生物技術(shù)在建筑中的運用

生物技術(shù)在建筑中的運用摘要：建筑功能組合的日益復(fù)雜化導(dǎo)致使用者的不方便性以及人的生存狀態(tài)變化對建筑本身提出了更多的要求。通過生物物技術(shù)的引入，增強建筑的智能化，互動性，以提高使用者的體驗性和舒適性。關(guān)鍵詞：生物技術(shù)，建筑功能，智能化，體驗性，舒適性ABSTRACT:Buildingfunctioncombinationthecomplexityoftheconvenienceandnottotheuserthelivingstatechangesthebuildingitselfputsforwardmorerequirements.Throughtheintroductionofbiologicaltechnologycontent,strengthentheconstructionoftheintelligent,interactive,inordertoimprovetheuserexperienceandcomfort.KEYWORDS:Biologicaltechnology,architecturefunction,intelligent,experience,comfort隨著社會的發(fā)展，建筑功能產(chǎn)生了更的裂變和更多的組合，建筑使用過程中的復(fù)雜性，增加使用者使用難度，對舒適性和體驗性來了了考驗。隨著生物技術(shù)的發(fā)展，很多智能化系統(tǒng)將會引進生物智能技術(shù)，綠色建筑的建設(shè)也將推動更多新領(lǐng)域新技術(shù)的發(fā)展。本文立足生物技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用。1.生物技術(shù)生物技術(shù)（Biotechnology）是以生命科學(xué)為基礎(chǔ)，利用生物（或生物組織、細胞及其他組成部分）的特性和功能，設(shè)計、構(gòu)建具有預(yù)期性能的新物質(zhì)或新品系，以及與工程原理相結(jié)合，加工生產(chǎn)產(chǎn)品或提供服務(wù)的綜合性技術(shù)?？赡苤?，生物技術(shù)是通過生物本身的對信息的處理，運作方式的利用，來與工程設(shè)計結(jié)合。體現(xiàn)出一種智能的特性。其中信息技術(shù)，在建筑中的運用，大大提高了建筑功能使用的便捷性。信息技術(shù)（informationscience）是研究信息的獲取、傳輸和處理的技術(shù)，由計算機技術(shù)、通信技術(shù)、微電子技術(shù)結(jié)合而成，即是利用計算機進行信息處理，利用現(xiàn)代電子通信技術(shù)從事信息采集、存儲、加工、利用以及相關(guān)產(chǎn)品制造、技術(shù)開發(fā)、信息服務(wù)的新學(xué)科。2.建筑的生物技術(shù)運用生物技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用包括：①生物技術(shù)與建材的融合，使建筑物更節(jié)能；②環(huán)境檢測技術(shù)。希望將來生物智能芯片的感知能力更接近于人，生物技術(shù)將對有害物的處理發(fā)揮功效；③生物智能將把建筑智能化提高到一個新的水準(zhǔn)。2.1建材中的生物技術(shù)運用古代,國內(nèi)外都已知道利用存在于粘土中的某些細菌的作用,可使粘上發(fā)酵或陳化而增強它的可塑性。日本亦有利用蛋白質(zhì)發(fā)酵技術(shù)研究粉煤灰合成生物水泥。利用海洋中的向磁性細菌,在常溫、常壓條件下,能合成非常均勻的磁微粒即磁性細菌顆粒,亦可稱生物鐵氧體功能陶瓷材料,它同人造磁微粒鐵氧體功能陶瓷材料相比,其比表面積非常大,而且由于被堅固的有機薄膜所覆蓋,所以很難出現(xiàn)鐵的析出。

