+f（Cn）+f（Dn）+f（En+1）=f（Dn）-f（Cn-1）=0，f（An）+f（Bn）+f（Cn）+f（Dn）+f（En）+f（En+1）=0，而不是f（An）+f（Bn）+f（Cn）+f（Dn）+f（En）=0，因此這樣的結構系統能保持動態平衡。f（Dn）=f（Cn-1）說明在這個動態平衡系統之中，某個數值會在相互作用的要素中周期性地依次出現，例如當f（E1）=10、f（A1）=15時，見圖2。這個數值代表該要素功能屬性的能力、強度等。

圖2結構系統周期律

動態平衡系統中的要素在受到外部干擾時，只要沒有超出要素本身的闕閾值，系統仍然能夠保持動態平衡的特性，而且由于要素之間的相互作用，外部干擾會傳遞給系統中的每個要素。例如當擾動量△T對要素A產生干擾時，雖然f（A2）發生了變化，但系統仍保持穩定，并將△T在各要素間傳遞，見圖3。

圖3結構系統的動態平衡

因為，f（En）=f（Dn-1）-f（Cn-1），則f（Cn-1）=f（Dn-1）-f（En）；

而且，f（An）=f（En）-f（Dn-1）；

因此，f（An）+f（Cn-1）=0。

同理可以證明：f（Bn）+f（Dn-1）=0，f（En）+f（B）=0等。每個要素都代表了一個復合結構，包含了促進結構和制約結構，在循環往復相互作用的動態變化之中，都有其互補作用的出現，能自動調節從而維持結構系統的動態平衡。

以上結果表明，相生相克的“陰陽五行結構模型”是一種動態平衡的結構系統，是簡單與復雜的統一，這也是所有生命結構系統所具有的結構特性。“陰陽五行結構模型”揭示了由簡單系統向復雜系統演化的最基本的機理。

（1） “陰陽五行結構模型”中的每個要素都與其他4個要素發生相互作用，其中既有生它的又有克它的，既有它生的又有它克的。生使其強度增大，克使其強度減小，循環往復，自我調節，并形成“五行勝復”的反饋機制。若有一行過于亢盛，按相克次序依次制約，以制約其偏盛，使之復歸于平衡，反之同理。

（2） 但如果模型中的要素異于5，那么與每個要素發生相互作用的要素不是少于4個就是多于4個。①如果多于4個，仍然可以根據“陰陽五行結構模型”中“其他要素促進它的結構與其他要素制約它的結構、它促進其他要素的結構與它制約其他要素的結構”這一原則進行要素之間的組合，最終仍然可以歸結為4種要素；②如果少于4個，則在這個模型中，一定有一個要素缺少一種促進它或者制約它的結構，這樣的結構模型就不能保持持久的動態平衡。以上通過數學推理的方法論證了按照“陰陽五行結構模型”所構建的結構系統具有動態平衡的特性，而且這個動態平衡是結構內部相互作用產生的結果。

2生命結構系統的演化

宇宙是由物質、能量、信息構成的。物質是由能量構成的，能量結構化為長時間存在的狀態，即為目前科學認知的物質，因此物質的秩序本質是能量秩序，而秩序屬于信息。因此，物質屬于具體結構，能量則屬于抽象結構，而信息屬于更加抽象的結構，物質的結構信息本質上是能量結構信息。

結構系統的演化就是在動態平衡的基礎上構建新的動態平衡。量子力學表明，人類觀察的世界越細微就越不穩定，構成一塊石頭的基本粒子是一群在微觀上轉瞬即逝相互作用的事件。在一個時間尺度內宏觀上看似靜止的物質，其實本質上都是一個多層次的動態平衡系統，即在動態平衡的基礎上構建新的動態平衡，從而形成了相對穩定的宏觀物質。現代科學可以在瞬間制造出巨大的能量，比如通過日內瓦的大型強子對撞機，無數粒子從能量的海洋中噴薄而出。不同能量（抽象結構）相互作用，形成了動態平衡，從而生成具體結構（物質），為具體結構主導的結構演化提供了基礎。地球溫度逐步下降以后，在極其漫長的時間內，由非生命物質的具體結構主導了系統演化過程，然后一步一步演變為由抽象結構主導的系統演化，最后產生了質的飛躍，最終誕生了生命。

2.1具體結構主導的演化

現在研究一個持續演化的結構系統C，用S表示C的具體結構，A表示C的抽象結構。

（1） 由能量之間的相互作用形成動態平衡結構，即結構化的能量，從而生成了粒子s11，s11的結構信息為a11，C（S1，A1），其中，S1（s11），A1（a11）。

