真菌细菌帮盖房？神奇生物材料或替代混凝土

【中国观察2025年05月06日讯】由真菌和细菌建造的房子，或许听起来像是科幻小说的东西。不过，这次美国科学家利用这些微生物，做出拥有自我矿化与修复能力的建筑材料，不仅有望代替部分混凝土，还有望让微生物帮大家盖房子成为现实。
先前科学家利用一些微生物的特性诱导它实现碳酸钙沉淀（MICP），变成具有潜力的工程生物材料（Engineered Living Materials，ELM），用于建造或修复简单承重结构。尽管部分ELM材料成功走进商业市场，但市场上的接受度并不高。
原因是ELM材料存活期短，还需特定储存条件才能延长其寿命等问题。另外，该种材料现阶段还难以修复复杂的内部建筑结构，这些问题都限制了它的潜在用途和效益。
这次，美国蒙大拿州立大学（Montana State University）实验团队利用巴氏孢子八叠球菌（Sporosarcina pasteurii）和粗糙脉孢菌（Neurospora crassa）培育出密集的海绵状菌丝体作为生物材料框架，创造出一种活的、可自我修复的建筑材料。该研究成果于4月16日发表在《Cell Press》期刊杂志上。
他们选用的巴氏孢子八叠球菌，是一种土壤常见的嗜碱菌，对于环境影响小，无致病性，只需摄取营养物质和钙离子就能进行矿化反应。粗糙脉孢菌（又称粉色面包霉菌）同样无致病性，菌丝生长快，子囊孢子耐热，并具尿素分解诱导的MICP能力。
研究人员将能够产生碳酸钙（可从珊瑚、蛋壳和石灰石中发现）的巴氏孢子八叠球菌，引入由粗糙脉孢菌生长的真菌菌丝体框架中，巴氏孢子八叠球菌在里面继续进行生物矿化作业，将原本柔韧的菌丝体逐渐硬化成坚硬的结构，且硬度会大幅度提升。（菌丝体框架可以自我矿化、菌丝体框架被尿素分解细菌有效生物矿化）
另外，他们发现自主研发的工程生物材料能够在干燥、温度23°C到30°C的环境下，依然能保持超过4周的生物活性，要长于其它类型的工程生物材料，这有助于做成良好的工程生物材料。
研究人员使用配备能量色散光谱的扫描电子显微镜（SEM-EDS）观察菌丝体框架矿化后的样子。结果显示，巴氏孢子八叠球菌在代谢尿素（细菌的食物）后会产生碳酸钙，而这些矿物结晶会逐渐融入菌丝体里面，使得整个菌丝框架的密度和稳定性得到近一步强化。
该团队为了验证这种生物矿化ELM材料，是否能进入实用阶段，将其放置含有复杂孔洞的模具中。结果显示，这些生物矿化框架以同心圆环的方式生长，最后填满模具的内部空隙，展现该材料生物优异的修复能力。
他们还表示，虽已证实真菌菌丝体作为生物矿化ELM的潜力，但仍需解决两种微生物无法共同培养，以及材料机械性能需优化的问题。未来将持续研究改善这些问题，推动该材料的大规模生产，以替代部分高耗能建筑材料，降低环境污染。
该实验的主要作者之一、蒙大拿州立大学助理教授、通讯作者切尔西·赫弗兰（Chelsea Heveran）则表示，“此前生物矿化材料的强度不足以全面替代混凝土。不过，我们和其他人正在努力改善它们的性能，以扩大未来的应用范围。”
赫弗兰还表示，“我们了解到真菌框架，对于控制材料的内部结构非常有用。现在我们已成功创造出类似皮质骨（同心圆）的内部几何结构，未来有望开发更多的几何结构，用于优化其它材料的内部结构。”