久久精品免费观看_欧美日韩精品电影_91看片一区_日日夜夜天天综合

本報(bào)訊 科學(xué)家正在將傳統(tǒng)材料與細(xì)菌、藻類和真菌結(jié)合起來，創(chuàng)造出能利用微生物代謝獲得實(shí)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(lián)邦理工學(xué)院大分子工程學(xué)教授Mark Tibbitt說。

目前，由Tibbitt領(lǐng)導(dǎo)的跨學(xué)科團(tuán)隊(duì)已將這一愿景變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。他們將藍(lán)藻這種光合細(xì)菌穩(wěn)定地融合到可打印凝膠中，開發(fā)出一種活的、生長的、能主動(dòng)從空氣中去除碳的材料。相關(guān)研究成果近日發(fā)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(yǎng)物質(zhì)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(dú)特之處在于，其吸收的二氧化碳遠(yuǎn)超通過有機(jī)生長固定的二氧化碳。“因?yàn)檫@種材料不僅能以生物質(zhì)形式儲(chǔ)碳，還能以礦物質(zhì)的形式儲(chǔ)碳——這正是藍(lán)藻的特殊屬性。”Tibbitt說。

Tibbitt研究組的博士生崔一凡（音）解釋說：“藍(lán)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(zhuǎn)化為生物質(zhì)。”同時(shí)，這些細(xì)菌通過光合作用改變了細(xì)胞外的化學(xué)環(huán)境，促使碳酸鹽（如石灰石）沉淀。這些礦物質(zhì)成為另一種碳匯，且相比生物質(zhì)，能以更穩(wěn)定的形式封存二氧化碳。

“我們在材料中特意強(qiáng)化了這一特性。”崔一凡說，礦物質(zhì)在材料內(nèi)部沉積會(huì)增強(qiáng)其機(jī)械強(qiáng)度，使最初柔軟的結(jié)構(gòu)逐漸硬化。

實(shí)驗(yàn)室測試顯示，該材料可在400天內(nèi)持續(xù)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(yuǎn)超許多生物方法的固碳效率。

承載活體細(xì)胞的基質(zhì)是一種由交聯(lián)聚合物構(gòu)成的含水量高的凝膠。Tibbitt團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)的聚合物網(wǎng)絡(luò)既能傳輸光、二氧化碳、水和養(yǎng)分，又能讓細(xì)胞在材料中均勻分布。

為確保藍(lán)藻長期存活并保持高效，研究人員還通過3D打印優(yōu)化結(jié)構(gòu)的幾何形狀，以增加表面積、提升透光性并促進(jìn)營養(yǎng)流動(dòng)。“我們設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)既能透光，又能通過毛細(xì)作用被動(dòng)分配營養(yǎng)液。”論文共同第一作者Dalia Dranseike指出，封裝其中的藍(lán)藻可保持高效活性超過一年。

研究人員認(rèn)為，這種低能耗、環(huán)境友好的活性材料能補(bǔ)充現(xiàn)有化學(xué)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(nèi)持續(xù)固碳。”Tibbitt說。

雖然前路漫漫，但建筑領(lǐng)域的同行已開始實(shí)驗(yàn)性應(yīng)用。在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院博士生Andrea Shin Ling的推動(dòng)下，這項(xiàng)基礎(chǔ)研究已登上第19屆威尼斯國際建筑雙年展的舞臺(tái)。“最具挑戰(zhàn)的是將實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的生產(chǎn)流程擴(kuò)大到建筑尺寸。”這位同時(shí)參與了該研究的建筑師兼生物設(shè)計(jì)師表示。

Ling在蘇黎世聯(lián)邦理工學(xué)院數(shù)字建筑技術(shù)教授Benjamin Dillenburger的指導(dǎo)下開發(fā)了生物制造平臺(tái)，能在建筑尺度上打印含有功能性藍(lán)藻的活性結(jié)構(gòu)。在威尼斯國際建筑雙年展加拿大館展出的一個(gè)名為“浮游生物”的裝置中，研究團(tuán)隊(duì)用打印的活性構(gòu)件制作了兩件樹狀作品，最高約3米。借助藍(lán)藻，每件作品年均可固碳18公斤，相當(dāng)于溫帶地區(qū)一棵20年松樹的固碳量。

“這個(gè)裝置是場實(shí)驗(yàn)——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(lán)藻的生長狀態(tài)。”Ling介紹說。（李木子）

相關(guān)論文信息：

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