Przełom w budownictwie. Naukowcy opracowali "żywą cegłę". Materiał może się rozmnażać

Naukowcy z Colorado University Boulder połączyli ze sobą piasek, hydrożel i bakterie. Otrzymali w ten sposób materiał budowlany, który żyje i jest zdolny do rozmnażania. Badacze wykazali, że z macierzystej cegły można wyhodować osiem kolejnych w trzech pokoleniach.

Współczesne światowe metropolie coraz bardziej imponują swoją infrastrukturą, a w szczególności oryginalnym budownictwem. Wysokie i awangardowe biurowce powstają z betonowych cegieł, których produkcja jest szkodliwa dla środowiska. Technologia powstawania cementu i betonu nie zmieniła się w zasadzie od ponad wieku, teraz pojawili się badacze, którzy postanowili opracować nową.

Metoda opracowana przez naukowców z Colorado University Boulder została przedstawiona na łamach czasopisma "Matter”. Badacze połączyli ze sobą piasek i bakterie, w efekcie czego powstał żywy materiał o strukturalnej nośności, jak i również funkcji biologicznej. Mówiąc krótko - ożywili beton.

- Używamy już materiałów biologicznych w naszych budynkach, jak chociażby drewno, jednak materiały te już nie żyją. Dlaczego nie można utrzymać ich przy życiu i pozwolić, aby biologia również zrobiła coś pożytecznego? - pyta Wil Srubar, jeden z autorów publikacji oraz szef Laboratorium Materiałów Żywych na Uniwersytecie Colorado Boulder.

Autorzy publikacji zapewniają, że budynki powstające dzięki "ożywionemu betonowi" nie są elementem planu wyłącznie na daleką przyszłość. Opracowana przez nich technologia, opierającą się między innymi na utrzymywaniu bakterii przy życiu, posiada zalety, których nie są w stanie zaoferować współczesne techniki budownictwa. Struktury otrzymane z żywych materiałów będą w stanie zasklepiać własne pęknięcia, a także zasysać szkodliwe toksyny z powietrza.

Opracowany przez naukowców materiał posiada rusztowanie z piasku i hydrożelu. Ten drugi zatrzymuje wilgoć i składniki odżywcze, aby bakterie mogły się swobodnie mnożyć i mineralizować. Połączenie tych trzech elementów: cyjanobakterii, hydrożelu i piasku dało badaczom żywy zielony materiał, którego wytrzymałość nie odbiega od klasycznej zaprawy cementowej.

Cyjanobakterie należące do rodzaju Synechococcus, w odpowiednich warunkach pochłaniają dwutlenek węgla, co przyczynia się do ich wzrostu. Wytwarzają przy tym węglan wapnia, który jest jednym ze składników wykorzystywanych przy produkcji betonu i cementu. - Używamy fotosyntetycznych cyjanobakterii do biomineralizacji rusztowania. To coś na kształt materiału typu Frankensteina. Właśnie to staramy się stworzyć - coś, co pozostaje przy życiu - podkreśla Srubar.

Hydrożelowo-piaskowa cegła jest nie tylko żywa, ale także zdolna do rozmnażania. Dzieląc ją na pół i dodając hydrożel, piasek, składniki odżywcze oraz wodę, możemy otrzymać dwie zupełnie nowe cegły. Naukowcy wykazali, że z jednej macierzystej cegły można wyhodować osiem kolejnych już po trzech pokoleniach. - Jesteśmy podekscytowani tym, że podważa to konwencjonalne sposoby produkcji materiałów budowlanych. Pokazuje to możliwości wykładniczej produkcji materiałów – podkreśla szef Living Materials Laboratory na University of Colorado.

W celu osiągnięcia maksymalnej wytrzymałości konstrukcyjnej, cegła musi być całkowicie wysuszona. Proces suszenia pogarsza jednak żywotność cyjanobakterii. Aby zachować funkcję strukturalną i zapewnić przeżywalność drobnoustrojów, kluczowe będą kontrola wilgotności i temperatury, a także warunki przechowywania. - Jest to platforma materiałowa, która przygotowuje grunt pod nowe ekscytujące materiały. Można je zaprojektować w taki sposób, aby współpracowały i reagowały na otoczenie. Próbujemy po prostu ożywić materiały budowlane. Kładziemy podwaliny nowej dyscypliny - komentuje Srubar.

Czytaj także: Naukowcy odkryli minerał dużo starszy od Ziemi i Słońca. Ma ponad 7 miliardów lat

Kolejnym krokiem dla zespołu badaczy będzie dokładne zapoznanie się ze wszystkimi zastosowaniami, jakie niesie ze sobą nowy materiał. Srubar przewiduje możliwość wprowadzenia do struktury innych bakterii o różnych zdolnościach, co przyczyni się do stworzenia materiałów o nowych funkcjach biologicznych. Jedną z nich może być reagowanie na niebezpieczne toksyny, mnożące się w powietrzu oraz miejscach z ograniczonymi zasobami, jak na przykład inne planety.

- W surowych środowiskach materiały te sprawdzają się szczególnie dobrze, ponieważ wykorzystują światło słoneczne do wzrostu i rozmnażania się, przy bardzo małej ilości materiału potrzebnego do ich wzrostu. Nie będziemy przewozić worków z cementem aż na Marsa, sądzę, że zabierzemy tam ze sobą tylko biologię - mówi Srubar.

Warto podkreślić, że materiał opracowywany przez amerykańskich badaczy jest również ekologiczny. Produkcja cementu i betonu na świecie, na potrzeby budownictwa generuje prawie sześć procent rocznych emisji dwutlenku węgla.

Zobacz także: Masowe wymieranie na morzu. Ofiarą padł popularny ptak