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奇异的人工生物膜

时间:2019-06-20    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大

奇异的人工生物膜


我们的身体是细胞构成的,动物、植物、微生物的身体也是细胞构成的,

细胞是构成一切生物体的基本单位。细胞的形状多种多样,不过它们的构造

却是一样的,一般由细胞核、细胞质和细胞膜组成。这三部分各有各的作用,

现在单说细胞膜。

细胞是有生命的东西,每个活细胞都需要从外界吸收它所需要的物质。

谁来完成这个任务呢?就是细胞膜。它好比是细胞的“采集员”和“运输员”。

它对细胞外围的物质并非什么都要,而是严格挑选。不是细胞需要的东西,

它就拒绝接受,不准通过;凡是细胞需要的东西,它就努力搜集,并且运送

到细胞内部。例如,海带的细胞膜就有从海水中摄取碘的本领,一般干海带

里含碘 0.3%~0.5%,有的可高达 1%,比海水里含碘的浓度高出几万倍到十

几万倍。有一种石毛藻的细胞膜有摄取铀的本领;海参的细胞膜是钒的收集

者。如果我们把生物细胞膜的这种本领学到手,意义极大!它可以用干海水

淡化、污水处理、气体分离、海洋资源的开发利用、微量元素的摄取等方面。

目前,模拟生物膜已经发展成为一门新技术,并且取得了不少成就。举例来

说:载人宇宙飞船飞上天以后,由于宇航员的呼吸作用,座舱里的二氧化碳

越积越多。过去是没有什么办法处理的,现在发明了一种人工生物膜,它可

以把氧从二氧化碳中分离出来,消除座舱中的二氧化碳。还有,潜水员不带

氧气瓶下水,就不能在水下长时间工作。为了解决这个问题,科学家正在研

制一种人工生物膜,现在已经制出了样品,并且用老鼠做了一次试验。老鼠

装在用这种膜封闭起来的笼子里沉入水中,居然能照常生活。原来,通过这

种膜,水中的氧气可以进入笼中,老鼠呼出的二氧化碳,又可以通过这种膜

排进水里。氧气可进不可出,而二氧化碳则是可出不可进,你看多么奇妙!

也许用不了多少年,潜水员就可以用上这种人工生物膜。

转换能量的高手

提起能源,人们就会想到煤炭、石油等,其实,生物自身也可以产生能,

还能够把一种能转换成另一种能,而且转换效率很高。

为了说明这个问题,我们用磨面这件事做例子:磨面机是由电动机带动

的,电是从发电厂送来的,发电机是蒸汽推动的,蒸汽是锅炉里产生的,而

锅炉是用煤作燃料的。这个过程就是能量转换过程。下面就是这个过程的示

意图:

 

 

 

 

在这个过程中、煤的化学能量经过了三次转换,每一次转换,都要损失

一些能量,转换效率大约是 40%。

人力也能磨面,不过,人的能源物质不是煤而是食物。人吃了食物,经

过酶的消化作用变成葡萄糖、氨基酸等,再经过氧化作用,变成一种可以产

生能量和储存能量的物质——腺三磷(ATP),人想推动磨盘了,腺三磷就放

出能量使肌肉收缩,牵引肌腱去推动磨盘。从这个过程中,你可以看到:人

体把食物的化学能转换成机械能,一次就完成了,转换效率比较高,大约是

80%。

生物转换能量的高效率,引起了科学家们的兴趣,他们模仿人体肌肉的

功能,用聚丙烯酸聚合物拷贝成了“人工肌肉”。这种人工肌肉也能把化学


能直接转换成机械能。只要配合一定的机械装置,就能提取重物。据实验,

一厘米宽的人工肌肉带能提起 100 公斤重的物体,这比举重运动员的肌肉还

要结实有力!

现在我们常见的白炽灯是热光源,灯丝发光一般要烧到摄氏 3000 度,90

%的电能变成热能而白白浪费了,用于发光的电能只占 10%。荧光灯要好一

些,但转换效率也不超过 25%。要想提高发光效率,还得向生物学习。例如

萤火虫的发光效率就比白炽灯高好几倍。在萤火虫的腹部有几千个发光细

胞,其中含有两种物质:荧光素和荧光酶。前者是发光物质,后者是催化剂。

在荧光素酶的作用下,荧光素跟氧气化合,发出短暂的荧光,变成氧化荧光

素。这种氧化荧光素在萤火虫体内的腺三磷的作用下,又能重新变成荧光素,

重新发光。

萤火虫在发光过程中产生的热极少,绝大部分的化学能直接变成了光

能,所以它的发光效率非常高。它是一种冷光源。这种冷光源也引起了科学

家们的兴趣。他们正在想办法人工合成荧光素和荧光素酶。等到试验成功并

且大批生产以后,人们可以把这种冷光源用在矿井里,用在水下工地上;甚

至可以把这种发光物质涂在室内的墙壁上,白天接受阳光照射,储存能量,

夜晚便可大放光明。

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