Autor originál textu: Amos Zeeberg
„Frankensteinov materiál“
…sa hemží fotosyntetickými mikróbmi a napokon je z nich vyrobený. A môže sa reprodukovať.
Wil Srubar, na ľavo, stavebný inžinier na University of Colorado, Boulder a veda o materiáloch a študent inžinierstva. Sarah Williams držiaca tehly stavebných hmôt vyrobených z cyanobaktérií a iných materiálov.
Po celé stáročia stavitelia vyrábajú betón zhruba rovnakým spôsobom: miešaním tvrdých materiálov, ako je piesok, s rôznymi spojivami a dúfajúc, že zostane pevný a tuhý ešte dlho.
Interdisciplinárny tím vedcov z University of Colorado, Boulder, teraz vytvoril celkom iný druh betónu – ten, ktorý je živý a môže sa dokonca reprodukovať.
Minerály v novom materiáli nie sú ukladané chémiou, ale cyanobaktériami, bežnou triedou mikróbov, ktoré zachytávajú energiu prostredníctvom fotosyntézy. Fotosyntetický proces absorbuje oxid uhličitý, na rozdiel od výroby bežného betónu, ktorý chrlí obrovské množstvo skleníkových plynov.
Fotosyntetické baktérie tiež dávajú konkrétnej ďalšej neobvyklej funkcii: zelenú farbu. „Vyzerá to naozaj ako materiál Frankenstein,“ povedal Wil Srubar, stavebný inžinier a vedúci výskumného projektu. (Keď sa materiál vyschne, zelená farba vybledne.)
Iní vedci pracovali na začlenení biológie do betónu, najmä do betónu, ktorý dokáže vyliečiť vlastné trhliny. Podľa jeho tvorcov je hlavnou výhodou nového materiálu to, že namiesto pridávania baktérií do bežného betónu – nehostinného prostredia – je ich proces zameraný na baktérie: získavajú ich na stavbu betónu a udržiavajú ich nažive, aby sa neskôr viac využívali.
Nový, živý betón
…opísaný v časopise Matter , „predstavuje novú a vzrušujúcu triedu nízkouhlíkových, dizajnérskych stavebných materiálov,“ uviedla Andrea Hamiltonová, konkrétna expertka na Strathclyde University v Škótsku.
Pri stavbe živého betónu sa vedci najprv pokúsili dať cyanobaktérie do zmesi teplej vody, piesku a živín. Mikróby dychtivo absorbovali svetlo a začali vyrábať uhličitan vápenatý a postupne spájali pieskové častice. Tento proces bol však pomalý – a Darpa, špekulatívne výskumné oddelenie ministerstva obrany a donor projektu, chceli, aby výstavba prebiehala veľmi rýchlo. Nevyhnutnosť, šťastná náhoda a zrodený vynález.
Oblúk vyrobený zo živých stavebných materiálov v laboratóriu Dr. Srubara
Dr. Srubar predtým pracoval so želatínou, zložkou potravín, ktorá po rozpustení vo vode a ochladení vytvára špeciálne väzby medzi jej molekulami. Dôležité je, že sa môže používať pri miernych teplotách šetrných k baktériám. Navrhol pridať želatínu na posilnenie matrice, ktorú tvoria cyanobaktérie, a tím bol zaujatý.
Vedci kúpili želatínu značky Knox v miestnom supermarkete a rozpustili ju v roztoku s baktériami. Keď nalial zmes do foriem a ochladil ju v chladničke, želatína vytvorila svoje väzby – „rovnako ako keď vyrábate Jell-O,“ povedal Dr. Srubar. Želatína poskytla väčšiu štruktúru a pracovala s baktériami, pomôcť živému betónu rásť silnejšie a rýchlejšie.
Približne po jednom dni zmes tvorila betónové bloky v tvare akejkoľvek formy, ktorú použila skupina, vrátane dvojpalcových kociek, blokov veľkosti obuvi a kusov krovu so vzperami a výrezmi. Jednotlivé dvojpalcové kocky boli dosť silné na to, aby sa človek postavil, hoci materiál je v porovnaní s bežnými betónmi slabý. Bloky o veľkosti krabičky na obuv ukázali potenciál pre skutočnú výstavbu.
Úvodné pokusy
“Keď sme pomocou tohto systému prvýkrát vytvorili veľkú štruktúru, nevedeli sme, či to bude fungovať, škálovali sme sa z tejto maličkosti na túto veľkú tehlu,” povedal Chelsea Heveran, bývalý post doktorand so skupinou – teraz inžinier na štátnej univerzite v Montane – a hlavný autor štúdie. „Vytiahli sme ju z formy a držali ju – bola to krásna, jasne zelená a na boku bolo povedané„ Darpa “.“ (Forma mala meno donora projektu.) „Bolo to prvýkrát, keď sme mali mierku, ktorú sme si predstavovali, a to bolo skutočne vzrušujúce. “
Keď skupina priniesla malé vzorky na pravidelné kontrolné stretnutie s predstaviteľmi Darpy, boli ohromení, Dr. Srubar povedal: „Každý chcel jednu na svojom stole.“
Skladujú sa v relatívne suchom vzduchu pri izbovej teplote, bloky dosahujú svoju maximálnu silu v priebehu dní a baktérie postupne začínajú vymierať. Ale aj po niekoľkých týždňoch sú bloky stále nažive; keď sú opäť vystavené vysokej teplote a vlhkosti, mnoho bakteriálnych buniek sa samo o sebe zálohuje.
Skupina môže mať jeden blok, rezať diamantovou špičkou, umiestniť polovicu späť do teplej kadičky s väčším množstvom surovín, naliať do formy a znova začať s tvorbou betónu. Každý blok by tak mohol priniesť tri nové generácie, a tak získať osem potomkov.
Ministerstvo obrany má záujem využiť reprodukčnú schopnosť týchto „LBM“ – živých stavebných materiálov – na podporu výstavby v odľahlých alebo strohých prostrediach. “Na púšť nechcete jazdiť s množstvom materiálov,” povedal Dr. Srubar.
Výhodou blokov je
… že sú vyrobené z rôznych bežných materiálov. Väčšina betónu vyžaduje panenský piesok pochádzajúci z riek, jazier a oceánov , ktorý je na celom svete nedostatočný, a to najmä z dôvodu obrovského dopytu po betóne. Nový živý materiál nie je taký vyberavý. „Nie sme nasadení na použitie určitého druhu piesku,“ povedal Dr. Srubar. „Mohli by sme použiť odpadové materiály, ako je brúsené sklo alebo recyklovaný betón.“
Výskumný tím pracuje na tom, aby bol materiál praktickejší tým, že posilní betón; zvýšenie odolnosti baktérií voči dehydratácii; zmena usporiadania materiálov tak, aby sa dali zabaliť do bytu a ľahko zostaviť ako doska sadrokartónu; a nájdenie iného druhu cyanobaktérií, ktoré nevyžadujú pridanie gélu.
Srubar povedal, že nástroje syntetickej biológie môžu dramaticky rozšíriť oblasť možností: napríklad stavebné materiály, ktoré dokážu odhaliť toxické chemikálie a reagovať na ne, alebo ktoré sa rozsvietia, aby odhalili štrukturálne poškodenie. Živý betón by mohol pomôcť v prostredí drsnejšom ako v tých najsuchších púšťach; iné planéty, napríklad Mars.
“Neexistuje spôsob, ako prepraviť stavebné materiály do vesmíru,” uviedol Dr. Srubar. “Prinášame biológiu s nami.”