前言：本站為你精心整理了金剛石生物技術論文范文，希望能為你的創作提供參考價值，我們的客服老師可以幫助你提供個性化的參考范文，歡迎咨詢。

1引言

近年來，隨著我國的經濟發展和社會進步，無論是地質找礦，還是工程勘察，對鉆探的需求都越來越大，也都面臨著地層越來越難打的問題。而金剛石———這一超硬材料的出現，不僅大大地提高了普通地層的鉆進效率，而且解決了堅硬地層進尺難、不進尺等問題。然而天然金剛石在大自然中存在少，且難以開采，用于制作鉆頭成本高。近些年的人造金剛石，可以說很好地解決了這個問題。眾所周知，金剛石由C原子構成，和石墨的成分一樣，同為C元素的一種單質，區別在于石墨排列松散而金剛石排列致密。人造金剛石的主要原理即是利用高溫高壓使得石墨中本來松散排列的C原子重新定向排列，形成緊密、有序排列的金剛石。然而利用高溫高壓合成金剛石，不僅需要消耗大量資源、能量來提供高溫高壓環境，而且需要的時間長，合成出來的金剛石顆粒遠遠小于天然金剛石。故筆者想到，是否有其他方法，能夠在常溫常壓下合成人造金剛石，并盡可能地縮短合成時間、增大合成所得的顆粒。大自然是神奇的，自然界存在許許多多神奇的生物，能夠通過自身作用，產生對人類生產生活有用的物質，如蠶吐絲、蚌殼生珍珠，故筆者聯想到，是否能利用生物來生產金剛石呢？

2實現的可能性討論

2.1耐高溫耐高壓生物的找尋首先，我們想到，金剛石的制造需要高溫高壓，故要尋找能夠制造金剛石的生物，我們可以從尋找能夠在高溫高壓下生存的生物開始，逐步破解難題。通過查閱資料，我們發現，世界上生命力最強的生物———熊蟲。熊蟲又名水熊、水熊蟲，是緩步動物門生物的俗稱。這是一種小型動物，主要生活在淡水沉渣、苔蘚植物水膜和潮濕土壤中，還有一少部分生活在海水潮間帶。這些熊蟲分布甚廣，無論是在海拔6000米以上的喜馬拉雅山脈，還是深度4000米以下的深海中，都有他們生活的足跡，北極、熱帶、溫泉、深海中，都有分布。不僅如此，即使在真空中，水熊也可以生存。水熊，這種世界上生命力極強的生物，極難被殺死。水熊是一種小型動物，只能在顯微鏡下才能觀察到。熊蟲生命力極強，根據實驗數據顯示，具體體現在如下四個方面：（1）生存溫度，即使在零下200℃的環境中，也能生存3-5天；當溫度降至零下272℃時，亦能存活2分鐘。（2）生存空氣，熊蟲在真空中能生存。（3）放射環境，熊蟲不懼放射線，在5700格雷強度的放射線下存活良好（1格雷放射線相當于5000臺胸透儀的放射強度，10~20格雷強度的放射線就能輕易殺死人類或者地球上大部分的動物）。（3）生存壓力，即使在600兆帕的壓力環境下也能生存。德國佛萊堡大學的拉姆（20世紀20年代）研究發現，即使將熊蟲置于很極端的環境下，只要給予水分和正常溫度，熊蟲即能復活并且緩慢移動。另有科學家給予鹽礦中冬眠數百年的水熊蟲水分和營養，水熊蟲能夠蘇醒并恢復。然而，通過以上分析，我們發現，世界上生命力最強的生物，卻最多只能承受600mpa的壓力和150攝氏度的溫度，遠遠低于人造金剛石的熔媒法所需的靜態超高壓（50～100kb，即5～10GPa）和高溫（1100～3000°C）。同時，我們發現，本身制造金剛石需要高溫高壓，那么尋找這樣一種生物載體，卻還是要將金剛石置于高溫高壓中，并沒有從根本上解決問題。因此，從這個角度出發的生物制取金剛石的方法，并沒有實際意義。

