科幻片中的细菌+3D打印竟成为现实？科技或许会让人永生|3d打印|先进材料|材料|碳酸钙|细菌

细菌+3D打印技术，什么鬼？

3D打印已经够拉风的了，还加细菌，简直风马牛不相及，这样的拉郎配是不是太烧脑了。这就是今年科学领域最炫最酷的新技术，它能让建筑物拥有生命力，而且还能让这 “生命”逆生长，越活越年轻，越活越结实。更让人惊艳的是这样的建筑还能像施瓦辛格《终结者》里的机器人一样，被打坏了还可以自动修复，相当科幻。

01 拥有生命的材料

2021年2月19号，《先进材料》杂志上刊登了一项颇有创意科研成果，来自美国南加州大学（USC）的科研人员，利用细菌+3D打印技术，制造出了一种拥有生命的材料，我姑且称它为“活材料”，这种材料用来建设房屋和桥梁，就不会有年久失修的问题，因为活材料具有自我修复的特性，受损时还可以加入细菌使其重新生长。这种活材料的卓越性能主要表现在两个方面：一是活材料的强度和韧性可以和目前最优秀的人造复合材料比肩，包括石墨烯聚合物；二是随着时间的推移，活材料会越发结实，即便受到破坏，也能进行自我修复。

02 设计思路

首先，研究人员用3D打印机打印一个柔软的立体网格作为材料的脚手架；然后把“巴氏杆菌”附着在这个脚手架上，并加上研究人员特制的培养液，如此一来，“巴氏杆菌就会在培养液里不断地进行化学反应，不停地产生碳酸钙，这种矿物质化合物是骨骼或牙齿中的重要组成部分，随着细菌的生长，建筑主体中的碳酸钙的含量会越来越高，也就是说会越来越结实。由此看来，这种用细菌+3D打印技术制造的新材料，本质上就是，让勤劳的细菌工人在3D打印的网状脚手架上不停地发生化学反应，从而产生坚固的碳酸钙去填满整个框架的过程。

有材料学背景的朋友可能会说，这种材料的刚度似乎也不是很大嘛。其实，研究人员关心的，除了材料的刚度之外，还有韧度。很多刚度很大的材料，往往韧度比较低，如传统的陶瓷、玻璃等，几乎不能吸收任何能量。而很多情况下，我们需要材料在刚度比较高的同时，还要有很高的韧度，通过形变来吸收外界能量，起到一种保护作用。这也是为什么防弹衣往往都会用更加柔韧的弹性纤维，而不会贴一身硬瓷砖的原因。

03 设计灵感

设计一种刚韧并济的材料，并不是那么容易的。幸好大自然里有老师，活材料的设计灵感来自于一种螳螂虾的钳子。这种螳螂虾，它们能用子弹出膛一样的加速度，挥舞自己的钳子击打猎物，能够轻易地在水下打碎贝壳、玻璃瓶这样的东西。具体来说，这是一种用蛋白质纤维和碳酸钙共同编织而成的螺旋状网格结构。你可以这样想象一下，蛋白质纤维，就相当于钢筋，用来增加材料的韧性，而碳酸钙就相当于混凝土块，用来提升材料的刚度。两者通过精细的网格编织起来，让螳螂虾拥有了刚韧并济的完美外壳。

研究人员理所当然地就想到，如果能够制造出一种类似螳螂虾外壳的材料就好了。但是，通过传统的材料合成工艺，根本无法制作这种材料，最后选择细菌工人+3D打印脚手架的技术思路也就是很自然的事了。