活砖科学家创造活混凝土

几个世纪以来，建筑商一直在以大致相同的方式制造混凝土：将像沙子这样的坚硬材料与各种粘结剂混合，并希望它在未来很长一段时间内保持固定和坚硬。

现在，科罗拉多大学博尔德分校的一个跨学科研究小组已经创造了一种相当不同的混凝土-一种活的，甚至可以复制的混凝土。

这种新材料中的矿物质不是通过化学作用沉积的，而是由蓝藻沉积的，蓝藻是一种常见的微生物，通过光合作用捕捉能量。光合作用过程吸收二氧化碳，这与普通混凝土的生产形成了鲜明的对比，普通混凝土会排放大量的温室气体。

光合细菌还赋予混凝土另一个不同寻常的特征：绿色。该研究项目负责人、结构工程师威尔·斯鲁巴(Wil Srubar)说：“它看起来确实像是科学怪人的材料。”(绿色会随着材质的干燥而褪色。)。

其他研究人员致力于将生物学融入混凝土中，特别是能够修复自身裂缝的混凝土。这种新材料的创建者说，这种新材料的一个主要优势是，与在不适宜居住的环境中向普通混凝土中添加细菌不同，他们的过程是以细菌为导向的：招募它们来建造混凝土，并让它们活着，以便以后制造更多。

苏格兰斯特拉斯克莱德大学(University Of Strathclyde)的混凝土专家安德里亚·汉密尔顿(Andrea Hamilton)说，周三发表在“物质”(Matter)杂志上的这种新混凝土，“代表了一类令人兴奋的低碳设计师建筑材料”。

为了建造活的混凝土，研究人员首先尝试将蓝藻放入温水、沙子和养分的混合物中。微生物急切地吸收光线，开始产生碳酸钙，逐渐将沙粒粘合在一起。但这一过程很缓慢，国防部的投机研究机构和该项目的资助者Darpa希望建设进行得非常快。可喜的是，必然催生了发明。

斯鲁巴博士之前曾研究过明胶，这是一种食品成分，当溶解在水中并冷却时，它的分子之间会形成特殊的键。重要的是，它可以在温和的温度下使用，对细菌温和。他建议加入明胶来加强蓝藻正在形成的基质，研究小组对此很感兴趣。

研究人员在当地一家超市购买了诺克斯牌明胶，并将其溶解在含有细菌的溶液中。当他们将混合物倒入模具并放入冰箱冷却时，明胶就会形成粘结--“就像你做果冻时一样，”斯鲁巴博士说。明胶提供了更多的结构，并与细菌合作，帮助活混凝土生长得更坚固、更快。

大约一天后，混合物形成了该小组使用的任何模具形状的混凝土块，包括两英寸的立方体、鞋盒大小的块以及带有支柱和切口的桁架块。单个2英寸的立方体足够坚固，足以让人站立，尽管与大多数传统混凝土相比，这种材料很弱。鞋盒大小的积木显示了进行真正建筑的潜力。

“当我们第一次使用这个系统建造一个大结构时，我们不知道它是否会起作用，从这个小东西扩大到这个大砖，”该组织的前博士后切尔西·赫夫兰(Chelsea Heveran)说。她现在是蒙大拿州立大学(Montana State University)的工程师，也是这项研究的主要作者。“我们把它从模子里拿出来拿着--它是一种漂亮、明亮的绿色，边上写着‘Darpa’。”(模具上印有项目资助者的名字。)。“这是我们第一次拥有我们预想的规模，这真的很令人兴奋。”

当研究小组在与Darpa官员的定期审查会议上带来小样本时，他们印象深刻，斯鲁巴博士说：“每个人都想在自己的办公桌上放一份。”

在室温下相对干燥的空气中储存，这些块状物在几天内达到最大强度，细菌逐渐开始死亡。但是，即使在几周后，这些细菌块仍然活着；当再次暴露在高温和潮湿中时，许多细菌细胞会重新活跃起来。

这组人可以拿起一个积木，用钻石尖端的锯子切割它，把一半放进一个温暖的烧杯里，里面有更多的原材料，把它倒进一个模具里，然后重新开始混凝土的成型。因此，每个区块可以产生三代新的后代，产生八个后代区块。

国防部有兴趣利用这些“L.B.M.”--活的建筑材料--的繁殖能力来帮助偏远或艰苦环境中的建设。斯鲁巴博士说，“在沙漠里，你不会想要用卡车运送很多材料的。”

这些积木还有一个优点，那就是它是由各种常用材料制成的。大多数混凝土需要来自河流、湖泊和海洋的初砂，这在全球范围内都在短缺，主要是因为对混凝土的巨大需求。新的生活材料就不那么挑剔了。斯鲁巴博士说：“我们并不是一成不变地使用某种特殊的沙子。”“我们可以使用像磨碎玻璃或再生混凝土这样的废料。”

研究小组正在努力使这种材料变得更实用，方法是使混凝土更坚固；提高细菌的脱水能力；重新配置材料，使它们可以扁平包装，易于组装，就像石膏板一样；并找到一种不需要添加凝胶的不同种类的蓝藻。

斯鲁巴博士说，最终，合成生物学的工具可能会极大地扩大可能性的领域：例如，可以检测到有毒化学物质并对其做出反应的建筑材料，或者可以发光揭示结构损害的建筑材料。活着的混凝土可能会在甚至比最干燥的沙漠更恶劣的环境中有所帮助：其他星球，如火星。

“我们不可能把建筑材料送上太空，”斯鲁巴博士说。“我们会带上生物学的。”