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本報訊 科學家正在將傳統材料與細菌、藻類和真菌結合起來，創造出能利用微生物代謝獲得實用特性的生物材料。“比如通過光合作用從空氣中吸收二氧化碳的能力。”瑞士蘇黎世聯邦理工學院大分子工程學教授Mark Tibbitt說。

目前，由Tibbitt領導的跨學科團隊已將這一愿景變為現實。他們將藍藻這種光合細菌穩定地融合到可打印凝膠中，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打印成型，僅需陽光、人工海水及易獲取的營養物質就能生長。“作為一種建筑材料，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，其吸收的二氧化碳遠超通過有機生長固定的二氧化碳。“因為這種材料不僅能以生物質形式儲碳，還能以礦物質的形式儲碳——這正是藍藻的特殊屬性。”Tibbitt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，即使在非常微弱的光線下也能將二氧化碳和水轉化為生物質。”同時，這些細菌通過光合作用改變了細胞外的化學環境，促使碳酸鹽（如石灰石）沉淀。這些礦物質成為另一種碳匯，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。”崔一凡說，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，該材料可在400天內持續固碳，每克材料固定約26毫克二氧化碳，其中大部分以礦物形式封存，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由交聯聚合物構成的含水量高的凝膠。Tibbitt團隊設計的聚合物網絡既能傳輸光、二氧化碳、水和養分，又能讓細胞在材料中均勻分布。

為確保藍藻長期存活并保持高效，研究人員還通過3D打印優化結構的幾何形狀，以增加表面積、提升透光性并促進營養流動。“我們設計的結構既能透光，又能通過毛細作用被動分配營養液。”論文共同第一作者Dalia Dranseike指出，封裝其中的藍藻可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，在建筑物全生命周期內持續固碳。”Tibbitt說。

雖然前路漫漫，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。“最具挑戰的是將實驗室規模的生產流程擴大到建筑尺寸。”這位同時參與了該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，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制作了兩件樹狀作品，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。

“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。”Ling介紹說。（李木子）

相關論文信息：

https://doi.org/10.1038/s41467-025-58761-y