Материал на основе грибка мог бы стать альтернативой бетону

Среди множества вещей, которые мы могли бы сделать, чтобы снизить нагрузку на окружающую среду, — поиск более экологичных способов строительства зданий.

На производство цемента приходится 8% мировых выбросов CO2, и большая часть этого приходится на производство бетона. Нужно найти экологичные материалы, которые были бы такими же прочными, как бетон, и не требовали бы особого ухода. В этом направлении учёные изучают искусственные живые материалы, которые сочетают в себе организмы, например бактерии, с неживыми компонентами, чтобы получить уникальные свойства наряду с конструктивными преимуществами и снизить зависимость от цемента как связующего вещества.

Среди множества вещей, которые мы могли бы сделать, чтобы снизить нагрузку на окружающую среду, — поиск более экологичных способов строительства зданий. На производство цемента приходится 8% мировых выбросов CO₂, и большая часть этого приходится на производство бетона.

Это сложная задача, потому что для её решения нам нужно найти экологичные материалы, которые были бы такими же прочными, как бетон, и не требовали бы особого ухода. Именно поэтому учёные изучают искусственные живые материалы (ИЖМ), которые сочетают в себе организмы, например бактерии, с неживыми компонентами, чтобы получить уникальные свойства наряду с конструктивными преимуществами и снизить зависимость от цемента как связующего вещества.

Группа инженеров из Университета штата Монтана разработала строительный материал, в котором используется похожая на корни сеть мицелия гриба, а также специально отобранные бактерии.

Этот гибридный материал решает две основные проблемы, связанные с ИМЖ. Во-первых, материалы, как правило, выдерживают всего несколько дней или недель в неоптимальных условиях, а затем теряют свои уникальные свойства. Во-вторых, способ, которым минералы (например, карбонат кальция) оседают на структуре мицелия, обычно нельзя контролировать таким образом, чтобы внутренняя геометрия материала была прочной и долговечной.

Исследователи использовали гриб под названием N. crassa, который быстро разрастается, а также обладает свойством, называемым «микробиально-индуцированным карбонатным осаждением» (MICP), благодаря которому он может превращать рыхлый песок или почву в нечто прочное, похожее на цемент.

Они также внедрили бактерию S. pasteurii, которую ранее применили при ремонте кирпичей, изготовленных из лунного грунта, для использования на Луне и заделке выбоин на Земле. Это биоминерализующая бактерия, то есть она может создавать твёрдые минералы.

Выбор грибка позволил исследователям проверить его жизнеспособность в качестве живого компонента в ИМЖ в течение длительного периода времени, как в качестве системы для MICP, так и для поддержки самовосстанавливающегося S. pasteurii.

Ассистент штата Монтана. Проф. Челси Хеверан, автор исследования, опубликованного в журнале Cell Reports Physical Science, объяснила другое большое преимущество использования мицелия из N. crassa.

«Мы узнали, что грибковые каркасы весьма полезны для управления внутренней архитектурой материала, - сказала она. - Мы создали внутреннюю геометрию, которая выглядела как кортикальная кость, но, продвигаясь вперед, мы потенциально могли бы создать и другие геометрии».

Это означает, что с помощью данной системы можно создавать сложные структуры в материалах для повышения прочности и жёсткости.

Впервые мицелий гриба был использован в качестве каркаса для производства биоминерализованного искусственного живого материала (ИЖМ). Команда исследователей обнаружила, что микроорганизмы в каркасе оставались живыми и метаболически активными в течение как минимум четырёх недель. Это дольше, чем у многих других кандидатов на роль ИЖМ, и это может стать ключом к созданию прочного и долговечного строительного материала, обладающего полезными свойствами, такими как способность к самовосстановлению.

С этой целью исследователи планируют попытаться заставить клетки жить дольше и определить способы их массового производства.

Если исследователи добьются успеха, у них может появиться жизнеспособная альтернатива традиционному бетону. Конечно, им придётся преодолеть самые серьёзные препятствия на пути к отказу от традиционного бетона как строительного материала, в том числе более высокую стоимость бетона на основе ИЖМ, возможность сделать его таким же доступным, чтобы его можно было получать и хранить по требованию, а также пригодность для различных строительных проектов.

Источник: New Atlas