帶上人工鰓去海底生活

駱昌芹

有這樣一個(gè)美麗的神話(huà)故事：一位善良的漁夫在海灘上救起了一條快要干死的金色小魚(yú)，把它放回了大海。為了報(bào)答漁夫，小魚(yú)送給他一顆避海神珠。從此，這位漁夫就能自由來(lái)往于海底龍宮與陸地了。

這個(gè)故事反映了人們征服大海的美好愿望。而今天，通過(guò)科學(xué)家的辛勤鉆研，這一神話(huà)正在變成現(xiàn)實(shí)。

第一只“水肺”

1943年6月的一天，利比亞海岸邊，有幾個(gè)人打開(kāi)一只箱子，從里面取出一個(gè)形狀奇特的東西，他們管它叫“水肺”。那位身材瘦削、長(zhǎng)著鷹鉤鼻子的，就是聞名于世的水肺發(fā)明者庫(kù)斯圖，旁邊站著他的助手。他們將使用這個(gè)水肺，進(jìn)行一次沒(méi)有水上供氧，也沒(méi)有安全信號(hào)繩連接的潛海試驗(yàn)。這項(xiàng)前所未有的試驗(yàn)存在著極大的風(fēng)險(xiǎn)。

所謂水肺，就是今天已被廣泛應(yīng)用于潛水活動(dòng)的背負(fù)式氧氣瓶潛水裝置，它由灌進(jìn)了高壓氧氦混合氣體的氣瓶、裝有特殊閥門(mén)的供氣調(diào)節(jié)器和由軟管與氣瓶相連的呼吸罩組成。

庫(kù)斯圖背上重達(dá)30千克的水肺，套上游泳蹼板，把呼吸罩銜咬在嘴上。一切準(zhǔn)備就緒，他邁著堅(jiān)毅的步伐走向大海，漸漸消失在水面下。

時(shí)間一分一秒地過(guò)去了，岸上的人緊張得心都提到了嗓子眼兒……終于，庫(kù)斯圖和銀白色的氧氣瓶露出了海面，人們歡呼雀躍起來(lái)，他成功了！

庫(kù)斯圖的發(fā)明揭開(kāi)了人類(lèi)潛水史上新的篇章。然而，人們并沒(méi)有滿(mǎn)足于水肺提供的有限的潛水時(shí)間和水下自由。為什么魚(yú)兒在水中不會(huì)被淹死？能不能模仿魚(yú)鰓，造出一種可供人類(lèi)在海里直接吸取水中氧氣的人工鰓呢？

水中的小鳥(niǎo)

1985年日本筑波國(guó)際科技博覽會(huì)上，有一個(gè)有趣的展品——一只注滿(mǎn)清水的長(zhǎng)方形玻璃魚(yú)缸里，竟生活著一只歡快跳躍的小鳥(niǎo)！

原來(lái)，小鳥(niǎo)生活在水中的一個(gè)密封玻璃“鳥(niǎo)籠”里，“鳥(niǎo)籠”由兩根管子與一套同樣浸沒(méi)在缸里的復(fù)雜裝置相連。這套復(fù)雜裝置就是能直接從水中獲取氧氣，供給小鳥(niǎo)維持生命的人工鰓。這個(gè)人工鰓是日本科學(xué)家川口信久和桑名次郎耗費(fèi)了十年心血研制出來(lái)的。

在這個(gè)人工鰓里藏有1000多根長(zhǎng)25厘米、直徑僅0.3毫米的纖細(xì)硅橡膠管。這些硅橡膠管具有“篩子”般的奇異功能——當(dāng)水流過(guò)人工鰓時(shí)，管壁能阻擋水分子滲透，把水中的氧分子“篩”進(jìn)細(xì)管內(nèi)部。這樣，眾多的細(xì)管就為魚(yú)缸中的小鳥(niǎo)提供了足以維持生命的氧氣。

遺憾的是目前所使用的硅橡膠管的透氣效率還太低，要從水中獲得大量氧氣，就得大大增加細(xì)管的數(shù)量。據(jù)估計(jì)，要提供一個(gè)成人所用的氧氣量，至少需要2萬(wàn)多根這樣的細(xì)管。這么多充滿(mǎn)氧氣的細(xì)管合在一起，會(huì)使人工鰓變成阻礙人們下潛的“救生衣”。另外，硅橡膠對(duì)海水的抗腐蝕能力很差，長(zhǎng)期浸泡在海水里，會(huì)對(duì)潛水者的安全造成威脅。所以，這種用硅橡膠管制成的人工鰓還不能馬上投入使用。

能不能找到更加先進(jìn)、有效的辦法呢？

奇妙的“血紅蛋白海綿”

20世紀(jì)80年代初，美國(guó)科學(xué)家鮑納班基勒成功研制了一種能高效吸取海水中氧氣的人工鰓。它是根據(jù)魚(yú)鰓在水中吸氧的生物化學(xué)原理，采用一種叫作“血紅蛋白海綿”的特制材料制成的。

原來(lái)，動(dòng)物體內(nèi)的血液中，有一種專(zhuān)門(mén)用來(lái)交換和運(yùn)輸氧分子的血液蛋白質(zhì)，叫作“血紅蛋白”。鮑納班基勒根據(jù)這一科學(xué)原理，把從人的血液中提純出的血紅蛋白，用特殊的處理技術(shù)，固定在由二氧化硅與聚氨酯合成的海綿狀材料上，制成了“血紅蛋白海綿”。當(dāng)這種海綿一浸入水中，大量的血紅蛋白就牢牢抓住了水中的氧分子。這時(shí)，只要讓海綿通上一定的電流，氧分子就會(huì)自行脫離“載體”，變成氧氣，并源源不斷地釋放出來(lái)。

目前，科學(xué)家已將“血紅蛋白海綿”制成了一個(gè)供實(shí)驗(yàn)用的人工鰓。這個(gè)直徑約1米、長(zhǎng)約3米的人工鰓可供150個(gè)人的水下用氧，平均每人占用的“血紅蛋白海綿”還不到0.03立方米。近年來(lái)，日本科學(xué)家也利用“血紅蛋白海綿”制成了一款人工鰓，人們可將其佩戴在頭上，潛入水中生活一個(gè)星期?？上н@款人工鰓體積較大，使用起來(lái)并不方便。但科學(xué)家預(yù)言，不久之后，將會(huì)出現(xiàn)小巧輕便的背負(fù)式人工鰓。隨著技術(shù)不斷改進(jìn)，將來(lái)甚至還會(huì)出現(xiàn)口罩式或口含式的人工鰓。那時(shí)，人們就能長(zhǎng)期在海底生活了。