據外媒New Atlas報道，如果你的房子可以通過簡單的“自我修復”來應對其結構梁的斷裂，或者橋樑可以在出現裂縫時自行修補，會怎麼樣？儘管聽起來還不太現實，但越來越多的科學家正致力於所謂的“生物材料”，有朝一日可能會實現這樣的功能。倫敦帝國理工學院的一個新例子將這種類型的思維應用於能夠修復自身損傷的微小3D建築塊。
在生物材料研究的一個領域，我們看到相當多的活動涉及混凝土，研究表明細菌可以嵌入材料中，並通過發芽和產生石灰石或特殊膠水來填補裂縫來應對水的損害。另一項倡議甚至看到了”生物公寓”的建立，在那裡，生物材料的樣本將被換來換去，以觀察它們的表現。
美國海軍研究局倫敦辦事處的帕特里克-羅斯博士說：“我們面臨的挑戰是模仿和結合生物學所能提供的獨特功能，”該辦事處幫助資助了這項新研究。“我們不僅試圖模仿這些系統，而且要對生物進行工程設計，使其具有更多的特徵，在不直接干預的情況下更適合我們所尋求的需求。最終，我們希望增加產品的使用壽命，在肉眼可見的問題出現之前預防系統的故障，並讓材料自己‘思考’。”
這項新研究的作者着手開發工程生物材料（ELMs），它可以通過一個受生物啟發的感知和響應系統來修復自己的損壞。這將建立在該小組早先在類似材料上的工作基礎上，這些材料可以檢測它們周圍的變化，開發的版本可以發揮更積極的作用，並作為多用途的構件用於各種用途。
研究報告的作者湯姆-埃利斯教授說：“在過去，我們已經創造了帶有內置傳感器的生物材料，可以檢測環境線索和變化。現在，我們已經創造了能夠檢測損害並通過自我癒合對其作出反應的生物材料。”
這是從名為Komagataeibacter rhaeticus的細菌開始的，這些細菌通過基因工程產生了形狀像球體的熒光細胞培養物，被恰當地稱為球狀體。然後這些三維球狀體可以像積木一樣被排列成各種形狀和圖案，研究小組在一種叫做細菌纖維素的天然結構材料中對它們的自我修復能力進行了測試。
細菌纖維素是一種由一些細菌合成的類似支架的材料，在一些行業中具有廣泛的潛力，可用於高強度的紙張、揚聲器中的過濾器和醫療中的傷口敷料。科學家們在一層厚厚的細菌纖維素上打了孔，然後將他們的球狀體植入空隙中。經過三天的培養，這些球狀體修復了損傷，並恢復了原始材料的一致性和外觀。
埃利斯說：“通過將球狀體放入受損區域並孵化培養物，這些塊狀物既能‘感知’損害，又能重新生長出材料來修復它。”
科學家們設想有一天將球狀體整合到建築材料中，使其具有自我修復的能力。這可能會導致擋風玻璃自行修復裂縫，飛機自行修復機身，或道路上的坑洞自行密封。這樣的未來還很遙遠，但科學家們正在通過將他們的球狀體與海綿、木材和棉花等材料融合來實現這一目標。然而，該技術更短期的應用是在醫療領域。
“我們的發現開闢了一種新的方法，生長出來的材料可以作為具有不同功能的模塊使用，比如在建築方面。”研究第一作者Joaquin Caro-Astorga博士說：“我們目前正在研究在球狀體中容納其他生物體，這些生物體可以與生產纖維素的細菌共同生活。由此可能產生的生物材料是多種多樣的：例如，通過分泌醫學相關蛋白質的酵母細胞，我們可以產生傷口癒合膜，其中激素和酶由繃帶產生，以改善皮膚修復。”
這項研究發表在《自然通訊》雜誌上。