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生物学往往是最终的设计灵感。最近，麻省理工学院的工程师们从大自然的剧本中汲取灵感，设计了一种自我修复的材料。 和 碳基负极。它是应对气候变化的一种受欢迎的新工具，有朝一日可以替代排放量较大的材料，如混凝土，这种材料具有更低维护，更环保的替代品。
在新发表的研究报告中 先进材料， 化学工程师演示了如何设计一种能够从空气中吸取气候变暖的二氧化碳，然后用它来生长和修复自身的材料。这项由麻省理工学院Michael Strano教授领导的研究打破了材料科学领域的障碍，采用廉价，易于生产，自修复的聚合物，只需极少的材料。
“我们的材料只需要大气中的二氧化碳和环境光，这些无处不在，”共同作者Seonyeong Kwak解释说 逆 在电子邮件中。
自我修复属性通常似乎是为动物世界保留的戏剧性奇迹，例如壁虎生长回尾巴和海星生长回整个肢体（或更狂野，四肢生长回来 整个身体 ）。 Humankind涉足再生，设法设计可以自我修复的软机器人和自我修复的手机涂层，以结束破碎屏幕的噩梦。但以前的方法通常需要外部输入，例如紫外线，加热或化学处理。这种新型聚合物的维护成本低得多，并且具有易于获取的丰富能源：二氧化碳。
碳吃叶绿体是关键
“想象一种合成材料，它可以像树木一样生长，从二氧化碳中吸收碳并将其结合到材料的骨架中，”Strano在一份新闻稿中解释道。
通过利用叶绿体，这是收获光能并转化为能量的植物成分，斯特拉诺的团队使这成为可能。
悬浮在水凝胶中的是称为氨丙基甲基丙烯酰胺（APMA）的聚合物，从菠菜中除去的稳定的叶绿体，以及称为葡萄糖氧化酶（GOx）的酶。当暴露在阳光下时，叶绿体会产生葡萄糖。然后酶GOx开始，将葡萄糖转化为葡萄糖酸内酯（GL），其与APMA反应成圆形，产生构成水凝胶本身的材料，含葡萄糖的聚甲基丙烯酰胺（GPMAA）。研究人员可以从字面上看到材料从液体形式生长成固体。
虽然它们是聚合物的关键并且因其丰富而具有吸引力，但叶绿体也带来了具有挑战性的设计问题。作为生物成分，叶绿体在与植物家庭分离时没有动力 - 一旦被移除，它们的光合作用能力仅持续几小时到一天，最大。目前，化学处理叶绿体增加了稳定性和葡萄糖产量，但研究人员希望转向非生物学替代品。
可持续性的自我修复
随着越来越迫切需要开发更可持续的生活方式，聚合物有望帮助重新思考维护我们周围的建筑环境。
“我们的工作表明，二氧化碳不一定是纯粹的负担和成本，”斯特拉诺说。 “这也是这方面的机会。到处都是碳。我们用碳建立世界。人类是由碳制成的。制作能够获取我们周围丰富碳的材料是材料科学的重要机会。通过这种方式，我们的工作是制造不仅碳中性而且碳负性的材料。“
这种材料不够坚固，不适合大规模施工，但短期应用如填充裂缝或自修复涂层可在短短1 - 2年内实现。
“材料科学从未产生过这样的东西，”斯特拉诺说 麻省理工学院新闻 。 “这些材料模仿生活的某些方面，即使它没有复制。”