研究珊瑚礁 科學家打造出可適應外力的新材料

2021-01-08 儀器網86175

如果你平常有關注環境保護的話,那麼對於珊瑚礁現在肯定不會感到陌生。近兩年來,關於珊瑚礁大量白化甚至是死亡的新聞總是層出不窮。這個生長在海洋中、擁有美麗外表的物種,正在因海洋酸化和全球變暖等的影響,而被迫接收著前所未有的生存考驗。

據了解,全世界珊瑚礁的總面積約為28.43萬平方公裡,其中90%以上的都位於印度洋-太平洋地區。雖然珊瑚礁看起來有些「華而不實」,但實際上,它在地球的生態系統中扮演了一個非常重要的角色。這些從古生代初期就開始繁衍的珊瑚礁,不僅養活著四分之一的海洋物種,而且其中還蘊藏著豐富的礦產以及油氣資源。同時,在古生代研究和地殼運動研究等方面,它也發揮出了巨大的作用。

然而,珊瑚礁帶給人類的啟發並不僅限於此。由於人們總能在對自然現象的觀察中發現一些新知識,因此對於珊瑚礁的研究也總會迸發出新的科學火花。近日,約翰斯·霍普金斯大學的科學家們就基於對珊瑚礁性能的研究上,開發出了一種新的材料。

通常情況下,人體骨骼等天然材料可以通過細胞信號從周圍的血液中添加礦物質,進而調節並改變自身結構構成。同人體的骨骼一樣,珊瑚礁也被證明具有令人驚訝的適應能力,它能適應不同程度的壓力,並在其受到較大外力作用時,可以利用附近的礦物質加固自身的結構。

針對這一發現,約翰斯·霍普金斯大學的科研團隊在實驗室中成功地複製了這種適應性礦化過程,展示了一種可以在施加更大的力時改變自身硬度的新型材料。目前,研究人員正準備開發一種能以這一方式工作的材料。他們利用一種可以將機械力轉化為電荷的聚合物薄膜,將其放置在一種模仿血漿離子濃度的液體中,通過改變離子液體的成分來改變材料所承受的外力,由於電荷與它們所承受的壓力成正比,因此變化的電荷可作為信號,使礦物質在表面形成。研究人員在材料表面的一端固定了一個可增加應力水平的光束。實驗結果顯示,材料受力較大的部分表面聚集了更多的礦物質,而且礦物的高度與施加應力的平方根成正比。

另外研究人員還發現,他們可以通過控制體液中的離子成分來控制形成的礦物質的類型,這可能會使其這一材料具有更大的通用性,例如作為支架用於加速治療骨疾病或者骨折、用於牙科治療護理所用樹脂以及其它可以對受損部位進行修復的自我再生材料,它的成本更低、安全性也更高。

現在,人類活動、氣候變化對地球上其它生物的影響已非此前可比,哪怕是我們日常生活中一些極其細小的動作,甚至是塗防曬霜,也會影響到珊瑚礁的正常生長。為了讓地球上其它種類的生物為我們做出更多的貢獻,改善氣候、保護珊瑚礁在內的多種生物也就尤為重要。

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