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        这个想法似乎很具有未来感：在苏黎世联邦理工学院，各个学科正在共同努力，将传统材料与细菌、藻类和真菌相结合。 共同目标是：创造出通过微生物的新陈代谢获得有用特性的生物材料——“例如通过光合作用结合空气中的二氧化碳的能力”，苏黎世联邦理工学院大分子工程教授 Mark Tibbitt 说。

         由 Tibbitt 领导的跨学科研究团队现在已经改变了这一愿景走进现实：它已经稳定地将光合细菌（称为蓝细菌）掺入可打印的凝胶中，并开发了一种有生命、生长并主动去除空气中碳的材料。 研究人员最近在《自然通讯》杂志上的一项研究中展示了他们的“光合作用生物材料”。

         主要特点：双碳封存

         该材料可以使用 3D 打印成型，只需要阳光和人工海水即可除了 CO2 之外的可用营养物质来生长。 “作为一种建筑材料，它可能有助于将来将二氧化碳直接储存在建筑物中，”在苏黎世联邦理工学院共同发起生物材料研究的 Tibbitt 说。

         它的特别之处在于：这种有生命的材料吸收的二氧化碳比它通过有机生长吸收的二氧化碳多得多。 “这是因为这种材料不仅可以在生物质中储存碳，还可以以矿物质的形式储存碳——这是这些蓝藻的特殊特性，”Tibbitt 透露。

        该研究的两位主要作者之一崔一凡解释说：“蓝细菌是世界上最古老的生命形式之一。 它们的光合作用效率很高，甚至可以利用最弱的光从二氧化碳和水中产生生物质。

         同时，由于光合作用，细菌改变了它们在细胞外的化学环境，因此固体碳酸盐（如石灰）沉淀。 这些矿物代表着一个额外的碳汇，与生物质相比-- 以更稳定的形式储存 CO2。

         蓝细菌作为主要构建者

         “我们专门在我们的材料中利用这种能力，”Tibbitt 研究小组的博士生 Cui 说。 一个实际的副作用：矿物沉积在材料内部并对其进行机械加固。 通过这种方式，蓝藻慢慢硬化了最初的柔软结构。

         实验室测试表明，该材料在 400 天内持续结合 CO2，其中大部分是矿物形式 -- 每克材料约 26 毫克 CO2。 这明显高于许多生物方法，与回收混凝土的化学矿化（每克约 7 毫克二氧化碳）相当。

         水凝胶作为栖息地

         容纳活细胞的载体材料是水凝胶——一种由高含水量的交联聚合物制成的凝胶。 Tibbitt 的团队选择了聚合物网络，使其能够运输光、二氧化碳、水和营养物质，并允许细胞均匀地铺在里面，不离开材料。

         为了确保蓝藻尽可能长地存活并保持高效，研究人员还使用 3D 打印工艺优化了结构的几何形状，以增加表面积、增加光穿透并促进营养物质的流动。

         共同第一作者 Dalia Dranseike：“通过这种方式，我们创造了能够让光线穿透并被动地将营养液分配到全身的结构毛细管力。 由于这种设计，封装的蓝藻可以高效地存活一年多，Tibbitt 团队的材料研究人员很高兴地报告说。

         作为碳汇的基础设施

         研究人员将他们的生命材料视为一种低能耗且环保的方法，可以结合大气中的二氧化碳并补充现有的碳封存化学过程。 “将来，我们想研究如何将这种材料用作用于建筑立面的涂料，在建筑物的整个生命周期中结合 CO2，“Tibbitt 展望未来。

         还有很长的路要走——但建筑领域的同事已经接受了这个概念，并以实验性的方式实现了初步的解释。

         在威尼斯和米兰的两个装置

         感谢 ETH 博士生 Andrea Shin Ling，ETH 实验室的基础研究登上了威尼斯。 “将生产过程从实验室规模扩大到房间尺寸尤其具有挑战性，”这位建筑师和生物设计师说，他也参与了这项研究。

         Ling 正在 ETH 教授 Benjamin Dillenburger 的数字建筑技术讲座教授处攻读博士学位。 在她的博士论文中，她开发了一个生物制造平台，可以在建筑规模上打印含有功能性蓝藻的生物结构。 用于微型浮游生物的

        装置在加拿大馆中，项目团队使用打印结构作为有生命的积木，建造了两个树干状的物体，最大的约三米高。 多亏了蓝藻，这些细菌每年可以结合多达 18 公斤的二氧化碳——大约相当于温带地区一棵 20 年树龄的松树一样多。

         “这个装置是一个实验——我们对加拿大馆进行了改造，使其为蓝藻提供足够的光线、湿度和温暖，使其能够茁壮成长。然后我们观察它们的行为，“Ling 说。 这是一项承诺：团队每天在现场监控和维护安装。 直到 11 月 23 日。

         在第 24 届米兰三年展上，Dafne's Skin 正在研究未来建筑围护结构中生物材料的潜力。 在覆盖着木瓦的结构上，微生物会形成深绿色的铜绿，随着时间的推移，木材会发生变化：腐烂的迹象变成了结合二氧化碳的积极设计元素，并强调了微生物过程。 Dafne's Skin 是 MAEID Studio 和 Dalia Dranseike 之间的合作。 它是“We the Bacteria： Notes Towards Biological Architecture”展览的一部分，将持续到 11 月 9 日。

         光合生命材料是在 ALIVE（生命材料高级工程）框架内的跨学科合作下创造的。 苏黎世联邦理工学院 （ETH Zurich） 计划促进来自不同学科的研究人员之间的合作，以开发新的适用于广泛应用的有生命材料。