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潛力無窮的生物新材料
信息來源:spxcl 發布時間:2018-11-26 20:09:19 瀏覽次數:

生物新材料在醫學方面已被廣泛用于人造關節、牙科填充物以及人工心臟瓣膜等。
       俄羅斯科學家通過多年研究,把從人體或動物的骨骼中提取的骨膠原(構成結締組織的主要蛋白質)與從結締組織中分離出的復雜氨基葡萄糖結合起來,獲得了具有獨特功能的新型生物復合材料。這種生物復合材料有助于恢復受損傷的人體器官組織功能,如可加速傷口的愈合,用于牙科手術、肉瘤的治療以及關節的修復等,在醫學上獲得了廣泛應用。
       中醫學曾記載,蟹殼可“攻毒、散風、消積、行淤”,雖然其中的甲殼素成分最早由法國科學家發現并命名為“幾丁質”,但由于幾丁質不溶于水,長期以來被視為廢物。上海第二軍醫大學附屬長征醫院的科研團隊研發近20年,研制出了兼具水溶性、生物安全性的醫用幾丁糖。醫用幾丁糖是一種天然高分子化合物,具有促進上皮細胞生長、廣譜抑菌等多種生物特性。在止血功能方面,帶陽離子的幾丁糖易與帶陰離子的紅細胞凝聚,目前根據此機理開發的止血綁帶已在外軍應用。在護眼功能方面,幾丁糖被發現可以維持角膜上皮細胞的黏彈性和保濕性,對長時間使用電腦造成的干眼癥等有效。幾丁糖與膠原復合,還能在組織工程醫療中充當支架材料,比如納米級的神經導管,不僅可抗彎抗壓,還能在體內降解和被吸收。醫用幾丁糖項目已成功申報并獲得2008年度上海市技術發明獎一等獎。
       生物新材料不僅在醫學方面得到廣泛應用,而科學家還將目光投向了應用于各行各業的新型生物材料。于是,用蘑菇制成的建筑材料、用玉米制成的電子產品外殼、用DNA制成的節能燈泡、用蛋白質制成的芯片、用病毒制成的電池、用海洋生物制成的粘合劑等紛紛閃亮登場。
       蘑菇是餐桌上的美味食物,誰又會想到它和建筑材料扯上了關系呢。美國兩名年輕的發明家,貝爾和麥克因塔爾,用蘑菇研發出了一種用于建筑行業的環保有機材料。發明者將水、礦石微粒、淀粉和過氧化氫注入一個1 7.78厘米(7英寸)見方的模子里,再注入活性蘑菇孢子,其中的過氧化氫的作用是阻止材料中其他成分的生長。將上述材料置于黑暗環境之中,細胞即開始吸收其中的淀粉作為養分,萌發出上千個像根一樣的細胞串。一至兩星期之后,就長成了一個2.54厘米(1英寸)厚的有機板??茖W家對其作干燥處理以免真菌滋生,最后的制成品就像個巨大的木質餅干。在耐熱性能方面,厚2.54厘米(1英寸)的珍珠巖一蘑菇復合樣品的耐熱系數比商業用玻璃纖維的耐熱系數(2.7)高出0.2。測試結果表明此項專利不僅極具市場競爭力,還有利于環保和可持續發展。
       三星W51 0是第一款以玉米淀粉為原材料制成的綠色環保手機。在制造這款手機的過程中杜絕使用溴化阻燃劑(BFR)和聚氯乙烯(PVC)等危害環境的材料,其原料采用玉米等植物中的聚乳酸為主要成分,具有水溶性,同時又不含有如鉛、汞和鎘等重金屬元素。該手機被廢棄后可通過微生物和氧化作用緩慢地被分解成二氧化碳、水和無機物,不會對環境造成污染。
       美國麻省理工學院的學者正在使用病毒來制造電池。他們使用的病毒對人體無害,可以幫助金屬元素和其他一些化學物結合在一起并且產生電流,其功效不低于當今人們普遍使用的電池,但是體積是普通電池的1/4。而美國辛辛那提大學的專家用從鮭魚子中提煉的遺傳物質來制造節能燈泡,其使用壽命比現在的節能燈長3至5倍。
       水母身體中的大量液體可提煉成聚合膠,海參體內的蛋白質和脂肪可提煉成凝膠,貽貝賴以牢固地將自己固定在巖石和沙子上的足絲可以提煉成黏膠劑,這些膠體在吸收了30倍于自身體積的水分后仍能保持硬挺,并且干燥。當聚合膠在日常生活中使用,當由弱電流控制的凝膠應用于驅動電機、泵和閥門,當黏膠劑保護金屬片不受侵蝕,生物的各種特性讓我們見識到了大自然的神奇。
       用蛋白質分子作元件可以制成生物芯片,激發了眾多科學家的靈感和熱情。用蛋白質制造的電腦芯片在1平方毫米的面積上即可容納數億個電路,其存儲容量可以達到普通電腦的10億倍。由蛋白質構成的集成電路,大小只相當于硅片集成電路的十萬分之一,而且運轉速度更快。此外,生物芯片耗能低,且具有自我修復的功能,它可以與人腦結合起來,聽從人腦指揮,從人體中吸收養分。
       獨角仙是一種不同尋常的昆蟲,它的外殼可以隨著外界空氣的潮濕度由綠色變成黑色??茖W家預測獨角仙所呈現的外殼結構特征將成為未來一種“智能材料”的重要特性。依據這種特征可以研制作為濕度探測器的新型材料,可用在食品加工廠監控濕度指數等方面。
       大自然有太多太多的秘密需要我們用敏銳的眼光、科學的態度去不斷探尋。

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