生物技术在建筑中的运用.docx

生物技术在建筑中的运用姓名：何兵学号：20125695学院：12级土木09班摘要：建筑功能组合的日益复杂化导致使用者的不方便性以及人的生存状态变化对建筑本身提出了更多的要求。通过生物物技术的引入，增强建筑的智能化，互动性，以提高使用者的体验性和舒适性。关键词：生物技术，建筑功能，智能化，体验性，舒适性随着社会的发展，建筑功能产生了更的裂变和更多的组合，建筑使用过程中的复杂性，增加使用者使用难度，对舒适性和体验性来了了考验。随着生物技术的发展，很多智能化系统将会引进生物智能技术，绿色建筑的建设也将推动更多新领域新技术的发展。本文立足生物技术在智能建筑中的应用。1.生物技术生物技术（Biotechnology）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。可能知道，生物技术是通过生物本身的对信息的处理，运作方式的利用，来与工程设计结合。体现出一种智能的特性。其中信息技术，在建筑中的运用，大大提高了建筑功能使用的便捷性。信息技术（information science）是研究信息的获取、传输和处理的技术，由计算机技术、通信技术、微电子技术结合而成，即是利用计算机进行信息处理，利用现代电子通信技术从事信息采集、存储、加工、利用以及相关产品制造、技术开发、信息服务的新学科。2.建筑的生物技术运用生物技术在智能建筑中的应用包括：生物技术与建材的融合，使建筑物更节能；环境检测技术。希望将来生物智能芯片的感知能力更接近于人，生物技术将对有害物的处理发挥功效；生物智能将把建筑智能化提高到一个新的水准。2.1建材中的生物技术运用古代,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Saint教堂的塔。在修复后的个月内，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。图对比了修复前后塔面的吸水性。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；修复后年的吸水时间，相对于修复后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。图中，修复后塔面的标准颜色随时间的延长未呈现出显著变化，这表明的修复效果具有良好的持久性。Carlos RodrigueNavarro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1050m、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。图所示为其SEM分析图。其中（）图为未经微生物处理的岩石；（）图显示在岩石基面上形成了钙化的微生物细胞（）和针状的球霰石晶体（vt）；（）图显示在岩石基层上形成了斜方六面体的方解石（）；（）图显示在先前形成的方解石晶体上定向生成的方解石晶体（），呈现出择优的晶体学取向。Jan Dick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。Severine Anne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。2.2建筑中环境检测技术生物芯片技术是 2 0世纪 9 0年代中期以来影响最深远的重大科技进展之一，其中基因芯片进行的表达水平检测可自动、快速地检测出成千上万个基因的表达情况。在环境污染物的影响下，敏感生物个体细胞的基因表达丰度会发生相当程度的变化，分析基因组 D NA中的变化序列以筛选出 DNA突变和多态性变化，寻找与正常表达的差异，单独地或混合地确定毒物质对敏感生物基因水平上的影响以及影响的程度，以此来检测环境中的污染物及其生物效应。根据芯片上固定的样品探针不同，生物芯片可分为基因芯片、蛋白质芯片、芯片、组织芯片。上海交通大学程金平、王文华通过分析即刻早期基因( I EG) 在甲基汞神经毒性机制中的作用，得出即刻早期基因能作为甲基汞神经毒性检测和评价的效应指标，并指出利用基因芯片技术能够初步筛选出甲基汞对大鼠脑基因表达影响的相关基因。 F r i t z s c h e 用纳米金标记 DNA-芯片检测环境中的污染物，芯片耐用、可靠、具备更好的稳定性和专一性，而且转化为光学信号时受环境影响较小、易操作。此外，Ru d o l p h 报道了一种新颖的可提供潜在的、高通量信息的细胞芯片和组织芯片，与基因芯片和蛋白质芯片相比，可以提供更多的、复杂的应答信息，为应用于环境检测提供了可能。目前，环境科学家已经意识到将生物芯片技术引入环境科学研究中的重大意义：“环境基因学”已成为国外基因学研究中的新概念和新方向，而生物芯片正是研究“环境基因学”的重要手段，能快速反映环境因素对人类基因的影响。国内这方面的工作报导很少，但科技部和国家自然科学基金委都已经将此列为前沿课题项目。2.3生物智能将把建筑智能化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