帶上人工鰓去海底生活

一直以來(lái)，人類都渴望能夠潛入海底生活。而今天，由于科學(xué)家的辛勤探索，這一夢(mèng)想正在變成現(xiàn)實(shí)！

第一只“水肺”

1943 年6 月的一天，地中海利比亞海岸邊，有幾個(gè)人打開(kāi)一只箱子，從里面取出了一個(gè)形狀奇特的東西。他們管它叫“水肺”。所謂“水肺”，就是今天已被廣泛應(yīng)用于潛海水下活動(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。

這一發(fā)明揭開(kāi)了人類潛水史上新的一頁(yè)。然而，人們并沒(méi)有滿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？能不能仿照魚(yú)鰓，制造出一種可供人類在海里直接吸取水中氧氣的人工鰓呢？

水中的小鳥(niǎo)

1985 年的日本筑波國(guó)際科技博覽會(huì)上，有一款有趣的展品：在一個(gè)注滿清水的長(zhǎng)方形玻璃魚(yú)缸里，竟生活著一只活蹦亂跳的小鳥(niǎo)！

原來(lái)，小鳥(niǎo)是在水中的一個(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)在魚(yú)缸里的復(fù)雜裝置相連。它就是能直接從水中獲得氧氣，供給小鳥(niǎo)維持生命的人工鰓！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。這些硅橡膠細(xì)管具有“篩子”般的奇異功能。當(dāng)水流過(guò)人工鰓時(shí)，管壁能阻擋水分子的滲透，而把水中的氧分子“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細(xì)管透氣效率還太低，要想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)，要提供足夠一個(gè)人使用的氧氣量，至少需要2 萬(wàn)多根這樣的細(xì)管。這么多充滿氧氣的細(xì)管合在一起，將會(huì)使人工鰓變成讓人無(wú)法下潛的“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。有沒(méi)有更加先進(jìn)有效的辦法呢？

奇妙的“血紅蛋白海綿”

上世紀(jì)80年代初，美國(guó)科學(xué)家根據(jù)魚(yú)鰓在水中吸氧的生物化學(xué)原理，研制成功了一種能高效吸取海水中氧氣的人工鰓。它是采用一種叫做“血紅蛋白海綿”的特殊材料制成的。

原來(lái)，動(dòng)物體內(nèi)的血液中，有一種專門(mén)用來(lái)交換和運(yùn)輸氧分子的蛋白質(zhì)，叫做“血紅蛋白”?？茖W(xué)家根據(jù)這些原理，把從人的血液中提取出的血紅蛋白，用特殊的技術(shù)處理方法，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)這種海綿浸入水中時(shí)，大量的血紅蛋白就牢牢抓住了水中的氧分子。這時(shí)，只要給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，源源不斷地釋放出來(lái)。

目前，已用“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，可提供150 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)家利用“血紅蛋白海綿”制成的人工鰓，可戴在頭上，潛入水中足以生活一個(gè)星期，可惜體積較大，使用并不方便?？茖W(xué)家預(yù)言：不久將出現(xiàn)小巧輕便的背負(fù)式人工鰓。如果進(jìn)一步改進(jìn)，將會(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。