新研究显示:微生物结合3D打印技术,可帮助人类在月球和火星上建立移民地
时间:2022-12-21 10:58 来源:南极熊 作者:admin 阅读:次
△微生物在地球上起着至关重要的作用。为什么不利用他们的力量进行太空移民呢?
UCI材料科学与工程系和约翰霍普金斯大学生物系的研究人员,使用高分辨率电子显微镜和先进的光谱成像技术,精确了解微生物是如何改变天然矿物和合成纳米陶瓷的。
科学家观察到,蓝藻细菌会产生生物膜,溶解石膏岩中的磁性氧化铁颗粒,随后将磁铁矿转化为氧化赤铁矿示意图
据科学家称,一个关键因素是蓝藻产生生物膜,溶解石膏岩中的磁性氧化铁颗粒,随后将磁铁矿转化为氧化赤铁矿。
该团队已将最新研究成果发表在Materials Today Bio杂志上,可以为新的仿生采矿方法提供一个新的思路。作者还表示,他们认为这些结果是朝着在大规模3D打印中使用微生物迈出的一步,未来该技术可用于恶劣环境(如月球和火星)的土木工程。
该研究的通讯作者UCI材料教授David Kisailus说:“通过一个进化了数百万年的生物过程,这些微小的矿工挖掘岩石,提取对生理功能至关重要的矿物质,如光合作用,使他们得以生存。人类是否可以使用类似的生化方法来获取我们认为有价值的矿物质?这个项目将引领我们走上这条道路。”
该研究的合著者Jocelyne DiRuggiero说:“阿塔卡马沙漠是地球上最干燥、最荒凉的地方之一,但约翰霍普金斯大学团队在那里收集的石膏样本中发现的蓝藻细菌Chroococccidiopsis已经发展出惊人的适应能力,可以在岩石栖息地生存。”
她补充道,其中一些特性包括产生吸收远红外光子的叶绿素,以及从周围矿物质中提取水和铁的能力,里面所含的矿物质都发生了变化。
DiRuggiero说:“蓝藻细胞通过产生丰富的细胞外聚合物促进磁铁矿溶解和铁溶解,导致磁铁矿溶解和氧化成赤铁矿。在磁铁矿纳米颗粒存在的情况下,铁载体(由细菌和真菌产生的结合铁的化合物)的产生得到增强,这表明蓝色细菌利用它们从磁铁矿中获取铁。”
Kisailus说:“当我们开采矿物时,我们需要对矿石进行塞选,对这些矿石的提取同样具有挑战性。然后,我们经常需要对这些矿石进行极端加工,以将它们转化为有价值的东西。因此,这种做法可能会付出金钱和环境代价。”
△研究人员表示,该技术可以采用生化方法来获取我们认为有价值的矿物质
Kisailus说,他现在正在考虑一种生化方法,使用铁载体、酶和其它分泌物的天然或合成类似物来处理矿物质,而不是采用大型破碎机。他说还有一种方法可以让微生物利用类似的生化能力,在不太方便的地方按需生产工程材料。
Kisailus说:“我称之为‘月球形成’而不是地球化。如果你想在月球上建造一些东西,我们可以采用3D打印技术制造介质,然后让微生物将其重新配置成有价值的东西,而不是让人们去做制作。这是我的仿生学和纳米结构材料实验室的研究主题。既然大自然已经在数亿年内完善了轮子,为什么还要重新发明轮子呢?”
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