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细胞仿生学异军突起

作者:yzc388亚洲城   文章来源:亚洲城ca88手机版官网   发表时间:2014-06-17    点击量:


 

   当身体被流感袭击时,树突细胞会竞相奔赴感染中心,找到外来入侵者并对其发起攻击。数百万个树突细胞发出警告,触发免疫系统开始工作。

 

  这是一种非常可靠且有效的应对措施,足以为我们的健康保驾护航,科学家们也正在借鉴身体细胞对疾病的这种反应方式,制造人造免疫系统来对付垃圾邮件。

    模拟细胞的分子机制
 

 

   英国诺丁汉大学的计算机科学教授、自动识别系统专家尤韦•艾柯林说:“这是一种自适应的系统,在探测危险方面可能更精确,因为有数百万条信息被收集在一起。”

 

   就像我们身体内的细胞会对压力和炎症等信号作出反应一样,艾柯林研制的软件也会识别出垃圾邮件对我们邮箱的狂轰乱炸。他们表示,尽管遗传筛选技术能应付传统的网络钓鱼行为,但这种细胞系统更适合经常面临新威胁的用户使用,目前已有多家大型安全公司对其青睐有加并予以采用。

 

    这一基于细胞的行为而设计模型的方法代表了方兴未艾的仿生学领域的一个新变革。受自然界中生物的启发而进行设计这一趋势已席卷整个工业领域,从长得像螃蟹的深海潜艇到受昆虫启发而设计的建筑物,不一而足。专家们估计,到2030年,这一领域的产值将高达1.6万亿。不过现在,仿生学领域更近了一步,细胞的“言行举止”成了设计师们新的灵感来源。

 

   除了在计算领域大显身手之外,细胞仿生学也在水过滤领域初露峥嵘,科学家们希望借用人体与植物体内存在的一种薄膜(只让水进出微生物的细胞),将海水变成饮用水。在这一思路的指导下,他们研制出了一种“水通道”滤水设备,这款配备了“内部水通道(Aquaporin Inside)”技术的纤细薄膜,有望将海水变成饮用水,让脏水变成干净水。

 

   与此同时,光合作用过程也正被科学家们用于能源的捕获和存储领域。美国康奈尔大学萨宾设计实验室的科学家们正在研制名为“电子皮肤(eSkin)”的适应性建筑外层,这一外层利用了肺部细胞的特性,让建筑可与周围环境有效地相互作用。目前,研究人员已经收到了数百万美元的资助。

 

   澳大利亚生物学家、作家和Biomimcry3.8的创办者珍妮•班娜斯5月8日接受CNN采访时表示:“这代表了一种变革方向,也是我们前进的方向。在模拟形式上,我们已经取得了巨大的成功,但真正的变革出现在我们如何创建周围的物质世界上。每天,我们都能从细胞的分子机制那儿学到很多,知道它们如何工作从而理解并利用它们的设计原理是我们学习的关键。”

 

   目前,很多能源问题解决方案都在采用这一原则,包括生物电池的研制等。据报道,美国犹他大学的研究人员根据人体的新陈代谢过程——几乎所有的活体微生物都用葡萄糖来制造能量,研制出了一种生物电池,这款电池用糖做燃料,用天生拥有能量转化属性的酶做催化剂。

 

   这款生物电池的主要研发人员、生物电池专家雪莉•敏蒂尔表示:“小孩子吃下的糖转化的能量足够他(她)疯玩一整天,这种能源转化的效率非常之高,因此,我们正在使用同样的方法研制电池。”她认为,这款电池在能源存储方面能与锂离子电池相媲美。

 

   目前,这种生物电池已经能为智能手机等小型设备供电,而且,其也比传统电池更“多才多艺”,因为其能在极低的温度下工作。美国离岸发电公司Akermin已经收到300万美元的资助,将该技术用于美国最大的碳清洁项目中。

 

   另外,由索尼公司和玩具制造商多美(Tomy)联合研制的一款小型汽车,主要靠泡沫丰富的苏打水来提供动力。

 

    借鉴容易,结合不易

 

   尽管目前的发展势头如火如荼,但这些技术也面临着一些问题。敏蒂尔承认,生命过程和合成材料很难实现无缝对接。

 

   不过,他们表示,建模领域的技术进步使科学家们获得了更大的控制度和精确度,科学家们能在纳米尺度下将合成细胞雕刻成更高效的排列方式,以便离自然设计更近一点;另外,可视化工具和3D打印技术的不断进步也使他们拥有更大的设计掌控力,能更好地将生物过程应用于实际设计中。