細菌の「血液」がコンクリートのひび割れを修復できるかもしれない

ドレクセル大学の研究者たちは、コンクリートに生物を注入して建築材料の寿命を延ばす実験を行っている。この新しいアプローチは最先端の技術に基づいているが、その根底にある工学的戦略は人体に由来している。

コンクリートは、地球上で水に次いで最も消費される素材です。製造プロセスで膨大な量の炭素が排出されることを考えると、これは特に問題のある統計です。数千年の歴史を持つこの構造素材を、環境に優しい方法で改良する有望な方法がすでにいくつか開発されていますが、コンクリートの環境への影響を減らすもう 1 つの方法は、その寿命を延ばすことです。周囲の環境によっては、コンクリートは硬化後わずか 50 年で弱くなり、劣化し始めることがあります。コンクリートに備わっているリアルタイム修復メカニズムを使用してこの劣化を遅らせることは、素材からより多くのものを引き出す確実な方法となる可能性があります。

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Construction and Building Materialsに最近発表された新しい論文で詳述されているように、ドレクセル大学の工学研究者チームは、バクテリアを注入したハイドロゲルでコーティングされた新しいポリマー「バイオファイバー」を開発しました。これは、ダメージに反応する厚さ 0.5 ミリのケースの中に入っています。バイオファイバーは、コンクリートを流し込む際に格子模様の層に配置され、建設業者が何千年もの間レンガを強化するために藁や馬の毛を使用してきたのと同じように、補強材として機能します。もちろん、これらの補強材には限界がありますが、チームのバイオファイバーが弱まり始めたときこそ、真価を発揮します。

「私たちの皮膚では、自己治癒力のある体液である血液が注入された多層繊維構造を通じて、組織が自然に修復します」と、ドレクセル大学工学部の准教授で研究共同リーダーのアミール・ファーナム氏は12月8日の大学プロフィールで述べた。「これらのバイオファイバーはこの概念を模倣し、石を作るバクテリアを使用して、損傷に反応する生きた自己治癒コンクリートを作成します。」

各バイオファイバーの内部には、休眠中の胞子状態のLysinibacillus sphaericusが入っています。通常、土壌中に生息するこの細菌は、微生物誘導炭酸カルシウム沈殿と呼ばれるプロセスを経て、栄養素を消費しながら岩のような物質を生成します。

この方法は、例えば、ある人気の高い建築資材に新しくできた亀裂の近くで細菌が見つかった場合、特に便利かもしれない。研究チームのバイオファイバーが圧力を受けて破損すると、外部環境からの水が最終的にコンクリートに入り込み、内視鏡的細菌と接触する。すると、これがリシニバチルス・スフェリカスを活性化させ、表面に向かって押し上げ始める。同時に、微生物誘発性の炭酸カルシウムの沈殿も始まる。その炭酸カルシウムは問題の亀裂を埋め、表面上はセメントのかさぶたに硬化する。これは、乾燥した血液が切り傷を覆って保護するのとよく似ている。最近のテストでは、コンクリートは2日以内に「治癒」した。

研究者はバイオファイバーを注入した材料の修復時間をさらに理解し、制御する必要がありますが、自己修復材料は将来、気候コストのかかる追加のコンクリートの必要性を減らすのに役立つかもしれません。