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别开玩笑了:未来的星际建筑可以用宇航员的血液建造

综合 焦点资讯 2021-09-26 阅读 1580

亚历德·罗伯茨(Aled Roberts)在他的实验室里,将蛋白质聚合在一起,开发出一种人造蜘蛛丝,这时他意外地发现了一个意想不到的突破。为了测试自己的丝绸,他创造了科学家们称之为“对照组”的东西。这是一个比较样本,使用的是一种从牛血中提取的蛋白质,这种蛋白质本不应该起多大作用。这种牛皮丝不应该像蜘蛛可能产生的任何东西那样粘。

“令人惊讶的是,我们发现它真的很擅长粘在一起,”曼彻斯特大学的研究员罗伯茨说。

罗伯茨立刻意识到这一令人震惊的发现值得进一步研究。一年后的今天,他的团队从这项工作中发展出了一些非同寻常的东西,如果说是令人恶心的话。他们已经证明,通过将风化土(月球和火星上发现的无机空间污垢)和人类血液中的一种常见蛋白质混合在一起,我们可以在其他行星上生产出与地球上大多数混凝土一样坚固的混凝土。掺入尿素是尿液中最常见的成分,而不是水,混凝土会变得更坚固。

罗伯茨说,将一块砖送到火星可能要花费100万美元以上,因此他的研究可以提供一种成本效益高的替代方案,取代在外国行星上建造。但更大的好处可能就在地球上。

[图片:Aled Roberts提供]血液混凝土的历史先例

虽然将血液混合到混凝土中的前景听起来很糟糕,但罗伯茨后来发现这并不是一个新的想法。猪和牛血液在灰浆中的添加可以追溯到古代中国,在中世纪欧洲相对普遍(可能在几百年后)。白蛋白蛋白质——血液中的一种特殊类型的蛋白质,在砂浆中提供了如此多的粘性,在其他情况下也被用作胶水。

罗伯茨说,尽管今天血液不再被用于制造迫击炮,“历史先例表明它已经成功了。”。“我想,现代社会对石油和水泥的生产简直是疯了。我们可以回顾过去,看看我们过去是如何做事的,用我们的现代理解,改进它们,并把它们做得更进一步。”

罗伯茨已经探索了为什么这些动物蛋白如此粘稠,但尚未得出明确结论。在动物体内,这些蛋白质为血液提供了可预测的粘度。但它们也有很多结合位点,可以将激素和脂肪酸转运到全身。

[图片:Aled Roberts提供]“起初,我们认为[结合位点]是机制,”Roberts说。“这可能与此有关,但在我们(进一步)的调查中,我们发现当蛋白质变硬时,其结构完全改变。”

为了制造混凝土,这些蛋白质以湿的形式与二氧化硅(又名玻璃和沙子)混合,就像典型的水泥基混凝土一样。但是,随着混凝土的干燥和硬化,罗伯茨观察到这些蛋白质展开,改变了它们的结构。通过这种结构的变化,它们产生氢键,这是一种将水和蜘蛛丝结合在一起的强键。

“我们不知道为什么,”罗伯茨承认。“这可能与血液凝结有关。这是血液中的主要蛋白质。因此,当血液凝结时,[这种蛋白质]就会参与其中。”

到目前为止,这一切都是有道理的。但是罗伯茨是怎么想到在他的混凝土中掺入尿素的呢?有两个原因。首先,尿素在太空中很容易获得,因为它存在于尿液中。其次,尿素是一种天然形成强氢键的分子。因此,尿素进一步促进了血基混凝土发挥作用的机制。

这在太空中是如何工作的?

罗伯茨说,虽然宇航员在火星上搅拌来自他们自己身体的液体的混凝土听起来可能令人难以忍受,但这一过程同样是可行的,而且只需要几件简单的机器。

[图片:由Aled Roberts提供]宇航员每周会捐献几天血浆,就像地球上的人们捐献血浆一样。这个过程不需要红细胞或白细胞,所以比起一般的献血来说,从中恢复起来要省力。离心机是从血液样本中提取特定蛋白质所需的全部设备。生产尿素更容易。宇航员的尿可以在厕所中收集,然后离心分离以获取该成分。

有了这些与身体有关的材料,它们只需要混合到太空尘埃中。这些砖块在地球表面的外部会硬化,因此无需将能量用于加热、熔化或固化材料。当然,如果宇航员不能通过自己的努力生产出有意义的材料,这一切都无关紧要。根据罗伯茨的计算,在三年的任务过程中,一名宇航员可以生产出足够的混凝土来容纳自己和另一个人。这意味着,至少在纸面上,这种混凝土可以扩大规模,形成更大、可持续的火星栖息地。

一块实验性的植物砖[照片:由Aled Roberts提供]降落回地球

在太空中制造宇宙混凝土是月球发射的字面定义。然而,罗伯茨研究的更大影响可能就在地球上。在他的公司迪肯的领导下,他正在研究如何将他的蛋白灌注混凝土制成更环保的混凝土,使其成为地球上最常见和最具环境灾难性的材料。迪肯不需要为这种混凝土寻找空间风化层;每天沙子都可以代替它做这项工作。他目前正在寻求资金推进这项研究。

罗伯茨说:“动物和人类的血液在很大程度上是不可持续的,但植物和海藻有可能成为[替代蛋白质]的来源。”。“现在我们了解了这个机制,我们可以用其他蛋白质来研究它。”

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