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你未来的衣服会是藻类做的吗?

2021年4月29日
一只戴着蓝色手套的手拿着一个小小的白色材料圈,上面印着一件小小的绿色t恤.一件迷你t恤展示了新萄京娱乐场生物学教授安妮年代. 迈耶使用3D打印机和一种新的生物墨水技术. (新萄京娱乐场图片)

新萄京娱乐场的研究人员使用3D打印技术创作了一部小说, 由藻类制成的环保材料,不仅可用于能源和医药, 但也适用于时尚和太空探索.

生活的材料, 它们是由非生命基质中的生物细胞构成的, 近年来,随着科学家们认识到最坚固的材料往往是那些模仿自然的材料,这种材料越来越受欢迎.

第一次,研究人员在 新萄京娱乐场大学 而且 代尔夫特理工大学 荷兰的科学家使用3D打印机和一种新颖的生物打印技术将藻类打印出来, 坚韧而有弹性的光合物质. 这种材料在能源、医疗和时尚领域有多种应用. 这项研究发表在该杂志上 先进功能材料.

“三维打印已被证明是一种制造生物材料的有效技术,对环境和其他方面都有许多好处,” 安妮年代. 迈耶新萄京娱乐场的生物学副教授. “新萄京娱乐场的光合活材料是该领域向前迈出的一大步,因为它们是工程光合材料的第一个例子,其物理强度足以应用于现实世界.”

开发生物基材料的工作是梅耶实验室领导的一系列研究工作中的最新成果. 梅耶和她的研究团队在利用细菌开发工业重要材料方面一直处于领先地位 人造珍珠母 而且 石墨烯.

一位艺术家的插图展示了3D打印材料如何应用于耐用性, 生活服装. (莉莎·范德阿尔特插画)

如何制造新材料:生物和非生物成分

来创造光合物质, 研究人员从一种无生命的细菌纤维素开始研究,这是一种由细菌产生和排泄的有机化合物. 细菌纤维素具有许多重要的力学性能, 包括灵活性, 韧性, 强度, 以及保持形状的能力, 即使被扭曲, 压碎, 或者身体扭曲.

细菌纤维素就像打印机里的纸张,而活的微藻就像墨水. 迈耶和她的同事使用3D打印机将活藻类沉积在细菌纤维素上.

The combination of living (microalgae) 而且 nonliving (bacterial cellulose) components resulted in a unique material that has the photosynthetic quality of the algae 而且 the robustness of the bacterial cellulose; the material is tough 而且 resilient while also eco-friendly, 可生物降解的, 而且生产简单,可扩展. 这种材料类似植物的性质意味着它可以利用光合作用在数周内“养活”自己, 它还可以再生——一小块材料样本可以在现场生长,以制造更多的材料.

人造叶子,光合皮肤和生物服装

该材料的特性使其成为各种应用的理想候选材料, 包括人造树叶等新产品, 光合作用的皮肤, 或者光合生物衣.

人造树叶是一种模仿真实树叶的材料,它们利用阳光将水和二氧化碳(气候变化的主要驱动因素)转化为氧气和能量, 就像光合作用中的叶子一样. 树叶以糖的化学形式储存能量,然后转化为燃料. 因此,人造树叶提供了一种在植物生长不好的地方生产可持续能源的方法, 包括, 潜在的, 外太空殖民地. 梅耶和她的同事们生产的人造树叶还由环保材料制成, 与目前生产中的大多数人造叶子技术相比, 哪些是用有毒化学方法生产的.

“对于人造树叶, 新萄京娱乐场的材料就像植物的“最好的部分”——叶子——可以创造可持续的能源, 不需要使用资源来生产植物的茎和根,这些部分需要资源但不产生能量,迈耶说. “新萄京娱乐场正在制造一种只专注于可持续能源生产的材料.”

这种材料的另一个应用是光合皮肤, 哪一种可以用于皮肤移植, 迈耶说. “产生的氧气将有助于损伤区域的愈合, 或者它可以进行光激活伤口愈合.”

除了提供可持续能源和医疗,这些材料还可以改变时尚. 由藻类制成的生物服装将解决当前纺织业对环境的一些负面影响,因为它们将是可持续性生产的高质量面料,并且完全可生物降解. 它们还可以通过光合作用去除二氧化碳来净化空气,而且不像传统服装那样需要经常清洗, 减少用水.

新萄京娱乐场的生物材料令人兴奋,因为它们可以在几周内自我维持,并且可以在现场繁殖, 这样它们才有可能真正持久,并且能够像酸酵母发酵剂一样轻松地在全球范围内共享,迈耶说.


现在,也许 头盔,也

In 相关研究 发表在 细胞报告物理科学,安妮·S. 梅耶和她来自代尔夫特理工大学的合作者报告了使用细菌纤维素的额外进展——这次是与碳酸钙结合, 一种通常存在于蛋壳和贝壳中的物质,用来制造受大自然启发的耐用材料. 这种材料的独特特性可能使其成为家具等日常用品的有用构件, 手机持有者, 或者防护头盔.

用细菌, 碳酸钙, 厨房搅拌机, 还有一个筛子, 迈耶和她的实验室创造的材料可以:

  • 从33英尺高的地方不断摔下来, 或者承受一个155磅重的人站在上面, 没有任何明显的损伤;
  • 与明火直接接触一分钟而不被点燃或燃烧;
  • 被塑造成3D形状,然后反复回收和重新塑造,形成新的形状.

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类别: 科学 & 技术