用活的生物制造新材料

嚴(yán)毅梅

無機(jī)材料是指由無機(jī)物單獨或混合其他物質(zhì)制成的材料。無機(jī)材料的提取、制備、生產(chǎn)、使用及廢棄過程，常常消耗大量的資源和能源，并排放大量的污染物，造成環(huán)境污染。

科學(xué)家一直在尋求既能生產(chǎn)無機(jī)材料又不污染環(huán)境的方法。美國麻省理工學(xué)院的生物工程師蒂莫西盧認(rèn)為，如果我們利用活的生物制造材料，就可以既避免污染，又能節(jié)省能源。為了創(chuàng)造這樣的材料，蒂莫西盧的團(tuán)隊繪制細(xì)菌細(xì)胞，進(jìn)行“工程化設(shè)計”，他們將活體細(xì)胞和無生命物質(zhì)環(huán)境結(jié)合在一起制造混合物質(zhì)，使活體細(xì)胞生存并充分發(fā)揮其功能。他們利用大腸桿菌制造出一種生物膜，能夠吸附在不同納米微粒表面，形成活體混合物質(zhì)，既適宜大腸桿菌生長，又可以導(dǎo)電或發(fā)射熒光，從而使我們能夠利用外部信號控制細(xì)菌所產(chǎn)生的物質(zhì)，而且通過改變大腸桿菌所處的環(huán)境，來改變生物膜的組成。經(jīng)研究人員改造的大腸桿菌細(xì)胞之間可以相互影響，由此決定形成材料的過程和屬性。這樣，人類可以利用活的大腸桿菌生產(chǎn)出復(fù)雜結(jié)構(gòu)的材料，并使其能夠自我組裝成特定的東西，如用于太陽能電池和診斷傳感器的材料，甚至可以成為自我修復(fù)的材料（這些材料可以感知自己受到損傷并自我修復(fù)）。這項研究并不局限于大腸桿菌，他們正在考慮使用光合生物和真菌作為制造新材料的活體。此外，蒂莫西盧還設(shè)想改變活細(xì)胞傳感器的屬性，使其能發(fā)現(xiàn)特定的環(huán)境信號，如毒素。并且，該生物膜也能應(yīng)用到農(nóng)業(yè)廢棄物領(lǐng)域，使其轉(zhuǎn)化為生物燃料。研究人員說，人們希望利用太陽能來合成新材料，他們希望模擬自然系統(tǒng)，如骨骼的形成系統(tǒng)。

利用活的生物生產(chǎn)新材料、新器件實質(zhì)上是兩全其美的，既有使活細(xì)胞生長的功能，又有無機(jī)材料的功能，如導(dǎo)電或發(fā)光。這為基因工程與材料制造提供了一個新思路。endprint