有点费宇航员：英国科学家用人血造出新型混凝土：宇航员一周献血两次，就能在火星盖出房子
作者：上海盎真科技有限公司
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发表时间：2021-10-08 15:30:36
使用模拟的火星土壤（左）和月球土壤（右）合成的材料。图片来源：Dr. Aled Roberts | Research Fellow Future Biomanufacturing Research Hub Manchester Institute of Biotechnology
据估计，向火星运送一块砖头的成本约为200万美元，这使得未来在那里建造殖民基地的成本令人望而却步。近日，英国曼彻斯特大学科学家的一项新研究或许有潜力解决这一问题：利用其他星球的土壤和人类的血液、汗水和眼泪，制造出一种类似混凝土的建筑材料。
该团队发现，存在于人类血液中的血清蛋白与存在于尿液、汗水或眼泪中的尿素的结合，可以结合模拟月球或火星土壤，创造出一种强度高于普通混凝土的材料。这种材料完全可以胜任地外建筑的建筑材料。
不能带着建筑材料登陆火星，只能就地取材建造建筑物和避难所。这种方法被称为“就地资源利用”（简称ISRU）。这种方法的关键是如何利用火星表面（也称风化层）松散的岩石和土壤，以及稀有的水储备。然而，在任何载人任务中实际存在的一种资源却被长期忽视了，那就是宇航员本身。
9月10日在线发表在《今日材料生物》上的一篇论文中，科学家证明，大量存在于人体血浆中的人血清白蛋白(HSA)可以作为粘结剂，将模拟月壤和火星土壤制成一种类似混凝土的材料。新材料被命名为星形混凝土，不同配方得到的抗压强度不同，最高可达25兆帕，大致相当于普通混凝土的20-32兆帕。
其实用牛血清白蛋白是可以的，但是把牛送上火星就不划算了。
科学家们还发现，添加尿素（人体通过尿液、汗水和眼泪排出的一种代谢废物），可进一步提高抗压强度300%以上，性能最好的材料的抗压强度接近 40 Mpa，比普通混凝土强得多。研究参与者之一、来自曼彻斯特大学的埃德·罗伯茨博士说，与计划应用于月球和火星的许多其他建造技术相比，这项新技术具有明显的优势。
“科学家们一直试图开发可行的技术，在火星表面生产类似混凝土的材料，但我们从未想过答案可能永远在我们自己的身体里，”他说。
材料制作完成后，需要在4°C下储存，48小时内使用，在65°C下放置过夜后固化。这项研究也证明，通过这种方式合成的材料具有应用于3D打印的潜力。由于缺乏合适的3D打印设备，研究团队将材料装入注射器，模拟3D打印过程。
模拟火星土壤合成材料 3D 打印效果图。图片来源：Dr. Aled Roberts | Research Fellow Future Biomanufacturing Research Hub Manchester Institute of Biotechnology
科学家计算出，一升人类血浆中所含的血清蛋白，可以产生大约300克这样的地外风化石生物复合材料。如果每周献血两次，每位航天员一周可制造约2.5公斤材料，相当于一块标准粘土红砖。在为期两年的火星任务中，6名宇航员可以生产500多公斤的高强度星载混凝土。如果将它们作为砂浆粘合风化材料烧制的沙袋或砖块，每人生产的AstroCrete可以为营地中的一名新宇航员拓展空间，这意味着一次任务可以将整体生活空间扩大一倍。
但需要补充的是，虽然捐献血浆通常允许比捐献全血更短的时间间隔，但根据英国献血指南，符合条件的健康人群可以每两周捐献一次血浆，每次一袋(560ml)。
研究团队还指出，这项技术也可能在地球上找到用处。混凝土是全球经济发展的基石，其产生的二氧化碳排放量人类排放量的8%。混凝土碳排放的一半来自碳酸钙热分解生成氧化钙
它是混凝土的主要原材料之一。因此，研究团队主张使用合成蛋白作为粘合剂，比如合成蜘蛛丝蛋白。
动物血在历史上被用作砂浆的粘合剂。“令人兴奋的是，太空时代的一个主要挑战可能受到了中世纪的启发，并找到了解决方案，”罗伯茨说。
科学家进一步研究了这种结合的内在机制，发现人血清蛋白会变性，或者说“凝固”，形成β片相互作用的二级结构，将物质紧密结合在一起。
研究团队也承认，未来还需要大量研究来评估这一概念的可行性，比如这种材料在火星环境条件下的耐久性。这项研究中的实验都是在室温下进行的，而火星上的昼夜温差极高，高温约20°C，低温高达153°C。还要考虑到火星环境低压强辐射的特点。
此外，还要研究低重力环境下持续捐献血浆的长期健康影响，通过实验评估可以在不影响航天员健康的情况下提取多少血清蛋白。研究团队认为，这项技术有望用于火星基地建设，但在更遥远的未来，植物源蛋白等其他更好的材料将取而代之。
文献来源：Blood, sweat and tears: extraterrestrial regolith biocomposites with in vivo binders
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