【新唐人北京时间2025年05月06日讯】由真菌和细菌建造的房子,或许听起来像是科幻小说的东西。不过,这次美国科学家利用这些微生物,做出拥有自我矿化与修复能力的建筑材料,不仅有望代替部分混凝土,还有望让微生物帮大家盖房子成为现实。
先前科学家利用一些微生物的特性诱导它实现碳酸钙沉淀(MICP),变成具有潜力的工程生物材料(Engineered Living Materials,ELM),用于建造或修复简单承重结构。尽管部分ELM材料成功走进商业市场,但市场上的接受度并不高。
原因是ELM材料存活期短,还需特定储存条件才能延长其寿命等问题。另外,该种材料现阶段还难以修复复杂的内部建筑结构,这些问题都限制了它的潜在用途和效益。
这次,美国蒙大拿州立大学(Montana State University)实验团队利用巴氏孢子八叠球菌(Sporosarcina pasteurii)和粗糙脉孢菌(Neurospora crassa)培育出密集的海绵状菌丝体作为生物材料框架,创造出一种活的、可自我修复的建筑材料。该研究成果于4月16日发表在《Cell Press》期刊杂志上。
他们选用的巴氏孢子八叠球菌,是一种土壤常见的嗜碱菌,对于环境影响小,无致病性,只需摄取营养物质和钙离子就能进行矿化反应。粗糙脉孢菌(又称粉色面包霉菌)同样无致病性,菌丝生长快,子囊孢子耐热,并具尿素分解诱导的MICP能力。
研究人员将能够产生碳酸钙(可从珊瑚、蛋壳和石灰石中发现)的巴氏孢子八叠球菌,引入由粗糙脉孢菌生长的真菌菌丝体框架中,巴氏孢子八叠球菌在里面继续进行生物矿化作业,将原本柔韧的菌丝体逐渐硬化成坚硬的结构,且硬度会大幅度提升。(菌丝体框架可以自我矿化、菌丝体框架被尿素分解细菌有效生物矿化)
另外,他们发现自主研发的工程生物材料能够在干燥、温度23°C到30°C的环境下,依然能保持超过4周的生物活性,要长于其它类型的工程生物材料,这有助于做成良好的工程生物材料。
研究人员使用配备能量色散光谱的扫描电子显微镜(SEM-EDS)观察菌丝体框架矿化后的样子。结果显示,巴氏孢子八叠球菌在代谢尿素(细菌的食物)后会产生碳酸钙,而这些矿物结晶会逐渐融入菌丝体里面,使得整个菌丝框架的密度和稳定性得到近一步强化。
该团队为了验证这种生物矿化ELM材料,是否能进入实用阶段,将其放置含有复杂孔洞的模具中。结果显示,这些生物矿化框架以同心圆环的方式生长,最后填满模具的内部空隙,展现该材料生物优异的修复能力。
他们还表示,虽已证实真菌菌丝体作为生物矿化ELM的潜力,但仍需解决两种微生物无法共同培养,以及材料机械性能需优化的问题。未来将持续研究改善这些问题,推动该材料的大规模生产,以替代部分高耗能建筑材料,降低环境污染。
该实验的主要作者之一、蒙大拿州立大学助理教授、通讯作者切尔西·赫弗兰(Chelsea Heveran)则表示,“此前生物矿化材料的强度不足以全面替代混凝土。不过,我们和其他人正在努力改善它们的性能,以扩大未来的应用范围。”
赫弗兰还表示,“我们了解到真菌框架,对于控制材料的内部结构非常有用。现在我们已成功创造出类似皮质骨(同心圆)的内部几何结构,未来有望开发更多的几何结构,用于优化其它材料的内部结构。”
(转自大纪元/责任编辑:叶萍)