南加州大学利用细菌制造汽车材料 更加坚固有弹性

据外媒报道，南加州大学维特比工程学院的研究人员利用活细菌制造出坚固、耐用、有弹性的工程材料。

研究人员正在研究一种特殊类型的细菌——巴氏葡萄球菌，它以分泌一种名为脲酶的酶而闻名。当脲酶暴露于尿素和钙离子时，它会产生碳酸钙，这是一种矿物质化合物，是骨骼或牙齿中的重要成分。在这项研究中，关键的创新在于引导细菌生长碳酸钙矿物，以获得类似于天然矿化复合材料的有序微观结构。王启明研究员说：“细菌知道如何以省时省力的方式做事。我们可以利用他们的智慧设计混合材料，使其性能优于全合成材料。”肿瘤材料将活细菌和合成材料结合在一起，表现出比目前任何天然或合成材料更好的机械性能。这在很大程度上得益于材料中的球形结构，其特征是多层矿物以不同角度排列，形成“扭曲”或螺旋形状。这种结构很难单独通过合成来制造，因此研究人员使用细菌来实现这一目标。为了制造这种材料，研究人员3D打印出了晶格结构，这是一个空的正方形，并将晶格层以不同的角度放置，形成螺旋形状。然后，将细菌引入结构中。细菌天生喜欢粘附在表面，所以它们用“腿”来抓住材料。随后，细菌分泌脲酶，从而促进碳酸钙晶体的形成。它们沿着表面生长，最终填充网格结构中的小正方形或间隙。测试表明，这种结构的强度非常高，可以应用于航空航天面板和框架等基础设施。此外，这种活性材料相对较轻，也为防弹背心或车辆装甲等国防应用提供了选择。当需要修复时，细菌甚至可以重新引入这些材料中。研究人员表示，“这些生物材料仍然具有自我生长的特性。当材料受损时，我们可以添加细菌使其再次生长。例如，如果我们将其应用于桥梁，我们可以在必要时修复受损材料。”

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