用活菌做成建筑砖块,你敢用吗?

作者: 郭凯, 李媛

来源: 科学大院

发布日期: 2022-05-01 11:00:00

哥伦比亚大学的研究人员开发了一种由灵芝属真菌和农业秸秆混合制成的“活菌砖”,这种砖块具有坚固、环保和可自我修复的特性,还能通过生物工程技术进行功能定制,展示了未来建筑材料的潜力。

最近,哥伦比亚大学的研究人员R. M. McBee等用灵芝属真菌和农业秸秆混合,做出了一种特殊砖块,砖块结实坚固、环保,还可以用模具定制形状进行批量化生产。一些真菌能够利用秸秆等富含纤维素的农业废弃物迅速生长,产生韧性高、可以伸缩的菌丝。科学家们发挥这类真菌的“特长”,将它们接种于秸秆颗粒原料上并辅以适宜的生长条件。

一段时间以后,原料中的真菌迅速生长,利用自己的菌丝将纤维颗粒紧紧“抓握”在一起,这是“真菌砖”形成的基础。

其实,经济环保的“真菌砖”作为可持续生态建材,已被投入市场使用。然而,以前的“真菌砖”要经历基质灭菌的高温处理工艺,让砖块内的所有微生物都停止生长。微生物繁殖能力强、代谢活跃,假如,让砖块里的微生物一直活着,会不会赋予砖块更多强大的功能?而且,如果利用生物工程技术对微生物进行改造,是否还能实现对砖块特定功能的定制?

受此启发,科学家在原有“真菌砖”基础上大胆改进,开发出了“活菌砖”。他们从汉麻杆中提取纤维颗粒作为基底,与灵芝属真菌混合后再加入适量水、少量面粉和硫酸钙,放在模具中培养。成型之后,放在室温下干燥,就能得到一块建筑用的“活菌砖”。

说到这,大家难免产生疑惑:砖块基底用的是汉麻杆纤维颗粒,这个砖结实吗?能用来建房子吗?

事实上研究人员对此也很关注,他们对砖块做了抗压测试,结果显示其抗压承重能力好,研究人员可以轻松站在上面。这与砖块选择的真菌和基底材料都有关。首先,灵芝属真菌含有多种木质纤维素降解酶,在汉麻材料上生长非常迅速,只要5到7天,真菌菌丝就能够完全渗透到基质中,紧紧的“抓握”住基质,保证了整个基质的坚固致密。其次,汉麻材料本身也异常坚韧,号称“天然纤维之王”,甚至被用于加固军用车辆,开发新型防弹头盔。

更重要的是,如果因意外损坏,这个砖还可以自我修复。试验过程中,研究人员发现,在砖块中间钻个孔,再加入含菌丝体的填料,一段时间后砖块的“伤口”能自行愈合。不仅如此,残缺断裂后自我修复的砖和最初完整砖坚固程度没有明显差异。此外,研究人员用“活菌砖”玩出了更多花样。比如,方砖形状太单调,可以将“活菌砖”做成哑铃状等形状的异形砖。

受到合页铰链和立体折纸艺术的启发,研究者还设计出可以翻转折叠的“合页铰链”型砖,一次成形后大大缩短了现场建造时间。不仅如此,还可以在二维平面上制造出三维包装盒式和折纸拱门式建筑的原料砖。看来这个团队的成员不仅是微生物材料专家,还是建筑艺术爱好者。

为验证猜想,研究人员设计了一个有趣的实验,他们通过生物工程技术分别改造出两种类型的泛菌,前者类似于“信号发射器”,可以持续产生一种微生物信号分子;后者类似于“信号接受器”,一旦感知到信号分子就会释放荧光。用这两株泛菌分别接种原料后做成“活菌砖”并把它们放置在一起相互接触。结果正如研究者猜想那样,6天后,含“信号接受器”的“活菌砖”接收到了信号,释放出荧光。

有这样一块神奇的活砖在手,我们不免可以畅想一下未来:农业废弃物被运到一个个工厂中,与活菌混合,计算机辅助设计好特定模具后,工厂大规模定制出各式各样的“活菌砖”。这些“活菌砖”能够自我修复和融合,施工方便,节省材料,它们个性化的形态能满足特殊建筑需求。更神奇的是,砖块可以感知环境变化,以此打造的建筑或许将来还能感知环境中的重金属污染物,构建智慧建筑……真是一“砖”在手、万事不愁啊!

最后需要强调的是,这类活砖距离广泛应用还有很长一段路要走,但是“活菌砖”未来可期。

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