0
04136674922

ساخت مصالح ساختمانی به کمک موجودات زنده

پژوهشگران در حال یافتن راه‌هایی برای تبدیل سلول‌ها به کارخانه‌های کوچکی برای تولید مواد هستند که از آن‌ها به ‌عنوان مصالح ساختمانی استفاده کنند.

 

 

بلوکی از ذرات شن که به‌ وسیله‌ی سلول‌های زنده درکنار هم حفظ شده‌اند

 

 

ساختمان‌ها نوعی ارگانیسم بی‌جان هستند. اما اگر ساختمان‌ها (دیوارها، کف‌ها و پنجره‌ها) واقعاً زنده باشند و به ‌وسیله‌ی مواد زنده رشد کرده و نگه‌داری شوند، چه؟

 

تصور کنید معماران از ابزارهای ژنتیکی استفاده کنند تا معماری یک ساختمان را مستقیماً در DNA  یک ارگانیسم رمزگذاری کنند و سپس ساختمان‌هایی را بسازند که خود را ترمیم کرده، با ساکنان خود تعامل برقرار کرده و با محیط سازگار می‌شوند.

 

معماری زنده در حال انتقال از قلمرو داستان‌های علمی به آزمایشگاه است، زیرا گروهی از پژوهشگران رشته‌های مختلف، در حال تبدیل سلول‌های زنده به کارخانه‌های میکروسکوپی هستند. در دانشگاه کلرادو بولدر، ویل سروبار هدایت آزمایشگاه مواد زنده را بر عهده دارد. سروبار با همکاری پژوهشگرانی در رشته‌های بیوشیمی، میکروبیولوژی، علوم مواد و مهندسی سازه از ابزارهای زیست‌شناسی مصنوعی برای مهندسی باکتری‌ها به ‌منظور تولید مواد معدنی و پلیمرهای مفید و شکل‌دهی آن‌ها به حالت واحدهای سازنده زنده‌ای که بتوانند روزی ساختمان‌ها را به زندگی بیاورند، استفاده می‌کند.

 

سروبار و همکارانش در مطالعه‌ای که در مجله‌ی Scientific Reports منتشر شده است، باکتری “اشریشیا کلی” را برای ایجاد ذرات سنگ آهک با اندازه‌ها، اشکال و سختی مختلف مهندسی ژنتیک کردند. آن‌ها در مطالعه‌ی دیگری، نشان دادند که اشریشیا کلی را می‌توان از نظر ژنتیکی برای تولید استایرن برنامه‌ریزی کرد. استایرن نوعی ماده‌ی شیمیایی است که برای تولید فوم پلی‌استایرن که یونولیت نامیده می‌شود، استفاده می‌شود.

 

 

 

 

 

سلول‌های سبز برای ساختمان‌های سبز

 

در جدیدترین کار پژوهشگران که در مجله‌ی Matter منتشر شده است، آن‌ها از سیانوباکتر‌های فتوسنتزکننده استفاده کردند تا به آن‌ها در پرورش یک ماده‌ی ساختمانی کمک کند و آن را زنده نگه دارند. مانند جلبک‌ها، سیانوباکترها ارگانیسم‌های سبزی هستند که در محیط اطراف یافت می‌شوند اما بیشتر ازنظر رشد روی دیواره‌های مخزن ماهی شما معروف هستند. سیانوباکترها به‌ جای انتشار دی‌اکسیدکربن‌، از این گاز و نور خورشید برای رشد استفاده می‌کنند و در شرایط مناسب، یک سیمان زیستی ایجاد می‌کنند که پژوهشگران از آن برای کمک به اتصال ذرات شن به هم و ایجاد یک آجر زنده استفاده کردند.

 

پژوهشگران با زنده نگه داشتن سیانوباکترها، توانستند مواد ساختمانی را به شکل نمایی بسازند. آن‌ها یک آجر زنده را به دو نیمه تقسیم کرده و از این نیمه‌ها دو آجر کامل پرورش دادند. دو آجر کامل به چهار آجر و چهار آجر به هشت آجر رشد کردند. آن‌ها به‌ جای ساخت یک آجر در هر زمان، از رشد نمایی باکتری برای پرورش آجرهایی زیادی به یکباره استفاده کردند که روش جدیدی برای ساخت مواد است.

 

البته تاکنون، پژوهشگران تنها کارهای سطحی در زمینه‌ی ظرفیت مهندسی مواد زنده انجام داده‌اند. ارگانیسم‌های دیگر می‌توانند سایر کارکردهای زنده را به واحدهای سازنده‌ی مواد منتقل کنند. برای مثال، باکتری‌های مختلف می‌توانند موادی را تولید کنند که خود را ترمیم کرده، محرک‌های خارجی مانند فشار و دما را حس کرده، در برابر آن‌ها واکنش نشان داده و حتی روشن شوند. اگر طبیعت بتواند این کارها را انجام دهد، مواد زنده نیز می‌توانند در جهت انجام آن مهندسی شوند. همچنین تولید ساختمان‌های زنده نسبت ‌به ساختمان‌های استاندارد، انرژی کمتری می‌برد. امروزه، ساخت و حمل مواد ساختمانی، انرژی زیادی مصرف کرده و مقدار زیادی ‌دی‌اکسیدکربن منتشر می‌کند.

