建材出現裂縫不用重新填塗，新凝膠材料吸收二氧化碳就能自我修復
作者 Emma stein



麻省理工學院（MIT）工程師從大自然一片葉子中得到靈感，設計出能夠不斷吸收二氧化碳來達到自我修復與生長的新型水凝膠材料──換句話說，只要材料暴露在陽光與空氣之下就會自我生長、硬化變得越來越堅固，未來可應用於建築工業的裂縫填充塗層。

這種新材料為一種合成水凝膠（hydrogel）物質，由氨丙基甲基丙烯酰胺（aminopropyl methacrylamide，APMA）、葡萄糖氧化酶（glucose oxidase，GOx）和從菠菜中提取出來的葉綠體組成，作用機制類似於植物吸收空氣中的二氧化碳來促進自身生長，而該材料是將環境中的二氧化碳轉化為固態的形式構建自身。

葉綠體負責催化二氧化碳與葡萄糖反應，當暴露在陽光下時，葉綠體會產生葡萄糖，接著葡萄糖氧化酶進入參與作用，將葡萄糖轉化為葡萄糖酸內酯（gluconolactone，GDL），與氨丙基甲基丙烯酰胺反應後形成水凝膠材料。

動物界中，壁虎遇到危險先斷尾求生，等之後尾巴還會長出來；那麼在材料科學界中，這項新材料可以充當建築物塗層，無論暴露在室外陽光或室內照明都行，一旦建材表面遭到刮傷，新材料塗層可以吸收並轉換環境中的二氧化碳，「自我修復生長」填補裂痕和空隙，我們不用再另外買油漆或混凝土填覆受損表面。


▲ 牆壁裂縫不用怕，新材料可將空氣中的二氧化碳轉換為固態物質，自行重新填補。（Source：pixabay）

在建築運輸方面，這種凝膠材料也可以節省運輸空間占用。我們不必千里迢迢從工廠運著大片厚重建材到建築工地，相反地，只要薄薄一層，到了現場往陽光下一放，這些建材就會自行增強固化。

過去也不是沒有科學家開發能模仿生物自我修復能力的材料，但這些材料都需要外力介入才能發揮作用，比如加熱、照射紫外光或化學處理等。相較之下，合成水凝膠物質只需要環境中的光與二氧化碳，其他都不缺。

不過材料的挑戰之一，在於葉綠體從植物分離出來後相當不穩定，幾小時就會失去光合作用能力，因此團隊在論文中另外描述了一種可以延長葉綠體壽命的化學處理方法，但最終，研究人員希望可以找到非生物來源的催化劑作為替代品。

新論文發表在《Advanced Materials》期刊。

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