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我们的物质世界似乎离不开生物。我们用木头做成家具，用谷物酿成酒，用棉花纺织成衣服。那么看似没有生命的房子呢？
现在，科罗拉多大学的研究人员已经开发出了一种“生机勃勃”的新型混凝土。传统混凝土混合了水、沙土和水泥，这种技术一百多年来没有太大变化。而这种新型材料还包含两种新的成分：光合自养细菌和明胶。在有适当的材料供应的情况下，它可以“自行生长”，一块砖变两块，两块变四块，四块变八块……虽然在短期内，这种新材料暂时还不能自行建造房屋，但或许很快它们就能被运用于建筑材料中，让受损的建筑组件有能力进行自我修复。
图片来源：College of Engineering and Applied Science at Colorado University Boulder
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这种新型混凝土是近年兴起的工程生物材料领域（ELM）的最新研究之一。近年来，科学家尝试将生物（通常是细菌）添加进材料中，使材料能够感知、交流，甚至对环境做出反应。目前，已经出现了能够感知压力、杀死危险细菌和感知光的工程生物材料，但以往那些材料大多是生长在支撑结构上的薄膜。
在这个项目中，研究小组利用沙子和水凝胶制作了一个支架，让细菌在其中生长。他们选择了一种光合自养的蓝细菌——聚球藻（Synechococcus）PCC 7002。水凝胶保留了水分和营养，使细菌能够增殖。当细菌生长时，碳酸钙会沉积，这种被称为矿化的过程类似于一些海洋生物制造贝壳的方式。在不低于 50% 的相对湿度的条件下保存 30 天后，材料中的微生物存活率达到了9% 到 14%，这个值远高于胶结材料中微生物在相同时长里的存活率。
这种材料需要完全干燥，来获得最大的结构承载能力和强度。干燥后，它们能像水泥基砂浆一样坚固。但与此同时，干燥会给细菌带来生存压力，并危及其生存能力。为了维持结构功能，同时保证微生物的生存能力，最佳相对湿度和贮藏条件至关重要。通过调节湿度和温度，研究人员可以控制细菌何时生长、材料何时处于休眠状态，来让新材料发挥结构功能。
这种材料能被塑形成不同形状。 图片来源：College of Engineering and Applied Science at Colorado University Boulder
更令人惊叹的是，这种水凝胶砂砖不仅是活的，在适当的条件下，比如相对较高湿度的环境中，它还可以“繁殖”。如果将砖块一分为二，再添加一些额外的沙子、水凝胶和营养物质，蓝细菌在 6 小时内可以长成两块完整的砖块。领导这项研究的材料科学家Wil Srubar和他的团队并没有一块一块地制造砖块，相反，他们证明了一个“母代”砖块在三代“繁殖“后，可以复制出多达八块的砖块。
Srubar 教授表示，这种新材料就像是科幻小说里创造出的令人惊叹的东西，它拥有指数级制造的潜力，“这正是我们想创造的，一种‘活着’的材料”。
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混凝土是全球第二大消耗材料，仅次于水。混凝土少不了水泥，而仅水泥的生产就贡献了全球约6% 的二氧化碳排放，混凝土在固化时也会释放二氧化碳。Srubar 和团队开发的这种新材料或许能为现代建筑材料提供一种绿色的替代品。
图片来源：Matter
Srubar 认为，这项研究为全新的建筑材料奠定了基础，让建筑材料焕然一新。这些材料可以被设计成能够与环境相互作用，并对其所在的环境做出反应。他和团队计划下一步探索这种新材料的诸多应用。他们希望能将具有不同功能的细菌引入到材料中，创造出具有更多生物功能的新材料，比如能够感测空气中毒素的建筑材料。
在严峻的环境中，这些材料的表现尤其出色，因为它利用太阳光来生长和复制，而生长所需的外源材料很少。Srubar 认为这种材料或许有潜力被应用到资源有限的地方，比如沙漠，甚至是另一个星球，比如火星。他希望工程生物材料领域能够帮助宇航员开启火星的冒险，尽管太空飞船无法轻易地携带所有建筑材料，但宇航员可以携带细菌培养物，这些细菌或许可以帮他们将其他星球上的一些东西转化为坚硬的结构，这甚至可能比在大气稀薄的缺水的星球上种植树苗还更容易。Srubar 说：“我们也不会一路把一袋袋的水泥运到火星。我真的认为，一旦我们开启了这个旅程，我们会带上生物学。”