巨頭紛紛入局造車，具有兩大優勢的細菌造車考慮一下？_風聞

新研究中，研究人員正致力於用活細菌來製造堅固耐用且富有彈性的工程材料。

生物為研究人員設計合成材料提供了源源不斷的靈感。研究人員利用活細菌和3D打印材料，培育了具有有序微結構的仿生礦化複合材料。

生物系統可利用自身活細胞生長、再生，但工程系統不具備這樣的特性。現在，情況出現了轉機。phys.org網站當地時間2月22日報道，美國南加州大學的Qiming Wang等人正試圖用活細菌來製造堅固耐用、富有彈性的工程材料。

相關研究成果刊登在《先進材料》雜誌中。“我們製造的材料具有生命特徵，並且能夠自我生長。”Wang説，“顯微鏡問世之後，自然材料的複雜微結構讓我們倍感驚訝。現在，我們向複製這種微結構邁出了重要一步——利用活細菌作為工具，直接培育出人類無法制造的驚人結構。”

研究人員選擇了一種特殊的細菌：芽孢桿菌作為研究對象。芽孢桿菌能夠分泌出脲酶。當脲酶暴露在尿素和鈣離子中時，會產生碳酸鈣。碳酸鈣是一種常見於骨骼或牙齒的基本強礦物質。Wang説：“我們的創新點在於：引導細菌產生碳酸鈣礦物，從而實現與天然礦化複合材料類似的有序微結構。細菌知道如何省時省力地完成工作。它們有自己的智能系統，我們可以對此加以利用，設計出優於全合成材料的混合材料。”

在工程學中，從大自然中汲取靈感的做法並不新鮮。自然界中有許多複雜礦化複合材料的實例，例如：珍珠層或軟體動物的硬殼，它們都具有超強的抗斷裂性和能量衰減性。

Wang説：“儘管細菌、真菌和病毒等微生物有時會引發疾病，但它們也可能是有益的，比如：人類會用酵母生產啤酒。然而，利用微生物製造工程材料的研究還相當有限。混合材料良好的機械性能很大程度上與其bouligand結構有關。這種結構的特徵是多層礦物的不同角度堆疊，形成扭轉的螺旋狀。然而，bouligand結構很難人工合成。此前，研究人員曾觀察到螳螂蝦能用它的‘錘子’敲開獵物的外殼。經分析，他們發現螳螂蝦的錘子具備bouligand結構。”

為了搭建bouligand結構，研究人員先用3D打印技術製造了特殊的晶格結構，然後引入芽孢桿菌。芽孢桿菌附着在晶格表面，分泌出脲酶，誘導碳酸鈣晶體的形成，並最終填充了晶格結構中的空隙。研究人員An Xin説：“測試結果表明，這種結構能夠有效抵抗裂紋擴展，並幫助材料消散內部能量。”

Wang補充：“我們製造出了一種堅韌的材料。它可能在航空航天、車輛工程等方面有潛在應用價值。一個有趣的設想是，當這些材料受損時，我們可以引入細菌它們再生。例如，當橋樑出現裂紋時，工程師可以用細菌完成快速修復。”

編譯：雷鑫宇

審稿：西莫

責編：陳之涵

期刊來源：《先進材料》

期刊編號：0935-9648

原文鏈接：

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

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