代替钢筋水泥建造城市,人造骨用处多但投入使用需等待
据英国《每日邮报》报道,像伦敦这样的国际大都市人口不断增长,需要寻找一种方式应对人口增长问题并控制碳排放。城区空间急剧下降,需要用可持续发展的原材料建造更高的建筑用于人口的安置。而最为理想的新型材料,就是人造骨。
英国剑桥大学工程系的Michelle Oyen在实验室中用蛋壳和人造骨头建造了可用于建筑材料的样本。其中的矿物质可以提供硬度,而蛋白质能够预防骨折。甚至当骨头受到损伤时,还具有自愈能力,这种能力正是工程师们需要的强大功能。
人造骨除了建筑之外,还在医疗等其他重要领域具有广泛的用途。不过,短期之内,人造骨还是无法实现大规模的投入使用。
一、人造骨形式多样优势突出,可有效缓解人口问题
人造骨是一种具有生物功能的新型无机非金属材料,它类似于人骨和天然牙的性质的结构。人造骨可以依靠从人体体液补充某些离子形成新骨,可在骨骼接合界面发生分解、吸收、析出等反应,实现骨骼牢固结合。
人造骨的特性,使得它在建筑、医学等多个方面能够发挥广泛的用途。
随着越来越多的人进入城市,世界各地对于碳排放的限制也越来越严格。相关部门鼓励开发商研发更加环保的方式扩建城市,因此企业在环保和技术方面的 投资 力度也不断攀升。
正是由于这种趋势,传统的钢筋水泥逐渐不能满足新的需求 。据测算,钢筋水泥的碳排放占全球排放总量的10%,对于全球变暖起到了极大的推助作用。此外,钢筋水泥在到达建筑工地之前,需要经过高温处理,这一过程会消耗很多的能源。
由此可见,钢筋混凝土的生产过程已然成为了碳排放重灾区。 目前,没有针对此问题的明确的解决方案。为了寻求解决办法,研究人员尝试用新的材料替代钢筋混凝土。从仿生学的角度来看,人造骨是一种较为理想的材料。
剑桥大学正致力于此项研究。Oyen 博士和她的研究团队发现,如果将以胶原蛋白为原料制造的骨头与蛋壳进行混合,会得到一种attice-type structure(晶格型结构),该结构优于单纯的人造骨或蛋壳。
之所以在研究中加入蛋壳,是因为从蛋壳的承受力和厚度来看,它是非常坚固的。 人体骨骼之所以坚硬的原因是其中含有等量的蛋白质和矿物质,虽然生产更为高效的钢筋水泥也不失为一种好的方式,但是使用自然资源则更为高效和环保。在正常的室温下,人造骨和蛋壳也可以利用动物界中被大量抛弃的胶原蛋白加以制造。
Oyen认为:“我们所有现存的建筑标准都是以钢筋水泥为准设计的,使用全新材料建筑意味着对整个行业进行完全反思”。除了人造骨头之外,Oyen团队还尝试着利用合成蛋白和高分子聚合物替代天然的胶原蛋白,这有利于新型材料的大规模生产和强度的进一步提升。
人造骨作为建筑原材料,确实有钢筋水泥等传统材料所不能媲美的优点。 能源消耗大幅下降,减少碳排放量,坚硬并且有自愈功能,这对建筑行业来说都是材料中的上佳之选。
由此看来,人造骨能够作为建筑方面的新材料,有效应对人口激增的问题。 除了能够作为建筑材料,人造骨在医学方面也有重大的用途。不过,由于某些方面尚未成熟,人造骨短期之内还暂不能实现大规模的投入使用。
二、人造骨发挥重要作用,投入使用需等待但潜力巨大
对于每一个人来说,每天都处在运动之中,我们身体的每一个部分都受骨骼的支配。我们的骨骼稍微出了点毛病,也会让我们的日常生活增添很大的麻烦。牙齿松动,会影响进食;骨骼受伤,会影响运动。
在 科技 迅速发展的今天, 汽车 等现代化的交通工具早已融入我们的生活,为我们的出行带来极大的便利。然而,车祸也成为了一个日益严重的问题。许多健康的人都会面临着伤筋动骨甚至截肢的危险,不仅给人们造成身体上的伤害,在精神上还会有更大的损失。
人造骨骼的出现,为这种伤害提供了一个缓解的可能性。
近年来,人造骨骼技术发展的越来越好。2004年,瑞士科学家开发出了一种可溶解人造骨。瑞士联邦综合理工大学的科学家发现,某些聚合物及陶瓷材料构成的新型复合材料便于人体吸收,于是就以此为原材料研制出一种可模仿断裂骨骼的人造骨。
这种人造骨上的毛孔能够使骨质细胞交织在一起,并逐渐生长为成熟的骨头。最终,人造骨会随骨质细胞的丰满自行溶解。
俄罗斯的专家们也挑选了能够在生物体内缓慢降解的丙烯酸酯、聚交酯等材料,制成预先设计好的人造骨外壳,之后用化学方法将材料填充进去,使其与骨骼组织更好地相融并结合成整体。
参加此项研究的专家尼古拉耶芙娜表示,团队已经对兔子和老鼠进行了实验。结果表明,人造骨能够与动物的骨组织破损处顺利地融合在一起,并且尚未发现副作用。
除了上述种类之外,还有海草人造骨、玻璃人造骨等多种类型的人造骨。他们对于缓解甚至修复骨骼残缺的人群的伤痛起到了非常重要的作用,为这方面的治疗提供了一个新的可能。
此外,人造骨对整形也有很好的效果。 随着人们观念的改变,整形也逐渐为人们所接受。然而,一些整形所用的材料很可能不为人体接受最终造成整形失败,而人造骨能够插入面部、颈部等皮下软组织内并能够与之融合。临床数据表明,人造骨使人们的皮肤更加饱满,皱纹消失,看上去充满活力。
不过,人造骨也存在着造价高,技术未成熟等问题。 骨头和蛋壳建造的房子人们暂时住不上,用于医疗的人造骨也需要在动物身上先试验5年。不过,这确实是一个值得期待的技术。骨骼的坚硬度能够保证房屋的结实,有效抵抗自然灾害,减少“豆腐渣”工程。房屋损坏能够自愈,应该是一种非常奇妙的体验。在医学上,人造骨也能为许多身体残缺的患者带来更多的福音。因此,人造骨骼的潜力仍是巨大的,只是短期之内尚不能大规模投入使用。
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