校本课程--仿生学(5)

高中校本课程

遭到损害时能够感知并自行修复。具有和生物机体相同弹性的材料，伸缩自如，能成功地用来制作人工动脉。

从上世纪90年代开始，美国就已经开始投入很大力量从事仿生材料研究工作，并已取得许多重要成果。美国著名的杜邦化学工业公司的科学家，已经开发成功利用人造基因制备的具有蜘蛛丝特性（包括结构、强度、化学性能）的蛋白质分子。他们取出蜘蛛的产丝腺体，查看他们制造蜘蛛丝的蛋白质代码，在破译的基础上制成人工合成基因。将这种人造基因移植至酵母或细菌中，便生长出一种球状材料。将这种蛋白质溶解在一种溶剂中，利用类似于蜘蛛吐丝的纺织技术制成纤维。这种新型纤维比尼龙和现有其它产品强度都高，更具弹性和耐磨性，而且质量也很轻，所以在飞机、人造卫星等航空航天领域大有用武之地。加拿大魁北克的科学家，将这种人工合成的蜘蛛蛋白质基因植入山羊的乳腺细胞中。不久，基因被改变的山羊产出的奶中就含有蜘蛛丝的蛋白质了。加拿大Nexia生物技术公司总裁杰夫特纳认为，这种蛋白质能够制造出轻得令人难以置信的织物，其强度可挡住子弹，还可降解，这种材料被称之为“生物钢”。生物化学家们认为，“生物钢”有广阔的应用前景，它在任何方面都优于石油化工产品。

总之，破解生物体构成之谜，研制仿生材料的路还很漫长，目前人类只不过刚刚起步前行，但是仿生材料的前途似锦，却是绝无疑义的。

第二节 仿生之源

一、莲花效应

刀刃的表面无法被水珠附着的事实已经被验证而且广为人知。但是人们往往会忽视这样的表面同样很难被弄脏。

在一个光滑的表面上脏的颗粒只会随着水滴的滴落而移动，他们附着在水滴滚动时产生的粗糙表面上从而被洗刷下来。这种关系只在最近才被注意到而且用实验得以证实。

因为在亚洲文化中被看作纯洁象征物的莲花的大型类似于盾牌形状的叶片上常常可以见到这种现象，所以人们把它成为“莲花效应”。

如果水滴滚过莲花的叶片，它们将卷起所有的灰尘微粒并将它们带离叶片。这个“莲花效应”原理如此有效，以至于即使是在被“蹂躏”过的莲花叶片上依然无法使得水珠和灰尘微粒附着。

特殊的表面结构和产生蜡质的功能使得莲花的叶片几乎不受其他自然界现象的影响。它与人类对自然界影响的反应很不相同，如对环境中化学物质的影响反应等等。对于目前不得不广为使用的属于表面活性剂的化学物质来说，为了达到保持植物中有效营养成分的目的，它们被全世界的植物代理商广泛使用。这些活性剂不仅破坏了蜡质晶体的完美结构，使得叶片容易被水润湿。而且造成这样的后果：就是植物上的脏物质将无法再被彻底清除，而在不理想的环境中，还将被孢子、真菌或者细菌这些可以感染植物的微生物所侵染。

莲花效应描绘了一个很有效的生物模型系统，用它可以来制作人工的防污表面，因为它基于一个纯物理化学的原理。

有许多的领域和方面需要这种应用，如衣料的外表面、房顶、自动喷漆器等等。如果可以使得这些领域的自清洁功能得以实现，显然会带来很多好处，而且可以节省清洁花费的费用。在工业合作中，目前正在努力将莲花效应转化成实际的技术应用。虽然肯定还需要耗费一些时间，但是肯定迟早会有这种实用的产品走向市场。

二、昆虫与仿生学

昆虫个体小，种类和数量庞大，占现存动物的75％以上，遍布全世界。它们有各自的生存绝技，有些技能连人类也自叹不如。人们对自然资源的利用范围越来越广泛，特别是仿生学方面的任何成就，都来自生物的某种特性。

蝴蝶与仿生