（2） 粒子之間相互作用，在動態平衡結構系統的基礎上形成更高級的動態平衡結構系統。

（3） C（S2，A2），其中S2（s11，s12……s1n），A2（a11，a12，……a1n），A2包含了描述s11和s12等子結構系統本身的結構信息，也包含了s11和s12等子結構系統相互作用形成的更高級動態平衡結構系統的信息。A2要把C的具體結構信息描述出來，需要描述S2中所有的結構之間的關系。

（4） C繼續演化，在上述動態平衡結構系統的基礎上相互作用，形成更高級的動態平衡結構系統，隨著結構系統中要素的增加和結構系統層次的增加，子系統之間（這個級別的子系統設為Sk）除了共價鍵之間的相互作用形成的動態平衡系統Sn，不同子系統之間以非共價鍵相互作用，形成了更高級的動態平衡結構Sn+1、Sn+2……。即在穩定的低級結構系統的基礎上形成了更高級的結構系統，這個更高級結構系統具有更強的適應性，也就是結構系統本身不同部分之間的相互作用形成新的更具有適應性的動態平衡結構。在這種結構系統中，只有穩定結構成為結構系統中的控制性結構，從而決定其更高級的適應性結構，特別是穩定結構的線性結構信息就可以定義這個結構系統，可以把這種穩定結構的信息稱之為定義性結構信息。這種結構系統具有簡單與復雜的統一、穩定性與適應性的統一，則可以成為生物大分子結構，演化為更復雜的結構系統。把C的具體結構信息描述出來，只需要描述結構系統中Sn這個級別的線性的結構信息，也就是上述的定義性結構信息，就可以確定C。

（5） 假設定義的具體結構為Sm，其結構信息為Am；被定義的結構系統的具體結構為Sn，其結構信息為An。從而結構系統C表示為：C［（Sm，Sn），（Am，An）］。假設結構系統E包含的結構信息恰好對應于結構系統C的Am，即一個具體結構的結構信息定義了另外一個具體結構，而且E在和另外的結構系統B相互作用下合成了結構系統C，即B促進了C，而B這個結構系統也是由E包含的具體結構信息所定義的。同理，結構系統A促進了B，而A的存在又制約了C的合成；C的存在又促進了D，而D又促進E的合成，而B的存在制約了D。如此發展下去，在某處就產生了A、B、C、D、E相互作用動態平衡的結構系統，而且A、B、C、E都是D所包含的結構信息所定義的，從而形成了一個能夠自我維持的結構系統，A、B、C、D、E都是這個自我維持結構系統的子系統，也就是要素。這個自我維持的結構系統的本質是具體結構與抽象結構相互作用形成的動態平衡結構系統，更能夠適應環境而存在，那么結構系統的演化就由具體結構主導的演化發展為由抽象結構主導的演化。

2.2抽象結構主導的演化

上述自我維持結構系統不斷演化發展，在動態平衡的基礎上形成了更高級的動態平衡系統，但是其中的結構都是由自身的抽象結構所定義的，而且只是抽象結構所能定義的子集，這種更高級的動態平衡系統本質上是抽象結構演化的結果。這種自我維持的結構系統，在環境變化的時候，通過系統中具體結構和抽象結構的相互作用，調節具體結構合成的量，或者合成那些不同的具體結構，甚至通過抽象結構的重組，合成新的結構，既能維持自身的動態平衡，又能適應環境的變化，也就是具有了自適應、自組織、維持動態平衡的功能。

從生物大分子物質組成多分子體系，也就是具體結構和抽象結構相互作用，構成了動態平衡的結構系統，具有了自適應、自組織、保持自身動態平衡的功能。然后結構演化就進入了抽象結構主導演化的階段，特別是多分子體系演變為具有新陳代謝、能夠自我復制的原始生命體，就進入了生物演化的階段。一旦自我維生作用確保了原始生命的生存，而自我繁殖能保證它可以繁衍后代時，在面對外來的嚴重侵擾時，它們會使用物質和能量，機動且成功地保持自身完整性，生命就開始了它的生物進化旅程［5］。

生物的核酸蛋白質結構系統的具體結構與抽象結構相互依存、互為因果的相互關系和相互作用的建立，是生命起源的最關鍵之處。核酸編碼規定了蛋白質結構的遺傳信息，即核酸記錄了蛋白質的抽象結構；蛋白質是一切生命的物質基礎，是構成細胞的基本有機物，是生命活動的主要承擔者；核酸的合成和復制要由蛋白質（酶）來催化。也就是蛋白質的具體結構催化核酸，核酸的編碼和功能靠蛋白質來表達。蛋白質和核酸的相互作用是核酸復制、基因組有序表達與染色體高層次構建及動態結構變化的核心。因此，這兩類生物分子缺一不可，形成了抽象結構和具體結構統一的復合體，作為遺傳信息載體與表達系統，在生物結構系統的功能中起到支配性作用，不僅是形成第一個細胞生物的基礎，也使得生物自身依靠遺傳、變異和選擇而實現最優化，進化出了整個生物界，是生物的核心結構。

