南加州大学利用细菌制造汽车材料 更加坚固有弹性

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大龙车务 ，南加州大学维特比工程学院（USC Viterbi School Of Engineering）的研究人员利用活细菌制造坚固、耐受和有弹性的工程材料。

（图片来源：viterbischool）

研究人员研究的是一种特殊的细菌——巴氏葡萄球菌（S. pasteurii），这种细菌以分泌一种名为脲酶的酶而闻名。当脲酶暴露在尿素和钙离子中时，会产生碳酸钙，这种矿物质化合物是骨骼或牙齿中的重要组成部分。在此项研究中，关键创新之处在于引导细菌生长碳酸钙矿物质，以获得与天然矿化复合材料相似的有序微结构。研究人员Qiming Wang表示：“细菌知道如何省时又省力地做事。我们可以利用它们的智能来设计混合材料，使其性能超过全合成材料。”

新生物材料将活细菌和合成材料结合在一起，所表现出的机械性能优于当前的任何天然或合成材料。在很大程度上，这是受益于材料中的球粒（Bouligand）结构，其特征是多层矿物质相互之间以不同的角度排列，形成一种“扭曲”或螺旋形状。这种结构很难仅仅通过合成的方式制造，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打印出格子结构，其中为空方格，并使格子层以不同的角度铺设，从而形成螺旋形状。然后，将细菌引入该结构中。细菌天生喜欢附着在表面上，因此会用它们的“腿”抓住材料。接着，细菌会分泌脲酶，促使形成碳酸钙晶体。它们沿着表面生长，最终会填满网格结构中的小方格或空隙。

测试显示，这种结构的强度非常高，可应用于航空航天面板和车架等基础设施。另外，这种活性材料相对较轻，也为防弹衣或车辆装甲等防御应用提供了选择。

当需要维修时，甚至可以在这些材料中重新加入细菌。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，我们可以加入细菌使其重新生长。例如，如果我们将其应用于桥梁，可以在必要时修复受损材料。”

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