巨头纷纷入局造车，具有两大优势的细菌造车考虑一下？

Science_北京

不惧过往，不畏将来！02-24 16:03

新研究中，研究人员正致力于用活细菌来制造坚固耐用且富有弹性的工程材料。

生物为研究人员设计合成材料提供了源源不断的灵感。研究人员利用活细菌和3D打印材料，培育了具有有序微结构的仿生矿化复合材料。

生物系统可利用自身活细胞生长、再生，但工程系统不具备这样的特性。现在，情况出现了转机。phys.org网站当地时间2月22日报道，美国南加州大学的Qiming Wang等人正试图用活细菌来制造坚固耐用、富有弹性的工程材料。

相关研究成果刊登在《先进材料》杂志中。“我们制造的材料具有生命特征，并且能够自我生长。”Wang说，“显微镜问世之后，自然材料的复杂微结构让我们倍感惊讶。现在，我们向复制这种微结构迈出了重要一步——利用活细菌作为工具，直接培育出人类无法制造的惊人结构。”

研究人员选择了一种特殊的细菌：芽孢杆菌作为研究对象。芽孢杆菌能够分泌出脲酶。当脲酶暴露在尿素和钙离子中时，会产生碳酸钙。碳酸钙是一种常见于骨骼或牙齿的基本强矿物质。Wang说：“我们的创新点在于：引导细菌产生碳酸钙矿物，从而实现与天然矿化复合材料类似的有序微结构。细菌知道如何省时省力地完成工作。它们有自己的智能系统，我们可以对此加以利用，设计出优于全合成材料的混合材料。”

在工程学中，从大自然中汲取灵感的做法并不新鲜。自然界中有许多复杂矿化复合材料的实例，例如：珍珠层或软体动物的硬壳，它们都具有超强的抗断裂性和能量衰减性。

Wang说：“尽管细菌、真菌和病毒等微生物有时会引发疾病，但它们也可能是有益的，比如：人类会用酵母生产啤酒。然而，利用微生物制造工程材料的研究还相当有限。混合材料良好的机械性能很大程度上与其bouligand结构有关。这种结构的特征是多层矿物的不同角度堆叠，形成扭转的螺旋状。然而，bouligand结构很难人工合成。此前，研究人员曾观察到螳螂虾能用它的‘锤子’敲开猎物的外壳。经分析，他们发现螳螂虾的锤子具备bouligand结构。”

为了搭建bouligand结构，研究人员先用3D打印技术制造了特殊的晶格结构，然后引入芽孢杆菌。芽孢杆菌附着在晶格表面，分泌出脲酶，诱导碳酸钙晶体的形成，并最终填充了晶格结构中的空隙。研究人员An Xin说：“测试结果表明，这种结构能够有效抵抗裂纹扩展，并帮助材料消散内部能量。”

Wang补充：“我们制造出了一种坚韧的材料。它可能在航空航天、车辆工程等方面有潜在应用价值。一个有趣的设想是，当这些材料受损时，我们可以引入细菌它们再生。例如，当桥梁出现裂纹时，工程师可以用细菌完成快速修复。”

编译：雷鑫宇

审稿：西莫

责编：陈之涵

期刊来源：《先进材料》

期刊编号：0935-9648

原文链接：

https://phys.org/news/2021-02-bacteria-stronger-cars-airplanes-armor.html

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