位於美國洛杉磯市的南加大維特比工程學院的研究人員稱，實驗室在利用一種活躍的細菌來製造堅固、耐受和有彈性的工程材料方面，有很大的研究進展。該項研究發表在《高級材料》刊物上。
這種特殊的細菌是巴氏葡萄球菌，該菌種可以分泌叫脲酶的酶。這是一種革蘭氏陽性球菌，直徑1.0um左右，排列成葡萄狀。葡萄球菌無鞭毛，不能運動。無芽胞，28-38℃均能生長，在瓊脂平板上形成圓形凸起，邊緣整齊，表面光滑，濕潤，不透明的菌落。
當脲酶暴露在尿素和鈣離子中時，會產生碳酸鈣，這種礦物質化合物是骨骼或外殼、牙齒中的重要組成部分，自然結構十分穩固。
當需要維修時，甚至可以在這些材料中重新加入細菌。研究人員表示：「這些生物材料仍然具有自我生長的特性。當材料受損時，我們可以加入細菌使其重新生長。例如，如果我們將其應用於橋樑，可以在必要時修復受損材料。」
從自然環境中的生物上汲取工程學的靈感，對科學研究很有幫助。儘管細菌、真菌和病毒這些微生物有害、引起疾病，但許多事物都是一把雙刃劍，有害可能也會有益。
其實，利用微生物進行生產加工，在生物應用上已經有著悠久的製備歷史，比如說，利用酵母菌來發酵，或者釀酒。
酵母菌細胞內含有大量的酶，它們可以把澱粉分解為葡萄糖，還可以把葡萄糖轉化為酒精並產生二氧化碳。
釀酒過程中，酵母菌可以使糧食發酵，產生酒精。
但是，利用微生物製造工程材料的研究在國內外都十分有限。
新生物材料將活細菌和合成材料結合在一起，所表現出的機械性能優於當前的任何天然或合成材料。
很大程度上，材料中的球粒結構是重中之重，多層礦物質相互之間以不同的角度排列，形成一種「扭曲」或螺旋形狀。這種結構很難僅僅藉由合成的方式製造，因此研究人員使用細菌來實現此一目標。
為了製造這種材料，研究人員3D列印出格子結構，其中為空方格，並使格子層以不同的角度鋪設，進而形成螺旋形狀。然後，將細菌引入該結構中。細菌天性喜歡附著在材料表面上，研究人員利用該特性讓它們「抓住」材料。
接著，細菌會分泌脲酶，促使形成碳酸鈣晶體。它們沿著表面生長，最終會填滿網格結構中的小方格或空隙。
其實在此前，南加州大學和加州大學歐文分校聯合研究的研究人員就已經利用聚合物3D列印出一個簡單的晶格結構，再將該結構浸入一種利用微生物生長出碳酸鈣的溶液中，附著在晶格上的細菌分泌的酶可以使尿素和鈣離子反應生成碳酸鈣，當晶格被填滿後，實驗室就成功製備了一種超硬材料，被稱為「大自然的3D列印」！
這次的專項研究中，關鍵創新之處在於引導細菌生長碳酸鈣礦物質，以獲得與天然礦化複合材料相似的有序微結構。碳酸鈣的材料結構甚至能夠消耗子彈的能量，也可以應用在飛機和機器人材料方面。
測試顯示，該材料的結構強度非常高，可應用於航空航太面板和車架等基礎設施。另外，這種活性材料相對較輕，也為防彈衣或車輛裝甲等防禦應用提供新靈感！