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標題: 神奇生物材料或替代混凝土 [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2025-5-10 12:24 AM 標題: 神奇生物材料或替代混凝土

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　　上圖為杜拜2024年度設計週展示一間菌絲體做出的模組化避難所。菌絲體是真菌的根狀部分﹐可以與有機物結合生長以適應不同形狀的模具﹐從而生產出一種可以在任何地方種植的堅固建築材料。由真菌和細菌建造的房子﹐或許聽起來像是科幻小說的東西。不過﹐這次美國科學家利用這些微生物﹐做出擁有自我礦化與修復能力的建築材料﹐不僅有望代替部分混凝土﹐還有望讓微生物幫大家蓋房子成為現實。
　　先前科學家利用一些微生物的特性誘導它實現碳酸鈣沉澱(MICP)﹐變成具有潛力的工程生物材料(Engineered Living Materials﹐ELM)﹐用於建造或修復簡單承重結構。儘管部分ELM材料成功走進商業市場﹐但市場上的接受度並不高。原因是ELM材料存活期短﹐還需特定儲存條件才能延長其壽命等問題。另外﹐該種材料現階段還難以修復複雜的內部建築結構﹐這些問題都限制了它的潛在用途和效益。
　　這次﹐美國蒙大拿州立大學(Montana State University)實驗團隊利用巴氏孢子八疊球菌(Sporosarcina pasteurii)和粗糙脈孢菌(Neurospora crassa)培育出密集的海綿狀菌絲體作為生物材料框架﹐創造出一種活的﹑可自我修復的建築材料。該研究成果於4月16日發表在《Cell Press》期刊雜誌上。
　　研究人員選用的巴氏孢子八疊球菌﹐是一種土壤常見的嗜鹼菌﹐對於環境影響小﹐無致病性﹐只需攝取營養物質和鈣離子就能進行礦化反應。粗糙脈孢菌(又稱粉色麵包黴菌)同樣無致病性﹐菌絲生長快﹐子囊孢子耐熱﹐並具尿素分解誘導的MICP能力。研究人員將能夠產生碳酸鈣(可從珊瑚﹑蛋殼和石灰石中發現)的巴氏孢子八疊球菌﹐引入由粗糙脈孢菌生長的真菌菌絲體框架中﹐巴氏孢子八疊球菌在裡面繼續進行生物礦化作業﹐將原本柔韌的菌絲體逐漸硬化成堅硬的結構﹐且硬度會大幅度提升。
　　另外﹐研究人員發現自主研發的工程生物材料能夠在乾燥﹑溫度23°C到30°C的環境下﹐依然能保持超過4週的生物活性﹐要長於其它類型的工程生物材料﹐這有助於做成良好的工程生物材料。研究人員使用配備能量色散光譜的掃瞄電子顯微鏡(SEM-EDS)觀察菌絲體框架礦化後的樣子。結果顯示﹐巴氏孢子八疊球菌在代謝尿素(細菌的食物)後會產生碳酸鈣﹐而這些礦物結晶會逐漸融入菌絲體裡面﹐使得整個菌絲框架的密度和穩定性得到近一步強化。
　　該研究團隊為了驗證這種生物礦化ELM材料﹐是否能進入實用階段﹐將其放置含有複雜孔洞的模具中。結果顯示﹐這些生物礦化框架以同心圓環的方式生長﹐最後填滿模具的內部空隙﹐展現該材料生物優異的修復能力。研究人員還表示﹐雖已證實真菌菌絲體作為生物礦化ELM的潛力﹐但仍需解決兩種微生物無法共同培養以及材料機械性能需優化的問題。未來將持續研究改善這些問題﹐推動該材料的大規模生產﹐以替代部分高耗能建築材料﹐降低環境污染。
　　該實驗的主要作者之一﹑蒙大拿州立大學助理教授﹑通訊作者切爾西·赫弗蘭(Chelsea Heveran)則表示﹐「此前生物礦化材料的強度不足以全面替代混凝土。不過﹐我們和其他人正在努力改善它們的性能﹐以擴大未來的應用範圍。」赫弗蘭還表示﹐「我們瞭解到真菌框架﹐對於控制材料的內部結構非常有用。現在我們已成功創造出類似皮質骨(同心圓)的內部幾何結構﹐未來有望開發更多的幾何結構﹐用於優化其它材料的內部結構。」。

作者: tomboss 時間: 6 天前

是很有意思的研究
但是產量可能還跟不上
看起來在環境減碳上應該是很有潛力

作者: z8537346 時間: 前天 08:58 PM

強度或許是足夠了，但是實際環境上，還有其他不同的考驗。
例如說酸蝕，或許也可以利用其他材料來加強，例如奈米塗層科技之類的來達成。

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