南加州大学 信用:CC0公共领域 一棵树在多年生产自己的食物后变得强壮
现在想象一下，如果产品可以用提供营养强化树木的相同生物材料来强化
这是南加州大学维特比工程学院土木与环境工程教授王启民的工作，他的研究实验室是第一批向三维打印机墨水注入活体材料的实验室之一
这种材料具有更大的强度、柔韧性和自愈合的潜力
这项工作记录在发表在《美国国家科学院院刊》上的一篇论文中
这种受生物启发的墨水的想法来自树木，它们利用光合作用的力量产生葡萄糖，葡萄糖转化为纤维素并增强植物的细胞结构
王说:“树小的时候灵活，成熟的时候死板
" “这项研究的想法也受到了大力水手(Popeye the Sailor)的启发，大力水手是一个可以通过吃菠菜来增强肌肉的动画角色，”王说。他的研究重点是生物仿生制造以及前所未有的材料和结构力学，这些材料和结构有可能解决基础设施、能源、机器人、医疗保健和环境方面的工程挑战
“现在，我们正在用科学创新来实现我们童年的想象力，”王说
这项研究背后的研究团队，其中包括南加州大学维特比博士
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学生于冯与尼古拉斯教授一起作为主要作者
麻省理工学院的方和加州理工学院的恰拉·达拉约教授用离心机从乔氏公司购买的菠菜中提取叶绿体
他们将菠菜叶绿体与一种新发明的三维可打印聚合物墨水混合
然后他们用墨水打印三维结构
通过将光应用到三维打印结构上，他们创造了条件来产生基于植物的葡萄糖，葡萄糖与聚合物反应，使材料变得越来越坚固
通过应用两到四个小时的光照和模仿光合作用的能力，研究人员相信这种“生物材料”可以自我强化到原来强度的六倍
更有甚者，活体叶绿体诱发的强化作用，可以通过将材料冻结在0来暂时中止？(叶绿体在冷冻时会暂时变慢)
一旦温度回到室温，就可以恢复强化效果
“这种物质的行为就像一条在冬天冬眠的蛇，”王说
“这种暂时的‘暂停行为’在现有的工程材料中从未得到证实，”王补充道
该论文的第一作者于(音译)指出:“这种利用梯度光照明的技术可以制造出具有梯度刚度的工程结构，这种结构表现出的‘缓冲’性能远远超过同类结构
该论文的另一位主要作者冯(音)说:“另一个惊人的发现是，这种强化效果可以通过外力来调节。”
当你把一个重物挂在一根树枝上时，那根树枝会变得比其他树枝强壮得多，这个过程叫做“机械传导”
“同样的现象也发生在这里
该团队设想将光合作用应用到材料中，设计出一种定制的三维印刷运动鞋鞋底，这种鞋底可以塑造人的脚，并具有定制的硬度
一些植物在嫁接和伤口修复过程中表现出自愈能力
根据研究人员的说法，南加州大学实验室里注入叶绿体的“活物质”也表现出一种杰出的自我修复特性
这种性质是由光合作用产生的葡萄糖诱导的，葡萄糖创造了交联的分子过程(本质上相当于创造缝合线)
这种裂缝修复能力可以应用于船只螺旋桨甚至无人驾驶飞机
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