Створення екологічно чистих будівельних матеріалів є важливим кроком до зменшення негативного впливу на навколишнє середовище. Виробництво цементу, необхідного для виготовлення бетону, є причиною близько 8% світових викидів вуглекислого газу. Тому вчені шукають екологічні альтернативи, які були б такими ж міцними та довговічними, як бетон, але з меншим впливом на довкілля.
Одним із перспективних напрямків є розробка інженерних живих матеріалів (ELM), які поєднують живі організми, такі як бактерії, з неживими компонентами. Це дозволяє отримати матеріали з унікальними властивостями та структурними перевагами, зменшуючи залежність від цементу.
Новий гібридний матеріал на основі грибів і бактерій
Команда інженерів з Університету штату Монтана розробила будівельний матеріал, використовуючи грибницю (міцелій) гриба та спеціально відібрані бактерії.
Цей гібридний матеріал вирішує дві основні проблеми, пов’язані з ELM: нетривалість існування та відсутність контролю над утворенням мінералів. Зазвичай, ELM матеріали зберігають свої властивості лише протягом декількох днів або тижнів, а спосіб відкладання мінералів (наприклад, карбонату кальцію) на міцеліальній структурі не дозволяє досягти необхідної міцності та довговічності.
Вчені використали гриб N. crassa, який швидко росте та має здатність перетворювати пісок або ґрунт на щось міцне, як цемент, за допомогою мікробно індукованого карбонатного осадження (MICP).
Крім того, вони додали бактерію S. pasteurii, яка вже використовувалася для відновлення цегли з місячного ґрунту та ремонту вибоїн на дорогах. Ця бактерія здатна створювати тверді мінерали.
Вибір гриба дозволив дослідникам перевірити його життєздатність як живого компонента ELM протягом тривалого періоду часу, як для MICP, так і для підтримки самовідновлення S. pasteurii.
Контроль внутрішньої структури матеріалу
За словами Челсі Хеверан, доцентки Університету штату Монтана та авторки дослідження, опублікованого в журналі Cell Reports Physical Science, міцелій N. crassa виявився корисним для контролю внутрішньої архітектури матеріалу.
"Ми створили внутрішні геометрії, схожі на кортикальну кістку, але в майбутньому ми могли б конструювати й інші геометрії", – зазначила вона.
Це означає, що за допомогою цієї системи можна створювати структурну складність всередині матеріалів для підвищення їх міцності та жорсткості.
Це перший випадок, коли грибний міцелій був випробуваний як каркас для біомінералізованого виробництва ELM.
Перспективи використання
Дослідники виявили, що мікроорганізми в каркасі залишалися живими та метаболічно активними протягом щонайменше чотирьох тижнів. Це довше, ніж у багатьох інших кандидатів на ELM, і може бути ключем до створення міцного та довговічного будівельного матеріалу з корисними властивостями, такими як самовідновлення.
Вчені планують продовжити термін життя клітин і знайти способи їх масштабного виробництва.
У разі успіху, цей матеріал може стати життєздатною альтернативою традиційному бетону. Однак, для цього необхідно подолати такі перешкоди, як вища вартість ELM, забезпечення доступності матеріалу та його придатність для різних будівельних проектів.
Довідкова інформація
- Міцелій – вегетативне тіло грибів, що складається з тонких ниток (гіф), які утворюють розгалужену мережу.
- Біомінералізація – процес утворення мінералів живими організмами.
- Університет штату Монтана – державний університет, розташований у місті Бозмен, штат Монтана, США.
youtube відео якщо воно присутнє в тексті (для цього достатньо адресу відео не оформлену як активне гіперпосилання, а як звичайний текст)
