细菌“血液”可以修复混凝土裂缝

德雷塞尔大学的研究人员正在试验将生物体注入混凝土，以延长建筑材料的使用寿命。尽管新方法基于尖端技术，但底层工程策略源自人体。

混凝土是地球上仅次于水的第二大消耗材料——考虑到其制造过程中产生的大量碳排放，这一数据尤其令人担忧。人们已经在研究对这种具有数千年历史的结构材料进行多项有前景的绿色更新，但减少混凝土对环境影响的另一种方法是延长其使用寿命。根据周围环境的不同，混凝土在凝固后不到 50 年就会开始变弱和破裂。利用固有的实时修复机制延缓这种退化可以提供一种可靠的方法来充分利用这种材料。

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正如《建筑与建筑材料》杂志最近发表的一篇新论文中所述，德雷塞尔大学的工程研究团队开发了一种新型聚合物“生物纤维”，其表面涂有注入细菌的水凝胶，全部包裹在半毫米厚的损伤响应外壳内。在浇注混凝土时，生物纤维被排列成网格状层，充当增强添加剂，就像数千年来建筑工人使用稻草或马鬃来加固砖块一样。当然，这些增强材料的作用有限，但当该团队的生物纤维开始出现问题时，它们才真正大放异彩。

“在我们的皮肤中，我们的组织通过注入自愈液体——血液的多层纤维结构自然地进行修复，”德雷塞尔大学工程学院副教授兼研究联合负责人阿米尔·法纳姆 (Amir Farnam) 在 12 月 8 日的大学简介中说道。“这些生物纤维模仿了这一概念，并使用造石细菌来制造对损伤有反应的、活的、自愈的混凝土。”

每根 BioFiber 内都藏有处于休眠状态的球形赖氨酸芽孢杆菌。这种细菌通常存在于土壤中，会经历一种称为微生物诱导碳酸钙沉淀的过程——基本上，它会在消耗营养物质时产生一种类似岩石的物质。

如果能在某种流行建筑材料内新形成的裂缝附近发现细菌，这一技术就会特别有用。当该团队的生物纤维在压力下断裂后，外界环境的水分最终会渗入混凝土，与内窥镜细菌接触。这会激活球形溶菌杆菌，它开始向外向上推向表面——同时开始微生物诱导的碳酸钙沉淀。碳酸钙随后填满裂缝，硬化成表面上的水泥痂，就像干血覆盖和保护伤口一样。在最近的测试中，混凝土在两天内就“自我修复”了。

尽管研究人员仍需要更好地了解和控制含有生物纤维的材料的修复时间，但自修复材料有朝一日可能有助于减少对额外的、气候成本高昂的混凝土的需求。