土木工程在现代生物技术中的应用

现代生物技术论文生物技术是以生命科学为基础，利用生物（或生物组织、细胞及其他组成部分）的特性和功能，设计、构建具有预期性能的新物质或新品系，以及与工程原理相结合，加工生产产品或提供服务的综合性技术。随着现代生物技术突飞猛进的发展，生物技术必将在农业、工业和信息产业、医药和疾病防治等领域中发挥重要的作用。21世纪已经被认为是生物技术的世纪。现代生物技术在工业上的应用，被业界称为“新的工业革命”。麦肯锡顾问公司的报告指出，到2010年，全球化学产品的产值中，有五分之一是应用生物制造的产品的产值。在化学产品全球2800亿美元的市场份额中，生物技术制造的化学产品将占有很大的一块。我所学习的专业是土木工程，通过现代生物技术这门课程的学习，我认为现代生物技术在土木工程上的运用主要是对于建筑材料的革新。其实生物技术与土木工程的结合早在北宋时就已经有工程实例出现。坐落于洛阳江入海处的洛阳桥，始建于北宋皇佑五年。全桥长约千米，宽约五米。有桥墩40座，桥栏500个。建在江海汇合处，为了巩固桥堤，在桥下大量种植附着力强、繁殖迅速的牡蛎，创造了把生物学应用于桥梁工程建筑的先例。古代,国内外都已知道利用存在于粘土中的某些细菌的作用,可使粘上发酵或陈化而增强 它的可塑性。日本亦有利用蛋白质发酵技术研究粉煤灰合成生物水泥。利用海洋中的向磁性 细菌,在常温、常压条件下,能合成非常均匀的磁微粒即磁性细菌颗粒,亦可称生物铁氧体功 能陶瓷材料,它同人造磁微粒铁氧体功能陶瓷材料相比,其比表面积非常大,而且由于被坚固 的有机薄膜所覆盖,所以很难出现铁的析出。提炼的第一步是通过传送带把清洗过的青草送到提炼装置中，用机械方式打破青草的细胞壁，从而获得草纤维。草纤维经过这一关保持了其长度，又经过清洗和干燥。这项技术是该公司的“秘密武器”。草纤维可用于墙体保温材料，在空心砖当中塞进草纤维，提高建筑物保温性能，从而达到节约冬季取暖用能源的目的。而直到目前，墙体保温通常是用泡沫塑料或其他化学纤维。化学纤维的原料是石油。两者相比，草纤维的优越性在于取之不尽，也就是说，符合可持续发展特点。化学纤维不能在自然界中自然分解，给环境造成负担，而草纤维废弃后重返自然界，百分之百无害。瑞士公司生产的草纤维保温材料在瑞士一些建筑物的房顶、地板、墙体中已经开始应用。石灰石、石膏等非碱性材料，微生物诱导碳酸钙沉积过程中生成的碳酸钙具有优异的粘结性和固结性能，且形成过程自然、环保，已被成功应用于增强石灰石、石膏等非碱性材料的性能上，以提高其抗风化能力。法国Nantes大学和古迹研究实验室将MICP用于修复SaintMdard教堂的SE塔。在修复后的6个月和1a内，采用目测、SEM、比色法等试验方法，同时测试了塔面的吸水性、硬度和微生物的生长率，以此评价MICP的修复效果。结果显示，微生物诱导生成的碳酸钙结构致密，具有良好的质量和均匀性。与修复前相比，修复后塔面的吸水时间延长，这表明其表面渗透性降低；修复后1a的吸水时间，相对于修复后6个月时有明显的下降，这主要是夏季的塔面比冬季干燥的原因。修复后塔面的标准颜色随时间的延长未呈现出显著变化，这表明MICP的修复效果具有良好的持久性。CarlosRodriguesz-Navarro等应用MICP技术来保护观赏石，发现基层石灰石表面覆盖了一层厚10-50m、胶凝性的碳酸钙沉淀，且深入内部1mm，新形成的碳酸钙晶粒强度高，与基层的相容性良好。