用活的生物制造新材料

嚴毅梅

無機材料是指由無機物單獨或混合其他物質制成的材料。無機材料的提取、制備、生產、使用及廢棄過程，常常消耗大量的資源和能源，并排放大量的污染物，造成環境污染。

科學家一直在尋求既能生產無機材料又不污染環境的方法。美國麻省理工學院的生物工程師蒂莫西盧認為，如果我們利用活的生物制造材料，就可以既避免污染，又能節省能源。為了創造這樣的材料，蒂莫西盧的團隊繪制細菌細胞，進行“工程化設計”，他們將活體細胞和無生命物質環境結合在一起制造混合物質，使活體細胞生存并充分發揮其功能。他們利用大腸桿菌制造出一種生物膜，能夠吸附在不同納米微粒表面，形成活體混合物質，既適宜大腸桿菌生長，又可以導電或發射熒光，從而使我們能夠利用外部信號控制細菌所產生的物質，而且通過改變大腸桿菌所處的環境，來改變生物膜的組成。經研究人員改造的大腸桿菌細胞之間可以相互影響，由此決定形成材料的過程和屬性。這樣，人類可以利用活的大腸桿菌生產出復雜結構的材料，并使其能夠自我組裝成特定的東西，如用于太陽能電池和診斷傳感器的材料，甚至可以成為自我修復的材料（這些材料可以感知自己受到損傷并自我修復）。這項研究并不局限于大腸桿菌，他們正在考慮使用光合生物和真菌作為制造新材料的活體。此外，蒂莫西盧還設想改變活細胞傳感器的屬性，使其能發現特定的環境信號，如毒素。并且，該生物膜也能應用到農業廢棄物領域，使其轉化為生物燃料。研究人員說，人們希望利用太陽能來合成新材料，他們希望模擬自然系統，如骨骼的形成系統。

利用活的生物生產新材料、新器件實質上是兩全其美的，既有使活細胞生長的功能，又有無機材料的功能，如導電或發光。這為基因工程與材料制造提供了一個新思路。endprint