在核酸蛋白質系統中，核酸轉錄翻譯蛋白質，一段核酸復制并不直接影響另一段核酸的復制，而是通過它所編碼的蛋白酶去發生反應，形成催化循環。核酸蛋白質的這種催化反應讓化學物質循環性地發生反應，產生大量與它們本身相同或有變異的形式，形成了最初的信使和翻譯產物的關系。當某種信使與相應的翻譯產物包括反映翻譯產物組成和結構環境之間出現相互促進的協同作用時［6］，簡單的、低級的、相互關聯的、彼此互補的反應循環便組成復雜的、高級的大循環系統，即超循環系統［7］。催化循環可以進行自復制，超循環則具有選擇的能力，形成了具有自適應、自組織等功能的開放的結構系統，通過不斷地與外界交換物質、能量和信息，能夠對外界的干擾產生反應，維持它們內部的一致性和自身的整體性。在這個超循環過程中，圍繞更有利于生存、繁衍的目的，結構系統以具體結構和抽象結構相互作用為核心，利用自適應、自組織等能力不斷建立與周圍結構環境的平衡，甚至不斷地內化外部結構，更新系統的物質、能量和信息，由原來低級有序轉變為一種在時間上、空間上和功能上的高級有序，在動態平衡結構系統之上形成更高級的動態平衡結構系統，螺旋演化發展，這就是生命的螺旋，是所有已知生命生存、繁衍和進化的基礎。

通過生物自身的自適應、自組織、構建動態平衡的功能，調節自身的結構，理論上不但可以治療疾病、維護健康，還可以預先設計出特定結構或者未來環境具有的結構，讓生物識別其結構信息，從而提前演化出相應的有利于生存或健康的結構，變被動適應為主動提前演化。

3生物信息材料

中醫是通過陰陽五行來研究和維護人體的動態平衡［8］，并提出了通過調整人體的陰陽平衡，可以增強人體自我修復和抵抗能力，達到恢復健康目的的扶正理論［9］。而上述動態平衡的結構系統模型則是中醫陰陽五行和現代生物學在基礎理論上的融合，如果再結合扶正理論，建立一個調節自身結構的、將疾病與健康統一的通用理論，就可以依據這個理論來設計、研發、加工能通過促進機體合成或調節結構來恢復平衡的材料。這種通用理論和局限于免疫系統的疫苗不同，能研發出針對生物的不同細胞、組織、器官、系統等恢復結構平衡的各種材料，其也被稱為生物信息材料。

3.1疾病與健康的統一理論

生物為了維持自身的動態平衡，通過識別外部結構的結構信息調節自身的基因表達，實現對結構量的調節。假設和結構x構建動態平衡，x的量要可以調節，那么就需要有促進性結構，可以讓x的量變多，也就是“生”的結構；也需要有制約性結構，可以讓x的量變少，也就是“克”的結構。制約性結構和促進性結構的多少，取決于x是否是生物所需要的結構，即是否有益于生物結構系統自身的動態平衡。比如滅活疫苗進入人體后，雖然對人體沒有攻擊性，但是人體的結構系統中并沒有與其構成動態平衡的結構，即并不需要它，所以人體就會大量產生抗體，也就是制約性的結構。

對于一個給定的組織或者器官，假定平衡健康的狀態下其結構組成的集合為A，和A中每個結構相互作用而形成平衡的結構所組成的集合為A′。假設A中的結構x和A′中的結構x′相互作用形成平衡，當機體識別到x′的結構信息后，如果x缺失，因為人體具有自適應、自組織構建平衡的功能，就會自我調高x結構相關的基因表達合成結構x，從而恢復x與x′之間的平衡。那么因為缺失x而對健康產生的影響就能夠消除，從而恢復健康。如果一次性服用含有A′中所有結構的物質，理論上A結構中不同失衡所造成的各種對健康的影響都能夠消除，這就是從健康的角度而不是從疾病的角度去維護健康。這種方法可以用于治療各種內源性疾病、慢性病、退行性疾病等，如果這個疾病具有遺傳性，那么如果x′的信息量足夠大，則x的相應基因表達的基因修飾甚至可以遺傳給后代，從而不再把這種病遺傳給后代。假設A′中新增了結構x′，機體本身沒有表達x結構的基因，機體識別了x′的結構信息，就會通過基因重組創造出x來維護機體的動態平衡，如最常見的就是疫苗，其中x′是病毒結構，x就是對應的抗體。