提煉的第一步是通過傳送帶把清洗過的青草送到提煉裝置中，用機械方式打破青草的細胞壁，從而獲得草纖維。草纖維經(jīng)過這一關(guān)保持了其長度，又經(jīng)過清洗和干燥。這項技術(shù)是該公司的“秘密武器”。草纖維可用于墻體保溫材料，在空心磚當(dāng)中塞進草纖維，提高建筑物保溫性能，從而達到節(jié)約冬季取暖用能源的目的。而直到目前，墻體保溫通常是用泡沫塑料或其他化學(xué)纖維?；瘜W(xué)纖維的原料是石油。兩者相比，草纖維的優(yōu)越性在于取之不盡，也就是說，符合可持續(xù)發(fā)展特點?；瘜W(xué)纖維不能在自然界中自然分解，給環(huán)境造成負擔(dān)，而草纖維廢棄后重返自然界，百分之百無害。瑞士公司生產(chǎn)的草纖維保溫材料在瑞士一些建筑物的房頂、地板、墻體中已經(jīng)開始應(yīng)用。

石灰石、石膏等非堿性材料，微生物誘導(dǎo)碳酸鈣沉積過程中生成的碳酸鈣具有優(yōu)異的粘結(jié)性和固結(jié)性能，且形成過程自然、環(huán)保，已被成功應(yīng)用于增強石灰石、石膏等非堿性材料的性能上，以提高其抗風(fēng)化能力。法國Ｎａｎｔｅｓ大學(xué)和古跡研究實驗室將ＭＩＣＰ用于修復(fù)ＳａｉｎｔＭéｄａｒｄ教堂的ＳＥ塔［７］。在修復(fù)后的６個月和１ａ內(nèi)，采用目測、ＳＥＭ、比色法等試驗方法，同時測試了塔面的吸水性、硬度和微生物的生長率，以此評價ＭＩＣＰ的修復(fù)效果。結(jié)果顯示，微生物誘導(dǎo)生成的碳酸鈣結(jié)構(gòu)致密，具有良好的質(zhì)量和均勻性。圖１對比了修復(fù)前后塔面的吸水性。與修復(fù)前相比，修復(fù)后塔面的吸水時間延長，這表明其表面滲透性降低；修復(fù)后１ａ的吸水時間，相對于修復(fù)后６個月時有明顯的下降，這主要是夏季的塔面比冬季干燥的原因。圖２中，修復(fù)后塔面的標(biāo)準(zhǔn)顏色隨時間的延長未呈現(xiàn)出顯著變化，這表明ＭＩＣＰ的修復(fù)效果具有良好的持久性。ＣａｒｌｏｓＲｏｄｒｉｇｕｅｚ－Ｎａｖａｒｒｏ等應(yīng)用ＭＩＣＰ技術(shù)來保護觀賞石［８］，發(fā)現(xiàn)基層石灰石表面覆蓋了一層厚１０～５０μｍ、膠凝性的碳酸鈣沉淀，且深入內(nèi)部１ｍｍ，新形成的碳酸鈣晶粒強度高，與基層的相容性良好。圖３所示為其ＳＥＭ分析圖。其中（ａ）圖為未經(jīng)微生物處理的巖石；（ｂ）圖顯示在巖石基面上形成了鈣化的微生物細胞（ｃｂｃ）和針狀的球霰石晶體（ｖｔ）；（ｃ）圖顯示在巖石基層上形成了斜方六面體的方解石（ｃｃ’）；（ｄ）圖顯示在先前形成的方解石晶體上定向生成的方解石晶體（ｃｃ’ｅ），呈現(xiàn)出擇優(yōu)的晶體學(xué)取向。ＪａｎＤｉｃｋ等人應(yīng)用球形芽孢桿菌在石灰石制品中誘導(dǎo)生成了膠凝性的方解石，顯著降低了石灰石的毛細吸水率，提高了其抗?jié)B性能。ＳｅｖｅｒｉｎｅＡｎｎｅ等將ＭＩＣＰ技術(shù)應(yīng)用于石膏制品，使制品表面孔隙率減小，滲透性降低。Ｃ．Ｊｉｍｅｎｅｚ－Ｌｏｐｅｚ等選用了適當(dāng)培養(yǎng)基刺激石灰石內(nèi)部的微生物群，來誘導(dǎo)生成碳酸鈣沉淀，這種方法比采用微生物接種培養(yǎng)基更方便、簡單，避免了大量專業(yè)人員和裝置的配備。2.2建筑中環(huán)境檢測技術(shù)生物芯片技術(shù)是20世紀(jì)90年代中期以來影響最深遠的重大科技進展之一，其中基因芯片進行的表達水平檢測可自動、快速地檢測出成千上萬個基因的表達情況。在環(huán)境污染物的影響下，敏感生物個體細胞的基因表達豐度會發(fā)生相當(dāng)程度的變化，分析基因組DNA中的變化序列以篩選出DNA突變和多態(tài)性變化，尋找與正常表達的差異，單獨地或混合地確定毒物質(zhì)對敏感生物基因水平上的影響以及影響的程度，以此來檢測環(huán)境中的污染物及其生物效應(yīng)。根據(jù)芯片上固定的樣品探針不同，生物芯片可分為基因芯片、蛋白質(zhì)芯片、芯片、組織芯片。上海交通大學(xué)程金平、王文華通過分析即刻早期基因(IEG)在甲基汞神經(jīng)毒性機制中的作用，得出即刻早期基因能作為甲基汞神經(jīng)毒性檢測和評價的效應(yīng)指標(biāo)，并指出利用基因芯片技術(shù)能夠初步篩選出甲基汞對大鼠腦基因表達影響的相關(guān)基因。