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这种现象的一个例子是3D打印材料,由于其打印配置,这些材料通常是多孔的。氧气可以扩散到孔隙中,并与幸存的自由基发生反应,导致脆化。随着剩余的自由基发生反应,一些材料会随着老化而继续变弱。
这些聚合物对辐射损伤的抵抗力可以通过接枝或共聚芳香族基团来提高,芳香族基团可以提高稳定性并降低反应性,并添加抗氧化剂和纳米材料,这些材料充当自由基清除剂。此外,更高分子量的聚合物将更能抵抗辐射。
由于生物/有机材料并非完全由聚合物组成,生命活动严重依赖溶剂而存在,而最适宜的生物溶剂毫无疑问是水。
受到电离辐射的水会形成氢和羟基的自由基,这些自由基可以重新结合形成气态氢、氧、过氧化氢、羟基自由基和过氧化物自由基。
在主要由水组成的生物体中,大部分损伤是由活性氧引起的,即水产生的自由基。自由基攻击在细胞内形成结构的生物分子,导致氧化应激(一种累积损伤,可能严重到足以导致细胞死亡,或可能导致DNA损伤,可能导致癌症)。活性氧的存在对溶解的有机化学物质具有很强的破坏性作用。
可以说太空环境对生物/有机材料的考验是极为严峻的,即使通过自我修复的方式(通过新陈代谢或类似过程修复自身)维持存在也将导致额外的消耗。
D:自我修复方式不是解决生物/有机材料性能缺陷的万能手段
生物/有机材料的自我修复能力并非万能,这种能力依赖于复杂的代谢系统和对生物质的循环利用。太空中资源匮乏,能源稀缺,在保证生物质循环利用水平的情况下,自我修复时间将被极大拉长。只有以暂时损失大量生物质的方式才能确保自我修复速率,而生物质在宇宙中却是相当稀缺的。
对于生物战舰而言,其再生能力只是对生物/有机材料性能缺陷的补强手段,既不强大,也非独有,人类星舰同样可以使用微机械完成自我修复,且自我修复速率与对物质的循环利用的水平也都远超生物战舰。而且,由于生物/有机材料的性能缺陷,生物战舰必然存在无法或难以自我修复的结构,即控制与指挥系统、反应堆、推进器、超光速系统(详见工程学问题部分)。
因此,虽然生物/有机材料在某些方面具备独特的优势,但与金属/无机材料相比,生物/有机材料的劣势在太空环境与宇宙航行下必将进一步放大,生物战舰采用生物/有机材料与金属/无机材料的互补结合形式将是必然。
E:生物/有机材料与金属/无机材料互补结合的优劣
采用生物/有机材料与金属/无机材料结合的方式可增强结构强度与结构耐用性,并在很大程度上弥补生物/有机材料所欠缺的方面。
例如使用金属/无机材料(如铅、硼)充当辐射屏障,这一过程将类似细胞钙化成骨,或是以其他更激进的手段实现。
此外,还可将金属与其他无机材料结合到有机框架中,生成有机金属化合物,以改善生物/有机材料的特性。但化学层面上的主要挑战是,与金属材料的结合将严重影响并深刻改变生物体新陈代谢的全部流程,并非所有金属材料都可以很好地与生物/有机材料结合,大量金属与其化合物具备相当程度的生物毒性。(四乙基铅/有机汞)
有机金属化合物的合成过程、反应速率、交联影响的共同作用是极其复杂的过程,有机金属化合物在产量很难跟上需求的同时也将使得代谢循环通路变得极其复杂,能够在太空极端环境下长期稳定存在的有机金属化合物也只是极少数。