疾病和健康是生物結構系統兩種不同的狀態，從疾病的角度或者健康的角度都可以恢復健康，所依據的都是生物自身所具有的自適應、自組織、構建動態平衡的功能，其本質都是中醫的扶正思想。人體分為多個系統，然后再細分為器官、組織、細胞，甚至更微觀的結構系統，可以將從宏觀到微觀健康的各級結構系統都稱之為“正”。從疾病的角度治療疾病，可以稱之為“以邪扶正”；從健康的角度治療疾病，可以稱之為“以正扶正”［10］。

3.1.1以邪扶正

把生物結構系統中失衡的結構（稱之為“內邪”）或者讓生物接觸之后產生疾病的外部結構（稱之為“外邪”）統稱為“邪”，將治療生物疾病的復雜問題轉化為建立“邪”與“正”之間結構平衡的簡單問題，具體方法是：將“邪”作為外部結構作用于生物的結構系統，生物的結構系統通過對所述“邪”的結構信息的識別和傳遞，通過自身的自適應、自組織等功能，調節和“邪”相關結構的基因或者基因表達，建立和“邪”之間的結構平衡，從而預防和治療因為“邪”所引起的疾病。這種方法就是“以邪扶正”。上述A中的結構X和A′中的結構X′相互作用形成平衡，如果X缺失，就不能和X′建立平衡，X′對機體就會產生危害，就是“邪”。那么讓機體識別X′的結構信息，機體就會調節和X相關的基因表達，重新恢復平衡。

“以邪扶正”的關鍵是找到“邪”，這個“邪”是針對具體某個個體而言的，所有引起某個個體產生疾病的結構，相對這個個體而言就是“邪”。比如花生，對于絕大多數人而言是營養豐富的食品，不會引起疾病，但是對于花生過敏的人而言，引起的過敏反應有致命的危險。

3.1.2以正扶正

“正”（即人體的各級結構系統）由于各種原因缺失了某個或某些結構，比如所對應基因由于基因修飾而不表達合成“正”中的某個結構，從而造成“正”的失衡，產生了疾病。把發生失衡結構的“正”所對應的與其構建平衡的結構作為外部結構，作用于生物的機體，機體能夠對所述外部結構信息進行識別和傳遞，通過自身的自適應、自組織、構建動態平衡的功能，會根據所述外部結構中每個結構的結構信息，調節與其相互作用結構的基因表達，因此所述失衡的結構自然就能恢復平衡，達到預防和治療疾病的目的。這種方法可以稱為“以正扶正”。假設發生了失衡結構的“正”是上述的A，A′中的結構能夠和A中的結構相互作用而形成動態平衡，A的失衡會造成A和A′的相互作用失去動態平衡。那么讓機體識別A′所包含的結構信息，機體通過自身的自適應、自組織功能調節自身的基因表達，從而和A′構建動態平衡。而和A′中的結構能相互作用構成動態平衡的結構，恰好在A中，因此會調節與A中結構相對應的基因表達，從而A也恢復了平衡。

“以正扶正”的關鍵是找到發生了結構失衡的“正”，無論是衰老造成的結構失衡，還是病毒引起的結構失衡，或者其他病變引起的結構失衡，首先要找到失衡所在的“正”，而可以不用探究結構失衡的具體情況，然后通過“以正扶正”恢復健康。從健康的角度，“正”都是一樣的，針對每個結構都有促進性結構和制約性結構，在相互作用下達到了動態平衡，而失衡各有各的不同，不但產生不同的疾病，更會產生各種不同的癥狀，讓辨證論治和辨病論治變得非常復雜。以“正”的角度研究疾病及疾病的診斷和治療，以非常少、非常模糊的疾病信息，就可以精準地治療疾病，不但能治當下的疾病，也能治未來的疾病，是有限和無限的統一，而且是以簡單方法解決了復雜的問題。用來“以邪扶正”和“以正扶正”的物質可以稱為“生物信息材料”。

