[汽車之家 資訊] 如果有人告訴你,，細(xì)菌并不可怕，甚至還能制造出堅(jiān)固,、耐受和有彈性的工程材料,，你會(huì)怎么想？這并非一種幻想,，而是南加州大學(xué)維特比工程學(xué)院（USC Viterbi School Of Engineering）發(fā)表在《Advanced Materials》（譯為：《先進(jìn)材料》）上的研究論文,。
研究人員研究的是一種特殊的細(xì)菌——巴氏葡萄球菌（S. pasteurii），這種細(xì)菌以分泌一種名為脲酶的酶而聞名,。當(dāng)脲酶暴露在尿素和鈣離子中時(shí),，會(huì)產(chǎn)生碳酸鈣，這種礦物質(zhì)化合物是骨骼或牙齒中的重要組成部分,。
在此項(xiàng)研究中,，關(guān)鍵創(chuàng)新之處在于引導(dǎo)細(xì)菌生長碳酸鈣礦物質(zhì)，以獲得與天然礦化復(fù)合材料相似的有序微結(jié)構(gòu),。研究人員Qiming Wang表示：“細(xì)菌知道如何節(jié)省時(shí)間和精力去做事情,，它們擁有自己的智慧，我們可以利用它們的聰明才智設(shè)計(jì)出優(yōu)于合成材料的混合材料,?！?/p>
事實(shí)上，從大自然中汲取靈感在工程學(xué)中并不新鮮,?！氨M管細(xì)菌、真菌和病毒等微生物有時(shí)會(huì)有害于引起疾病,，但它們也可能有益,。我們使用微生物材料進(jìn)行加工已有悠久的歷史,，如使用酵母來釀造啤酒。但是關(guān)于利用微生物制造工程材料的研究有限,?！盦iming Wang表示。
新生物材料將活細(xì)菌和合成材料結(jié)合在一起,，所表現(xiàn)出的機(jī)械性能優(yōu)于當(dāng)前的任何天然或合成材料,。在很大程度上，這是受益于材料中的球粒結(jié)構(gòu),，其特征是多層礦物質(zhì)相互之間以不同的角度排列,，形成一種“扭曲”或螺旋形狀。這種結(jié)構(gòu)很難僅僅通過合成的方式制造,，因此研究人員使用細(xì)菌來實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo),。
為了制造這種材料，研究人員3D打印出格子結(jié)構(gòu),，其中為空方格,，并使格子層以不同的角度鋪設(shè)，從而形成螺旋形狀,。然后,，將細(xì)菌引入該結(jié)構(gòu)中。細(xì)菌天生喜歡附著在表面上,，因此會(huì)用它們的“腿”抓住材料,。接著，細(xì)菌會(huì)分泌脲酶,，促使形成碳酸鈣晶體,。它們沿著表面生長，最終會(huì)填滿網(wǎng)格結(jié)構(gòu)中的小方格或空隙,。
“我們做了機(jī)械測試,，證明這種結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度非常高。他們還能夠抵抗裂紋擴(kuò)展斷裂,，并有助于抑制或耗散材料內(nèi)部的能量,。可應(yīng)用于航空航天面板和車架等基礎(chǔ)設(shè)施,?！辈┦可鶤n Xin說。另外,，這種活性材料相對較輕,，也可以為防彈衣或車輛裝甲等防御應(yīng)用提供材料上的選擇。
當(dāng)需要維修時(shí),，甚至可以在這些材料中重新加入細(xì)菌,。研究人員表示：“這些生物材料仍然具有自我生長的特性,。當(dāng)材料受損時(shí)，我們可以加入細(xì)菌使其重新生長,。例如,，如果我們將其應(yīng)用于車架上，可以在必要時(shí)修復(fù)受損材料,。”（消息來源：viterbischool,；編譯/汽車之家 李娜）