JanDick等人应用球形芽孢杆菌在石灰石制品中诱导生成了胶凝性的方解石，显著降低了石灰石的毛细吸水率，提高了其抗渗性能。SeverineAnne等将MICP技术应用于石膏制品，使制品表面孔隙率减小，渗透性降低。C.Jimenez-Lopez等选用了适当培养基刺激石灰石内部的微生物群，来诱导生成碳酸钙沉淀，这种方法比采用微生物接种培养基更方便、简单，避免了大量专业人员和装置的配备。除了在建筑材料上的运用，现代生物技术在建筑智能化上也有运用的潜能。随着生物技术及 电子科技的迅速发展， 生物传感 技术已逐渐形成一个新兴的高科技领域 。 由于传感器 具有高度 自动化、 微型化与集成化的特点， 能提供有 效而快速的分析手段而代替传统的实验室技术， 从而 为生物医药 、 环境监测、食品工业等领域带来新的技 术革命 。近年来利甩生物传感器检测环境 中的污染 物，特别是用于现场检测 日益为人们所青睐。 生物传感器是由分子识别单元( 敏感材料 ) 和转 换器 2个部分构成， 以生物分子去识别被测 目标， 然 后通过信号系统将生物分子所发生的物理或化学变 化转化为相应的电信号予以输出放大， 从而得到检测 结果。根据敏感材料的不同相应地分为酶传感器 、微生物传感器、细胞传感器和免疫传感器。 在前述生物 酶技术 、免疫技术的基础上，将酶与底物或金标试纸 条显色反应的颜色深浅转化为电信号放大， 进一步缩 短 了检测时间，提高了灵敏度，具有成本低、操作简便 、测定速度快等优点。 Re s h e t i l o v 报道了生物化学传感器在环境检测中的应用。其中的电位型传感器， 根据离子选择性膜两边 电解质浓度或组成的差异所产生的电位差来测定物质浓度， 用固化酶的 p H 电极检测农药残留；安培型生物传感器是将生物酶固化到灵敏的感光膜上检测铵离子和尿素； 此外还介绍了以假单孢菌为指示的微生物传感器检测环境中残留的萘 、 联苯和安息香酸盐。 No g u e用一种固化了醛脱氢酶的酶传感器检测有机磷和氨基 甲酸酯农药， 其最小检 出量为9 ng k g， 而传统方法的最小检 出量 为 40 0 ng k g。T u r d e a n 开发出一种以固化酶抑制为基础的生物电极电流计。 电流计的针型生物电极由一个存在于用铂一铱金属丝分隔开的聚四氯乙烯中的空腔组成， 聚合体通过该空腔捕获乙酰胆碱酯酶， 该生物 电极可选择性地检测低浓度有机磷农药。Ki m 将荧光细胞与中国大颊鼠的卵细胞重组 的细胞序列( E F C一 5 0 0和 KF C A1 0) 用于检测环境 中的丝裂霉素 C、Y一 射线、 2 、 2 一对羟苯基丙烷、 尼龙 降解物、 福美锌 、 甲基溴化物等通常对哺乳动物细胞 有害的毒物。 与经典的细菌传感器相比， 该方法对化 学药物的检测灵敏度提高了 25 0倍， 可以监测环境 中的毒物对哺乳动物 内分泌的影响。 S t e n g e r 将便 携的细胞传感器中活细胞的生理变化转化为电信号、 光学信号， 可适用于检测环境中的毒药、 病原体和其 他毒物，并预测了随着功能基因工程和芯片技术的发 展， 细胞传感器将应用于环境毒物检测和评价等更宽 广的领域。 此外， 基于 PCR技术、 芯片技术制作的生 物传感芯片、 各种生化分析仪研制刚刚开始， 但以其 体积小、便于携带、分析速度快、准确灵敏等诸优点m在生物技术应用于环境检测中将得到更快发展。通过