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研究珊瑚礁 科学家打造出可适应外力的新材料

2020-04-22 10:33:445880

来源:仪器网

  【仪器网 材料化工】如果你平常有关注环境保护的话,那么对于珊瑚礁现在肯定不会感到陌生。近两年来,关于珊瑚礁大量白化甚至是死亡的新闻总是层出不穷。这个生长在海洋中、拥有美丽外表的物种,正在因海洋酸化和变暖等的影响,而被迫接收着前所未有的生存考验。
 
 
  据了解,全世界珊瑚礁的总面积约为28.43万平方公里,其中90%以上的都位于印度洋-太平洋地区。虽然珊瑚礁看起来有些“华而不实”,但实际上,它在地球的生态系统中扮演了一个非常重要的角色。这些从古生代初期就开始繁衍的珊瑚礁,不仅养活着四分之一的海洋物种,而且其中还蕴藏着丰富的矿产以及油气资源。同时,在古生代研究和地壳运动研究等方面,它也发挥出了巨大的作用。
 
  然而,珊瑚礁带给人类的启发并不仅限于此。由于人们总能在对自然现象的观察中发现一些新知识,因此对于珊瑚礁的研究也总会迸发出新的科学火花。近日,约翰斯·霍普金斯大学的科学家们就基于对珊瑚礁性能的研究上,开发出了一种新的材料。
 
  通常情况下,人体骨骼等天然材料可以通过细胞信号从周围的血液中添加矿物质,进而调节并改变自身结构构成。同人体的骨骼一样,珊瑚礁也被证明具有令人惊讶的适应能力,它能适应不同程度的压力,并在其受到较大外力作用时,可以利用附近的矿物质加固自身的结构。
 
  针对这一发现,约翰斯·霍普金斯大学的科研团队在实验室中成功地复制了这种适应性矿化过程,展示了一种可以在施加更大的力时改变自身硬度的新型材料。目前,研究人员正准备开发一种能以这一方式工作的材料。他们利用一种可以将机械力转化为电荷的聚合物薄膜,将其放置在一种模仿血浆离子浓度的液体中,通过改变离子液体的成分来改变材料所承受的外力,由于电荷与它们所承受的压力成正比,因此变化的电荷可作为信号,使矿物质在表面形成。研究人员在材料表面的一端固定了一个可增加应力水平的光束。实验结果显示,材料受力较大的部分表面聚集了更多的矿物质,而且矿物的高度与施加应力的平方根成正比。
 
  另外研究人员还发现,他们可以通过控制体液中的离子成分来控制形成的矿物质的类型,这可能会使其这一材料具有更大的通用性,例如作为支架用于加速治疗骨疾病或者骨折、用于牙科治疗护理所用树脂以及其它可以对受损部位进行修复的自我再生材料,它的成本更低、安全性也更高。
 
  现在,人类活动、气候变化对地球上其它生物的影响已非此前可比,哪怕是我们日常生活中一些极其细小的动作,甚至是涂防晒霜,也会影响到珊瑚礁的正常生长。为了让地球上其它种类的生物为我们做出更多的贡献,改善气候、保护珊瑚礁在内的多种生物也就尤为重要。

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