在瑞士蘇黎世聯邦理工學院，多個學科正在通力合作，將傳統材料與細菌、藻類和真菌結合起來，目標是創造出能利用微生物代謝獲得實用特性的生物材料。“比如具備通過光合作用從空氣中吸收二氧化碳的能力?！碧K黎世聯邦理工學院大分子工程學教授Mark Tibbitt說。
目前，由Tibbitt領導的跨學科研究團隊已將這一愿景變為現實。他們將光合細菌（藍藻）穩定地嵌入可打印凝膠中，開發出一種活的、生長的、能主動從空氣中去除碳的材料。相關研究成果近日發表于《自然-通訊》。
這種材料可通過3D打印塑形，僅需陽光、人工海水及易獲取的營養物質就能在二氧化碳環境下生長?！白鳛榻ㄖ牧?，未來它或許能直接將二氧化碳封存在建筑中。”Tibbitt說。
該材料的獨特之處在于，其吸收的二氧化碳量遠超其通過有機生長固定的量?！耙驗樵摬牧喜粌H能以生物質形式儲碳，還能形成礦物質——這正是這些藍藻的特殊屬性。”Tibbitt揭示說。
Tibbitt研究組的博士生崔一凡（音）解釋說：“藍藻是地球上最古老的生命形式之一。它們具有極高的光合效率，能利用最微弱的光線將二氧化碳和水轉化為生物質?！蓖瑫r，這些細菌通過光合作用改變細胞外化學環境，促使碳酸鹽（如石灰）沉淀。這些礦物質構成了額外的碳匯，且相比生物質能以更穩定的形式封存二氧化碳。
“我們在材料中特意強化了這一特性?！贝抟环玻ㄒ簦┙忉屨f，礦物質在材料內部沉積會增強其機械強度，使最初柔軟的結構逐漸硬化。
實驗室測試顯示，該材料在400天內持續固碳，其中大部分以礦物形式存在——約每克材料固定26毫克二氧化碳，遠超許多生物方法的固碳效率。
承載活體細胞的基質是一種水凝膠——由交聯聚合物構成的高含水量凝膠。Tibbitt團隊精選的聚合物網絡既能傳輸光、二氧化碳、水和養分，又能讓細胞均勻分布且不溢出材料。
為確保藍藻長期存活并保持高效，研究人員還通過3D打印優化結構幾何形狀，以增加表面積、提升透光性并促進營養流動?！拔覀冊O計的結構既能透光，又能通過毛細作用被動分配營養液?！闭撐墓餐谝蛔髡逥alia Dranseike指出，封裝其中的藍藻已保持高效活性超過一年。
研究人員認為，這種低能耗、環境友好的活性材料能補充現有化學固碳工藝。“未來，我們希望探索如何將其用作建筑外墻涂層，在建筑全生命周期內持續固碳?！盩ibbitt說。
雖然前路尚遠，但建筑領域的同行已開始實驗性應用。在蘇黎世聯邦理工學院博士生Andrea Shin Ling的推動下，這項基礎研究已登上第19屆威尼斯國際建筑雙年展的舞臺?！白罹咛魬鸬氖菍嶒炇乙幠５纳a流程擴大到建筑尺寸?！边@位同時參與本研究的建筑師兼生物設計師表示。
Ling在蘇黎世聯邦理工學院數字建筑技術教授Benjamin Dillenburger的指導下開發了生物制造平臺，該平臺能在建筑尺度上打印含有功能性藍藻的活性結構。在威尼斯國際建筑雙年展加拿大館展出的一個名為“浮游生物”的裝置中，研究團隊用打印的活性構件建造了兩件樹狀作品，最高約3米。借助藍藻，每件作品年均可固碳18公斤，相當于溫帶地區一棵20年松樹的固碳量。
“浮游生物”展示的光合結構制成的大型物體。圖片來源：Valentina Mori/ Biennale di Venezia
“這個裝置是場實驗——我們改造加拿大館使其提供充足的光照、濕度和溫度，然后觀察藍藻的生長狀態?！盠ing介紹說。團隊每天在現場監測維護裝置，展期將持續至11月23日。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-025-58761-y
本文鏈接：科學家研發出可固碳活性建筑材料http://m.sq15.cn/show-11-22467-0.html
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