太空任務危機四伏,太空船暴露在宇宙輻射、太陽粒子及微流星的危險之中。假如真的要進行遠程載人飛行任務,例如派遣飛船在火星建立基地,船隊需要有建造保護屏障的材料和器材。英國曼徹斯特大學團隊最新發表的研究顯示,太空員產生的尿液和血液中的化合物,可製成堅固的混凝土,未來或能在太空旅行和建立殖民基地中發揮關鍵作用。
火星遙遠,從地球運送建築材料的成本自然相當高,運一塊磚頭的花費便高達 200 萬美元,因此火星基地初期需要「原地資源利用」—— 以現場獲得的資源來興建設施,例如鬆散岩石、火星土壤及稀少的凝固水氣。
而研究團隊證明,一種來自血漿的普通蛋白質「人類血清白蛋白」(human serum albumin),可以作為模擬月球或火星塵埃的黏合劑,生產一種類似混凝土的材料。由此產生的新型材料被稱為 AstroCrete,其抗壓強度高達 2,500 萬帕(Pa),與普通混凝土中的 2,000 至 3,200 萬帕大致相同。若加入在汗水、淚水和尿液中含有的尿素,更可以進一步將抗壓強度提高 3 倍以上。
參與該項目的研究員 Aled Roberts 指,與許多提議月球和火星建築技術的計劃相比,這項新技術優勢巨大。他表示:「科學家一直在努力開發可行的技術,在火星表面生產類似混凝土的材料,但我們一直都在思考,答案可能就在我們體內。」
除了人類血清白蛋白,先前也有研究探索使用牛血清白蛋白(bovine serum albumin)作為太空建材的可行性。然而,要生產牛血清白蛋白,要麼帶牛上太空,定期採集其血漿;要麼通過「生物反應器」(bioreactor)來進行生物化學反應,在太空人工合成牛血清白蛋白。
而由於人類已經存在於任何載人的太空飛行中,如果採用血漿提取方法,就沒有必要把牛或其他動物帶上任務。因此,團隊決定研究基於人類血清白蛋白的混凝土材料特性。
從船員的身上提取血漿,即可獲得人類血清白蛋白,程序與捐血相近,並可每週多次進行。他們計算出,在火星表面執行兩年任務的期間,6 名太空人共可生產超過 500 公斤的高強度 AstroCrete。如果將其用作沙袋或岩磚的砂漿(mortar)以擴建棲息基地,每位船員生產出的 AstroCrete 都足以支持額外人員,使每次任務可用的房屋翻倍。
團隊研究了潛在的黏合機制,發現血液蛋白變性或「凝結」,會形成一種稱為「β 片」(beta sheets)的擴展結構,將材料緊密地固定在一起。在中世紀時代,人類已懂得利用動物血作為砂漿的黏合劑,而於太空時代重用此技術,Roberts 形容:「這個概念簡直讓人血脈賁張(blood-curdling)。」