2.2蠶吐絲、蚌殼生珍珠的啟示我們考慮是否能夠通過蠶吐絲和蚌殼生珍珠的類似原理來制造金剛石，故首先我們先來分析蠶吐絲和蚌殼生珍珠的原理。蠶吐絲形成的原因：桑葉當中，含有水、蛋白質、糖類、脂肪等成分。蠶吃進桑葉以后，經過消化分解，吸收桑葉中的蛋白質和糖類，造成絹絲蛋白質。絹絲蛋白質再形成絹絲液，絹絲液經過蠶的吐絲和凝固作用，就成了絲繭。天然珍珠形成的原因：關鍵在于，刺激蚌的外套膜表皮細胞，使其急劇分裂增殖，逐漸形成珍珠囊從而包圍刺激源。在此刺激下，蚌殼會分泌珍珠質，從而形成以刺激源為中心的珍珠。若刺激是均勻的，則形成的珍珠是圓球形的，若刺激是不均勻的，則形成的是非圓球形的珍珠。通過以上分析，我們發現，無論是蠶吐絲還是珍珠的形成，都是生物將該種物質的原料消化、整合、重新分泌，并且層層疊加，分泌凝固后從而形成不同形狀的新物質。那么聯想到這一點，我們考慮，是否有這樣一種生物或者生物技術，能夠將含C物質分解成C原子并將C原子按照金剛石的微觀原子構造進行重新排列，即類似于微觀操作技術，從而在常溫常壓下得到金剛石。鑒于現在化學技術發展水平，已經可以對原子進行操縱和排列，所以，以上想法是有可能實現的。然而，現在自然界中，并不存在一種能夠消化含C物質并吸收分泌出C原子層層疊加的生物，故單純利用自然界已經存在的生物本身特性制造金剛石在目前來看，是不具有實現的可能性的。

2.3實現性分析排除自然界中有生物能制造金剛石的可能之后，我們考慮采用當下火熱發展的生物技術來制造金剛石。眼下，現代生物技術迅猛發展，現代生物技術包括基因工程、細胞工程、酶工程、發酵工程，它們逐漸影響著和改變著人們的生產、生活方式。所謂生物技術是指“用活的生物體（或生物體的物質）來改進產品、改良植物和動物，或為特殊用途而培養微生物的技術”。根據前文分析，我們考慮用基因工程的方法來制取金剛石。基因工程要素包括外源DNA、載體分子、工具酶和受體細胞等。首先需要解決的是外源DN段，目前還未發現有生物可以產生碳單質，所以目前外源DN段的獲取這一條件還未滿足。不過，雖然目前還沒有發現這一外源DN段，不過我們大膽的猜想，如果世界上有這樣一種基因能夠分解含C的化合物，從中得到C單質，并且能夠將C單質按照金剛石的排列形狀緊密重組、排列。那么就可以將此外源DNA導入受體細胞，利用生物在常溫常壓下得到金剛石，從而節省工業生產金剛石中提供高溫高壓而消耗的能源。所以，利用基因工程得到金剛石是有可能的，不過它的實現需要生物工程上的突破，現階段只能是假設和猜想。此外，可以考慮利用細胞工程、基因工程中，對微觀分子、細胞的操作技術，考慮對C原子按照金剛石的排列順序進行重組排列，從而在常溫常壓下制取金剛石。

3結論

為了實現利用生物、生物技術制造金剛石的目的：

（1）我們首先考慮尋找耐高溫高壓的生物，即使世界上生命力最強的生物熊蟲，也無法承受人造金剛石所需要的高溫高壓。而且我們發現，本身制造金剛石需要高溫高壓，那么尋找這樣一種生物載體，卻還是要將金剛石置于高溫高壓中，并沒有從根本上解決問題。

（2）其次，我們借鑒蠶吐絲、蚌殼生珍珠的原理，得到常溫常壓下利用生物技術生產金剛石的思路：將含C物質分解成C原子，按照金剛石的微觀排列構造順序進行排列。

（3）最后，分析了現有的生物技術，并提出可利用基因工程中對基因的改造、細胞工程中對微觀物質的操作來生產金剛石。

作者：張真陳杰單位：中南大學