潛力無窮的生物新材料
發(fā)布時(shí)間：
2017-01-18
生物新材料在醫(yī)學(xué)方面已被廣泛用于人造關(guān)節(jié)、牙科填充物以及人工心臟瓣膜等。???????俄羅斯科學(xué)家通過多年研究，把從人體或動(dòng)物的骨骼中提取的骨膠原(構(gòu)成結(jié)締組織的主要蛋白質(zhì))與從結(jié)締組織中分離出的復(fù)雜氨基葡萄糖結(jié)合起來，獲得了具有獨(dú)特功能的新型生物復(fù)合材料。這種生物復(fù)合材料有助于恢復(fù)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(shù)、肉瘤的治療以及關(guān)節(jié)的修復(fù)等，在醫(yī)學(xué)上獲得了廣泛應(yīng)用。??
生物新材料在醫(yī)學(xué)方面已被廣泛用于人造關(guān)節(jié)、牙科填充物以及人工心臟瓣膜等。
俄羅斯科學(xué)家通過多年研究，把從人體或動(dòng)物的骨骼中提取的骨膠原(構(gòu)成結(jié)締組織的主要蛋白質(zhì))與從結(jié)締組織中分離出的復(fù)雜氨基葡萄糖結(jié)合起來，獲得了具有獨(dú)特功能的新型生物復(fù)合材料。這種生物復(fù)合材料有助于恢復(fù)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(shù)、肉瘤的治療以及關(guān)節(jié)的修復(fù)等，在醫(yī)學(xué)上獲得了廣泛應(yīng)用。
中醫(yī)學(xué)曾記載，蟹殼可“攻毒、散風(fēng)、消積、行淤”，雖然其中的甲殼素成分最早由法國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并命名為“幾丁質(zhì)”，但由于幾丁質(zhì)不溶于水，長期以來被視為廢物。上海第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長征醫(yī)院的科研團(tuán)隊(duì)研發(fā)近20年，研制出了兼具水溶性、生物安全性的醫(yī)用幾丁糖。醫(yī)用幾丁糖是一種天然高分子化合物，具有促進(jìn)上皮細(xì)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(xì)胞凝聚，目前根據(jù)此機(jī)理開發(fā)的止血綁帶已在外軍應(yīng)用。在護(hù)眼功能方面，幾丁糖被發(fā)現(xiàn)可以維持角膜上皮細(xì)胞的黏彈性和保濕性，對長時(shí)間使用電腦造成的干眼癥等有效。幾丁糖與膠原復(fù)合，還能在組織工程醫(yī)療中充當(dāng)支架材料，比如納米級的神經(jīng)導(dǎo)管，不僅可抗彎抗壓，還能在體內(nèi)降解和被吸收。醫(yī)用幾丁糖項(xiàng)目已成功申報(bào)并獲得2008年度上海市技術(shù)發(fā)明獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。
生物新材料不僅在醫(yī)學(xué)方面得到廣泛應(yīng)用，而科學(xué)家還將目光投向了應(yīng)用于各行各業(yè)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(chǎn)品外殼、用DNA制成的節(jié)能燈泡、用蛋白質(zhì)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(guān)系呢。美國兩名年輕的發(fā)明家，貝爾和麥克因塔爾，用蘑菇研發(fā)出了一種用于建筑行業(yè)的環(huán)保有機(jī)材料。發(fā)明者將水、礦石微粒、淀粉和過氧化氫注入一個(gè)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(huán)境之中，細(xì)胞即開始吸收其中的淀粉作為養(yǎng)分，萌發(fā)出上千個(gè)像根一樣的細(xì)胞串。一至兩星期之后，就長成了一個(gè)2．54厘米(1英寸)厚的有機(jī)板?？茖W(xué)家對其作干燥處理以免真菌滋生，最后的制成品就像個(gè)巨大的木質(zhì)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(fù)合樣品的耐熱系數(shù)比商業(yè)用玻璃纖維的耐熱系數(shù)(2．7)高出0．2。測試結(jié)果表明此項(xiàng)專利不僅極具市場競爭力，還有利于環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。
三星W51 0是第一款以玉米淀粉為原材料制成的綠色環(huán)保手機(jī)。在制造這款手機(jī)的過程中杜絕使用溴化阻燃劑(BFR)和聚氯乙烯(PVC)等危害環(huán)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(shí)又不含有如鉛、汞和鎘等重金屬元素。該手機(jī)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(jī)物，不會對環(huán)境造成污染。
美國麻省理工學(xué)院的學(xué)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(xué)物結(jié)合在一起并且產(chǎn)生電流，其功效不低于當(dāng)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(xué)的專家用從鮭魚子中提煉的遺傳物質(zhì)來制造節(jié)能燈泡，其使用壽命比現(xiàn)在的節(jié)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(nèi)的蛋白質(zhì)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(dāng)聚合膠在日常生活中使用，當(dāng)由弱電流控制的凝膠應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)、泵和閥門，當(dāng)黏膠劑保護(hù)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(zhì)分子作元件可以制成生物芯片，激發(fā)了眾多科學(xué)家的靈感和熱情。用蛋白質(zhì)制造的電腦芯片在1平方毫米的面積上即可容納數(shù)億個(gè)電路，其存儲容量可以達(dá)到普通電腦的10億倍。由蛋白質(zhì)構(gòu)成的集成電路，大小只相當(dāng)于硅片集成電路的十萬分之一，而且運(yùn)轉(zhuǎn)速度更快。此外，生物芯片耗能低，且具有自我修復(fù)的功能，它可以與人腦結(jié)合起來，聽從人腦指揮，從人體中吸收養(yǎng)分。
獨(dú)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(xué)家預(yù)測獨(dú)角仙所呈現(xiàn)的外殼結(jié)構(gòu)特征將成為未來一種“智能材料”的重要特性。依據(jù)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(jiān)控濕度指數(shù)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(xué)的態(tài)度去不斷探尋。
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