如果有人告訴你，細菌并不可怕，甚至還能制造出堅固、耐受和有彈性的工程材料，你會怎么想？這并非一種幻想，而是南加州大學維特比工程學院上的研究論文。
研究人員研究的是一種特殊的細菌——巴氏葡萄球菌，這種細菌以分泌一種名為脲酶的酶而聞名。當脲酶暴露在尿素和鈣離子中時，會產生碳酸鈣，這種礦物質化合物是骨骼或牙齒中的重要組成部分。
在此項研究中，關鍵創新之處在于引導細菌生長碳酸鈣礦物質，以獲得與天然礦化復合材料相似的有序微結構。研究人員Qiming Wang表示：“細菌知道如何節省時間和精力去做事情，它們擁有自己的智慧，我們可以利用它們的聰明才智設計出優于合成材料的混合材料。”
事實上，從大自然中汲取靈感在工程學中并不新鮮。“盡管細菌、真菌和病等微生物有時會有害于引起疾病，但它們也可能有益。我們使用微生物材料進行加工已有悠久的歷史，如使用酵母來釀造啤酒。但是關于利用微生物制造工程材料的研究有限。”Qiming Wang表示。
新生物材料將活細菌和合成材料結合在一起，所表現出的機械性能優于當前的任何天然或合成材料。在很大程度上，這是受益于材料中的球粒結構，其特征是多層礦物質相互之間以不同的角度排列，形成一種“扭曲”或螺旋形狀。這種結構很難僅僅通過合成的方式制造，因此研究人員使用細菌來實現這一目標。
為了制造這種材料，研究人員3D打印出格子結構，其中為空方格，并使格子層以不同的角度鋪設，從而形成螺旋形狀。然后，將細菌引入該結構中。細菌天生喜歡附著在表面上，因此會用它們的“腿”抓住材料。接著，細菌會分泌脲酶，促使形成碳酸鈣晶體。它們沿著表面生長，最終會填滿網格結構中的小方格或空隙。
“我們做了機械測試，證明這種結構的強度非常高。他們還能夠抵抗裂紋擴展斷裂，并有助于抑制或耗散材料內部的能量。可應用于航空航天面板和車架等基礎設施。”博士生An Xin說。另外，這種活性材料相對較輕，也可以為防彈衣或車輛裝甲等防御應用提供材料上的選擇。
當需要維修時，甚至可以在這些材料中重新加入細菌。研究人員表示：“這些生物材料仍然具有自我生長的特性。當材料受損時，我們可以加入細菌使其重新生長。例如，如果我們將其應用于車架上，可以在必要時修復受損材料。”
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