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潜力无穷的生物新材料

日期:2017年1月18日 15:39

        生物新材料在医学方面已被广泛用于人造关节、牙科填充物以及人工心脏瓣膜等。
        俄罗斯科学家通过多年研究,把从人体或动物的骨骼中提取的骨胶原(构成结缔组织的主要蛋白质)与从结缔组织中分离出的复杂氨基葡萄糖结合起来,获得了具有独特功能的新型生物复合材料。这种生物复合材料有助于恢复受损伤的人体器官组织功能,如可加速伤口的愈合,用于牙科手术、肉瘤的治疗以及关节的修复等,在医学上获得了广泛应用。
        中医学曾记载,蟹壳可“攻毒、散风、消积、行淤”,虽然其中的甲壳素成分最早由法国科学家发现并命名为“几丁质”,但由于几丁质不溶于水,长期以来被视为废物。上海第二军医大学附属长征医院的科研团队研发近20年,研制出了兼具水溶性、生物安全性的医用几丁糖。医用几丁糖是一种天然高分子化合物,具有促进上皮细胞生长、广谱抑菌等多种生物特性。在止血功能方面,带阳离子的几丁糖易与带阴离子的红细胞凝聚,目前根据此机理开发的止血绑带已在外军应用。在护眼功能方面,几丁糖被发现可以维持角膜上皮细胞的黏弹性和保湿性,对长时间使用电脑造成的干眼症等有效。几丁糖与胶原复合,还能在组织工程医疗中充当支架材料,比如纳米级的神经导管,不仅可抗弯抗压,还能在体内降解和被吸收。医用几丁糖项目已成功申报并获得2008年度上海市技术发明奖一等奖。
        生物新材料不仅在医学方面得到广泛应用,而科学家还将目光投向了应用于各行各业的新型生物材料。于是,用蘑菇制成的建筑材料、用玉米制成的电子产品外壳、用DNA制成的节能灯泡、用蛋白质制成的芯片、用病毒制成的电池、用海洋生物制成的粘合剂等纷纷闪亮登场。
        蘑菇是餐桌上的美味食物,谁又会想到它和建筑材料扯上了关系呢。美国两名年轻的发明家,贝尔和麦克因塔尔,用蘑菇研发出了一种用于建筑行业的环保有机材料。发明者将水、矿石微粒、淀粉和过氧化氢注入一个1 7.78厘米(7英寸)见方的模子里,再注入活性蘑菇孢子,其中的过氧化氢的作用是阻止材料中其他成分的生长。将上述材料置于黑暗环境之中,细胞即开始吸收其中的淀粉作为养分,萌发出上千个像根一样的细胞串。一至两星期之后,就长成了一个2.54厘米(1英寸)厚的有机板。科学家对其作干燥处理以免真菌滋生,最后的制成品就像个巨大的木质饼干。在耐热性能方面,厚2.54厘米(1英寸)的珍珠岩一蘑菇复合样品的耐热系数比商业用玻璃纤维的耐热系数(2.7)高出0.2。测试结果表明此项专利不仅极具市场竞争力,还有利于环保和可持续发展。
        三星W51 0是第一款以玉米淀粉为原材料制成的绿色环保手机。在制造这款手机的过程中杜绝使用溴化阻燃剂(BFR)和聚氯乙烯(PVC)等危害环境的材料,其原料采用玉米等植物中的聚乳酸为主要成分,具有水溶性,同时又不含有如铅、汞和镉等重金属元素。该手机被废弃后可通过微生物和氧化作用缓慢地被分解成二氧化碳、水和无机物,不会对环境造成污染。
        美国麻省理工学院的学者正在使用病毒来制造电池。他们使用的病毒对人体无害,可以帮助金属元素和其他一些化学物结合在一起并且产生电流,其功效不低于当今人们普遍使用的电池,但是体积是普通电池的1/4。而美国辛辛那提大学的专家用从鲑鱼子中提炼的遗传物质来制造节能灯泡,其使用寿命比现在的节能灯长3至5倍。
        水母身体中的大量液体可提炼成聚合胶,海参体内的蛋白质和脂肪可提炼成凝胶,贻贝赖以牢固地将自己固定在岩石和沙子上的足丝可以提炼成黏胶剂,这些胶体在吸收了30倍于自身体积的水分后仍能保持硬挺,并且干燥。当聚合胶在日常生活中使用,当由弱电流控制的凝胶应用于驱动电机、泵和阀门,当黏胶剂保护金属片不受侵蚀,生物的各种特性让我们见识到了大自然的神奇。
        用蛋白质分子作元件可以制成生物芯片,激发了众多科学家的灵感和热情。用蛋白质制造的电脑芯片在1平方毫米的面积上即可容纳数亿个电路,其存储容量可以达到普通电脑的10亿倍。由蛋白质构成的集成电路,大小只相当于硅片集成电路的十万分之一,而且运转速度更快。此外,生物芯片耗能低,且具有自我修复的功能,它可以与人脑结合起来,听从人脑指挥,从人体中吸收养分。
        独角仙是一种不同寻常的昆虫,它的外壳可以随着外界空气的潮湿度由绿色变成黑色。科学家预测独角仙所呈现的外壳结构特征将成为未来一种“智能材料”的重要特性。依据这种特征可以研制作为湿度探测器的新型材料,可用在食品加工厂监控湿度指数等方面。
        大自然有太多太多的秘密需要我们用敏锐的眼光、科学的态度去不断探寻。

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