3.2生物信息材料的研制

研制用于扶正的生物信息材料，首先確定是“以邪扶正”還是“以正扶正”。對于容易發現和獲得的“邪”，用“以邪扶正”的方法進行治療，把“邪”作為原料加工成用于扶正的生物信息材料；對于不容易發現或者不容易獲得的“邪”，用“以正扶正”的方法來防治疾病，首先要分析計算用于扶正的結構信息對應的結構存在于哪些原料中。生物中的結構都是由編碼基因表達合成的，不同物種之間的編碼基因差別不大，而物種之間的差異主要體現在非編碼基因上，比如人類基因中非編碼基因占比高達98%，因此用于扶正的結構信息對應的結構基本上都存在于動物和植物之中，可以將其作為原料加工和提純為用于扶正的生物信息材料。

3.2.1生物信息材料的制造

如何對上述原料進行加工才能制造出用于扶正的生物信息材料呢？通過結構信息激發人體自身自適應、自組織的結構調節功能，最常見的是疫苗的應用。從疫苗的發展歷程來看，早期直接用病毒（如人痘、牛痘）作為疫苗進行接種，就是識別病毒的全部結構，到后來的滅活疫苗，人體識別失去生物活性的結構信息仍然能夠產生抗體。現在雖然滅活疫苗還在使用，但已經深入到了微觀的生物大分子層面，通過分析病毒的特異性結構，再利用生物技術人工合成疫苗，人體只需要識別這些特異性結構，就可以產生相應的抗體。因此，人體的結構系統通過自我結構調節和外部結構系統構建平衡，并不需要識別外部結構系統的所有結構信息，只需要識別其特異性結構即可，也就是存在于前文所論述的定義性結構中的結構信息，所以可以將原料中這樣的結構信息作為生物信息材料用于扶正的結構信息。為了保持生物信息材料的穩定性，不會被生物體消耗吸收，同時又能夠對用于扶正的結構進行提純，可以采用高溫裂解提純的工藝對原料進行加工處理。

3.2.2生物信息材料的應用

下面以研制針對過敏性疾病快速脫敏的生物信息材料為例進行說明。世界衛生組織認為“脫敏治療是唯一可能根治過敏性疾病的方法”。現有脫敏的方法是用具有生物活性的過敏原，小劑量地持續刺激人體，不斷增加耐受，來實現脫敏，因此存在脫敏周期長、副作用大、有效率低等問題。過敏是人體結構系統與過敏原之間的失衡，脫敏就是恢復它們之間的平衡。對于過敏患者而言，過敏就是“邪”，因此通過“以邪扶正”就可以治療過敏性疾病。

過敏是人體結構失衡造成的，和疫苗誘發人體產生本來不存在的抗體不同，失衡的結構都是人體本身已經存在的結構，只是某些結構過剩或者缺失，理論上脫敏時間應該遠比疫苗誘發人體產生之前所沒有的抗體的時間要短，關鍵是如何讓人體能在短時間內識別足夠量過敏原的結構信息。這就是生物信息材料學所要解決的問題，基本的解決思路是：首先深入到過敏原生物大分子的內部，分析計算其特異性結構的物理、化學特性，然后通過加工工藝對用于扶正的這種特異性結構進行提純，從而加工成為生物信息材料作為脫敏物質。

該方法解決了最關鍵的幾個問題：（1） 信息量大。通過工藝提純的生物信息材料，可以讓人體短時間內識別大量的過敏原結構信息，保證信息量足夠大。（2） 信息穩定性。由于生物信息材料不會被人體消化吸收，故能作為信息源穩定存在。（3） 安全性。由于采用高溫裂解的加工工藝，避免了機體對原有過敏原的過敏反應，解決了副作用問題，保證了安全性。該方法可以將脫敏周期由現有3年左右縮短為30 min以內，有效率提高到了95%以上，并且安全無副作用。2018年在滄州人民醫院使用生物信息材料對52名過敏患者進行了184個過敏原的脫敏，針對每個過敏原口服相應的脫敏物質，30 min后用過敏原激發試驗均無過敏反應。在后續3年的隨訪中，復發率不到4%。用上述方法研制的快速脫敏制劑，獲得了科技部組織的2021年全國顛覆性創新技術大賽優秀獎。

4結語

探索了生物的演化機理，并在融合醫學、信息學、材料學等多個學科的基礎上提出了生物信息材料學。生物信息材料可以用于醫藥、功能食品、化妝品等領域，未來還可以延伸至日用品方面，涉及人類生活的方方面面，可以有效地維護生命健康，從而為醫藥健康事業做出更大貢獻。根據上述對動態平衡的結構系統模型和結構系統演化的研究，以及所建立的生物信息材料學的理論和方法，可以將其應用于其他領域，比如信息領域、人工智能等。

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作者簡介：董福田，男，河北滄州人，執行院長，本科，研究方向：GIS理論方法，中西醫理論融合，信息、生物與材料的交叉融合。