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我們的物質世界似乎離不開生物。我們用木頭做成傢俱，用穀物釀成酒，用棉花紡織成衣服。那麼看似沒有生命的房子呢？
現在，科羅拉多大學的研究人員已經開發出了一種“生機勃勃”的新型混凝土。傳統混凝土混合了水、沙土和水泥，這種技術一百多年來沒有太大變化。而這種新型材料還包含兩種新的成分：光合自養細菌和明膠。在有適當的材料供應的情況下，它可以“自行生長”，一塊磚變兩塊，兩塊變四塊，四塊變八塊……雖然在短期內，這種新材料暫時還不能自行建造房屋，但或許很快它們就能被運用於建築材料中，讓受損的建築組件有能力進行自我修復。
○ 圖片來源：College of Engineering and Applied Science at Colorado University Boulder
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這種新型混凝土是近年興起的工程生物材料領域（ELM）的最新研究之一。近年來，科學家嘗試將生物（通常是細菌）添加進材料中，使材料能夠感知、交流，甚至對環境做出反應。目前，已經出現了能夠感知壓力、殺死危險細菌和感知光的工程生物材料，但以往那些材料大多是生長在支撐結構上的薄膜。
在這個項目中，研究小組利用沙子和水凝膠製作了一個支架，讓細菌在其中生長。他們選擇了一種光合自養的藍細菌——聚球藻（Synechococcus）PCC 7002。水凝膠保留了水分和營養，使細菌能夠增殖。當細菌生長時，碳酸鈣會沉積，這種被稱為礦化的過程類似於一些海洋生物製造貝殼的方式。在不低於50%的相對溼度的條件下保存30天后，材料中的微生物存活率達到了9%到14%，這個值遠高於膠結材料中微生物在相同時長裡的存活率。
這種材料需要完全乾燥，來獲得最大的結構承載能力和強度。乾燥後，它們能像水泥基砂漿一樣堅固。但與此同時，乾燥會給細菌帶來生存壓力，並危及其生存能力。為了維持結構功能，同時保證微生物的生存能力，最佳相對溼度和貯藏條件至關重要。通過調節溼度和溫度，研究人員可以控制細菌何時生長、材料何時處於休眠狀態，來讓新材料發揮結構功能。
○ 這種材料能被塑形成不同形狀。| 圖片來源：College of Engineering and Applied Science at Colorado University Boulder
更令人驚歎的是，這種水凝膠砂磚不僅是活的，在適當的條件下，比如相對較高溼度的環境中，它還可以“繁殖”。如果將磚塊一分為二，再添加一些額外的沙子、水凝膠和營養物質，藍細菌在6小時內可以長成兩塊完整的磚塊。領導這項研究的材料科學家Wil Srubar和他的團隊並沒有一塊一塊地製造磚塊，相反，他們證明了一個“母代”磚塊在三代“繁殖“後，可以複製出多達八塊的磚塊。
Srubar教授表示，這種新材料就像是科幻小說裡創造出的令人驚歎的東西，它擁有指數級製造的潛力，“這正是我們想創造的，一種‘活著’的材料”。
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混凝土是全球第二大消耗材料，僅次於水。混凝土少不了水泥，而僅水泥的生產就貢獻了全球約6%的二氧化碳排放，混凝土在固化時也會釋放二氧化碳。Srubar和團隊開發的這種新材料或許能為現代建築材料提供一種綠色的替代品。
Srubar認為，這項研究為全新的建築材料奠定了基礎，讓建築材料煥然一新。這些材料可以被設計成能夠與環境相互作用，並對其所在的環境做出反應。他和團隊計劃下一步探索這種新材料的諸多應用。
他們希望能將具有不同功能的細菌引入到材料中，創造出具有更多生物功能的新材料，比如能夠感測空氣中毒素的建築材料。在嚴峻的環境中，這些材料的表現尤其出色，因為它利用太陽光來生長和複製，而生長所需的外源材料很少。Srubar認為這種材料或許有潛力被應用到資源有限的地方，比如沙漠，甚至是另一個星球，比如火星。他希望工程生物材料領域能夠幫助宇航員開啟火星的冒險，儘管太空飛船無法輕易地攜帶所有建築材料，但宇航員可以攜帶細菌培養物，這些細菌或許可以幫他們將其他星球上的一些東西轉化為堅硬的結構，這甚至可能比在大氣稀薄的缺水的星球上種植樹苗還更容易。Srubar說：“我們也不會一路把一袋袋的水泥運到火星。我真的認為，一旦我們開啟了這個旅程，我們會帶上生物學。”
https://www.sciencemag.org/news/2020/01/frankenstein-material-can-self-heal-reproduce
https://www.smithsonianmag.com/smart-news/scientists-design-bacteria-based-living-concrete-180974002/
https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-01/cp-bas010920.php
https://www.cell.com/matter/fulltext/S2590-2385(19)30391-1
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