研究人员正在利用生物物质创造能够适应环境并自我修复的独特新材料。科幻小说作家阿瑟·克拉克曾说过：“任何足够先进的技术都与魔法无异。”

对于荷兰代尔夫特理工大学航空航天结构与材料副教授库纳尔·马萨尼亚博士来说，克拉克给人留下了深刻的印象。

“我一直深受启发，”马萨尼亚说。“通过我的研究，我试图给人们的生活带来一种魔力。”

生活材料

马萨尼亚正在开发所谓的“活材料”，用于航空航天和交通运输领域。这些活材料，顾名思义，确实是活的。它们含有真菌和细菌等微生物，这使它们能够保持完整性和自我修复能力。

他的工作看似魔术，但却非常真实，而且进展顺利。

它是AM-IMATE五年项目的一部分，马萨尼亚于2023年1月因该项目获得了欧盟的资助。该研究团队正在研究将生物有机体整合到创新新材料中以用于工业和工程的潜力。

马萨尼亚说：“我们的目标是制造出像生物体一样的工程结构，能够感知和适应机械应力。”

3D打印真菌

Masania正在开发的材料是一种将活真菌细胞与木材结合在一起的复合材料。它由水凝胶和菌丝体(一种通常生活在地下的真菌的根状结构)组成。

马萨尼亚说：“我们选择研究真菌，因为真菌是一种非常顽强的生物，它能耐受恶劣的条件，而且相对容易培养。”

此外，真菌细胞具有很强的连接能力。菌丝体可以生长出巨大的传感网络，使其能够在整个生物体中发送信号。这意味着科学家可以在整个材料中分布几个细胞，这些细胞将重新连接并形成传感网络。

为了生产这些活体材料，马萨尼亚开发了一种特殊的3D打印方法和一种新型3D打印油墨。

他说：“我们在这方面取得了良好的进展，我们已经能够3D打印我们的材料。”

可持续空间

生物材料有助于提高航空航天和交通运输等领域使用的关键结构的性能和耐用性。例如，马萨尼亚和他的团队正在探索使用他们的复合材料作为飞机内饰的核心材料。

“我们的材料非常轻，而且比目前使用的材料更具可持续性，”马萨尼亚说。“目前，飞机内部主要由塑料和金属制成。如果我们替换这些材料，我们就不再需要依赖化石燃料，并且可以提供更好的报废解决方案。如果我们使用生物材料，飞机部件可以拆卸并回归自然。”

马萨尼亚的研究甚至可能希望将看似科幻的东西变成现实。

“这对于在太空和其他星球上建造房屋来说可能非常有趣，”他说。“我们的生物材料可以成为新栖息地的基础，因为你可以利用当地的材料，并用真菌将它们结合在一起。”

生物基建筑表皮

在国内，生物基材料也被用于开发可持续建筑的新盟友。安娜·桑达克博士是材料科学专家，特别关注木材。她是斯洛文尼亚科佩尔普里莫尔斯卡大学的副教授，也是斯洛文尼亚创新更新卓越中心材料系副主任兼负责人。

InnoRenew成立于2017年，由欧盟、国际和国家资助，旨在巩固斯洛文尼亚在林业和木材研究方面的优势。其目标是研究可持续建筑的创新可再生材料。

2022年，桑达克和她的InnoRenew研究团队获得了一项为期五年的欧盟资助，用于进一步开发用于建筑行业的生物活性活性涂层系统的概念。借助这笔资金，他们正在开发一种能够保护各种建筑表面(包括混凝土、塑料和金属)的“活”生物膜。

这个想法是，这种活皮肤可以用来保护建筑材料，使建筑更有弹性和可持续性。

桑达克说：“我们专注于开发天然解决方案，而不是使用并不总是环保的合成化学品、杀生物剂和矿物油。”

通过利用生物体，科学家正在创造出传统材料无法找到的新功能。

桑达克说：“我们正在为材料添加一个以前不存在的新维度——生命。自然界中的细胞具有许多奇妙的特性，而这些特性在合成材料中很难实现，而且成本高昂。生命材料更环保，它们可以自我修复，有净化空气的潜力，而且成本更低。”

有趣的真菌

与AM-IMATE项目一样，桑达克团队主要研究真菌。

“它们有着巨大的潜力，”她说。“它们生长得非常好，存活率很高，而且不需要太多的营养。真菌很有趣。”

建筑工地上已经出现了真菌，但通常并不受欢迎，因为它们会损坏材料。然而，桑达克的团队研究的是一种特殊的真菌，它无害，也不会降解材料。

“我们正在利用‘好人’来阻止‘坏人’的蔓延。”

为了确保他们的研究成果能够付诸实践，科学家们正在开发一种不仅有效而且外观美观的生物涂层。他们正在各种材料上进行测试，并致力于添加不同的颜色。

“因为美学在建筑中很重要，”桑达克说。

最终的产品预计将是一种水基涂料，可以喷涂、刷涂或滚涂到各种表面上。

ARCHI-SKIN项目将持续到2027年，据桑达克介绍，这项研究进展很快，不久之后他们的涂层就可以应用到第一批建筑物上。

她说：“我相信我们的解决方案在未来十年内是可以实现的。”

社会影响

就这两个项目而言，科学家们都获得了有关微生物的宝贵基础知识，但正如两个项目协调员所说，研究的主要成果应该是实际应用。

桑达克说：“我们希望让世界变得更美好。”

“我相信我们肯定会开始看到生物基材料在建筑物和建筑环境以及消费品等领域的更多应用，”马萨尼亚说。“随着我们对这些材料的了解不断加深，越来越多的应用将随之而来。”

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