Fritzsche用納米金標(biāo)記DNA-芯片檢測環(huán)境中的污染物，芯片耐用、可靠、具備更好的穩(wěn)定性和專一性，而且轉(zhuǎn)化為光學(xué)信號時受環(huán)境影響較小、易操作。此外，Rudolph報道了一種新穎的可提供潛在的、高通量信息的細胞芯片和組織芯片，與基因芯片和蛋白質(zhì)芯片相比，可以提供更多的、復(fù)雜的應(yīng)答信息，為應(yīng)用于環(huán)境檢測提供了可能。目前，環(huán)境科學(xué)家已經(jīng)意識到將生物芯片技術(shù)引入環(huán)境科學(xué)研究中的重大意義：“環(huán)境基因?qū)W”已成為國外基因?qū)W研究中的新概念和新方向，而生物芯片正是研究“環(huán)境基因?qū)W”的重要手段，能快速反映環(huán)境因素對人類基因的影響。國內(nèi)這方面的工作報導(dǎo)很少，但科技部和國家自然科學(xué)基金委都已經(jīng)將此列為前沿課題項目。2.3生物智能將把建筑智能化隨著生物技術(shù)及電子科技的迅速發(fā)展，生物傳感技術(shù)已逐漸形成一個新興的高科技領(lǐng)域。由于傳感器具有高度自動化、微型化與集成化的特點，能提供有效而快速的分析手段而代替?zhèn)鹘y(tǒng)的實驗室技術(shù)，從而為生物醫(yī)藥、環(huán)境監(jiān)測、食品工業(yè)等領(lǐng)域帶來新的技術(shù)革命。近年來利甩生物傳感器檢測環(huán)境中的污染物，特別是用于現(xiàn)場檢測日益為人們所青睞。生物傳感器是由分子識別單元(敏感材料)和轉(zhuǎn)換器2個部分構(gòu)成，以生物分子去識別被測目標(biāo)，然后通過信號系統(tǒng)將生物分子所發(fā)生的物理或化學(xué)變化轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的電信號予以輸出放大，從而得到檢測結(jié)果。根據(jù)敏感材料的不同相應(yīng)地分為酶傳感器、微生物傳感器、細胞傳感器和免疫傳感器。在前述生物酶技術(shù)、免疫技術(shù)的基礎(chǔ)上，將酶與底物或金標(biāo)試紙條顯色反應(yīng)的顏色深淺轉(zhuǎn)化為電信號放大，進一步縮短了檢測時間，提高了靈敏度，具有成本低、操作簡便、測定速度快等優(yōu)點。Reshetilov報道了生物化學(xué)傳感器在環(huán)境檢測中的應(yīng)用。其中的電位型傳感器，根據(jù)離子選擇性膜兩邊電解質(zhì)濃度或組成的差異所產(chǎn)生的電位差來測定物質(zhì)濃度，用固化酶的pH電極檢測農(nóng)藥殘留；安培型生物傳感器是將生物酶固化到靈敏的感光膜上檢測銨離子和尿素；此外還介紹了以假單孢菌為指示的微生物傳感器檢測環(huán)境中殘留的萘、聯(lián)苯和安息香酸鹽。Nogue用一種固化了醛脫氫酶的酶傳感器檢測有機磷和氨基甲酸酯農(nóng)藥，其最小檢出量為9ng／kg，而傳統(tǒng)方法的最小檢出量為400ng／kg。Turdean開發(fā)出一種以固化酶抑制為基礎(chǔ)的生物電極電流計。電流計的針型生物電極由一個存在于用鉑一銥金屬絲分隔開的聚四氯乙烯中的空腔組成，聚合體通過該空腔捕獲乙酰膽堿酯酶，該生物電極可選擇性地檢測低濃度有機磷農(nóng)藥。Kim將熒光細胞與中國大頰鼠的卵細胞重組的細胞序列(EFC一500和KFC—A10)用于檢測環(huán)境中的絲裂霉素C、Y一射線、2、2一對羥苯基丙烷、尼龍降解物、福美鋅、甲基溴化物等通常對哺乳動物細胞有害的毒物。與經(jīng)典的細菌傳感器相比，該方法對化學(xué)藥物的檢測靈敏度提高了2—50倍，可以監(jiān)測環(huán)境中的毒物對哺乳動物內(nèi)分泌的影響。Stenger將便攜的細胞傳感器中活細胞的生理變化轉(zhuǎn)化為電信號、光學(xué)信號，可適用于檢測環(huán)境中的毒藥、病原體和其他毒物，并預(yù)測了隨著功能基因工程和芯片技術(shù)的發(fā)展，細胞傳感器將應(yīng)用于環(huán)境毒物檢測和評價等更寬廣的領(lǐng)域。此外，基于PCR技術(shù)、芯片技術(shù)制作的生物傳感芯片、各種生化分析儀研制剛剛開始，但以其體積小、便于攜帶、分析速度快、準(zhǔn)確靈敏