 

برای مثال، سنگ آهک برای تولید سیمان مورد استفاده در بتن سوزانده می‌شود. برای ساختن فولاد و شیشه، فلزات و شن استخراج و ذوب می‌شوند. ساخت، حمل و مونتاژ مصالح ساختمانی مسئول حدود ۱۱ درصد از انتشارات جهانی ‌دی‌اکسیدکربن است. تولید سیمان به ‌تنهایی مسئول ۸ درصد از این انتشارات است. در مقابل، برخی از مواد زنده مانند آجرهای سیانوباکتر در واقع ‌دی‌اکسیدکربن را می‌گیرند.

 

گروه‌هایی از پژوهشگران در سرتاسر جهان در حال نشان دادن قدرت و ظرفیت مواد مهندسی‌شده زنده در مقیاس‌های مختلفی از جمله زیست‌لایه‌ی رسانای الکتریسیته، کاتالیروزهای زنده‌ی تک‌سلولی برای واکنش‌های پلیمریزاسیون و فتوولتائیک زنده هستند.

 

پژوهشگران ماسک‌های زنده‌ای را ساخته‌اند که مواجهه‌ با مواد شیمیایی سمی را حس کرده و تعامل برقرار می‌کنند. برخی پژوهشگران همچنین در تلاش برای رشد و مونتاژ مواد با استفاده از یک سلول واحد هستند که از نظر ژنتیکی برنامه‌ریزی شده است. در حالی‌ که اندازه‌ی یک سلول اغلب کمتر از یک میکرون است (یک‌هزارم میلی‌متر)، پیشرفت‌های حاصل‌شده در زمینه‌ی بیوتکنولوژی و چاپ سه‌بعدی تولید تجاری مواد زنده را در مقیاس انسانی امکان‌پذیر کرده است. برای مثال، شرکت بیوتکنولوژی اکوویتو  با استفاده از میسیلیوم قارچی، مواد فوم‌مانندی را رشد می‌دهد. شرکت بیوماسون با استفاده از میکروارگانیسم‌ها، بلوک‌های سیمان زیستی و کاشی‌های سرامیکی تولید می‌کند.

 

اگر چه محصولات مذکور در پایان فرایند تولید دیگر زنده نیستند، پژوهشگران دانشگاه صنعتی دلفت، راهی برای پوشش‌دار کردن و چاپ سه‌بعدی باکتری‌های زنده به شکل ساختارهای چند لایه ابداع کرده‌اند که می‌تواند هنگام مواجهه با مواد شیمیایی خاص از خود نور ساطع کند.

 

 

مواد ساختمانی زنده می‌توانند به شکل‌های مختلفی نظیر این خرپا درآیند

 

 

حوزه‌ی مواد زنده مهندسی‌شده هنوز در مراحل ابتدایی است و برای پر کردن شکاف بین پژوهش‌های آزمایشگاهی و دسترسی تجاری نیاز به پژوهش و توسعه‌ی بیشتری است. چالش‌هایی که دراین‌زمینه وجود دارد شامل هزینه، آزمایش، گرفتن جواز و افزایش مقیاس تولید است. پذیرش مشتری نیز مسئله‌ی دیگری است. برای مثال، صنعت ساخت‌و‌ساز دیدی منفی نسبت ‌به موجودات زنده دارد: به اثر منفی کپک، عنکبوت، مورچه‌ها و موریانه‌ها فکر کنید.

 

پژوهشگرانی که در حال کار روی موجودات زنده هستند، همچنین باید به نگرانی‌های مرتبط با ایمنی و آلودگی زیستی این مواد بپردازند. اخیراً بنیاد ملی علوم آمریکا مواد زنده مهندسی‌شده را به ‌عنوان یکی از اولویت‌های پژوهشی کلیدی کشور عنوان کرده است.

 

زیست‌شناسی مصنوعی و مواد زنده‌ی مهندسی‌شده نقشی مهم در مبارزه با چالش‌هایی که انسان در دهه‌ی ۲۰۲۰ و سال‌های پس از آن، با آن رو‌به‌رو است، خواهد داشت: تغییرات اقلیمی، تاب‌آوری در بلایا، پیری، زیرساخت‌های تحت‌فشار و اکتشافات فضایی. اگر بشریت چشم‌اندازی خالی داشت، مردم به نوآوری مشغول نمی‌شدند. پژوهشگران این حوزه از علم امیدوار هستند که دانشمندان با درک این مسئله، برای کمک به ساخت‌و‌ساز و از بین‌ بردن مرز بین محیط ساخته‌شده و محیط زنده‌ی طبیعی، از زیست‌شناسی کمک بگیرند. شاید به کمک این رویکرد، دیگر برای ساخت مصالح ساختمانی سراغ سوزاندن مواد، معدن‌کاری و ذوب سنگ‌ها نرویم.

 

منبع: وب سایت زومیت – نویسنده مریم صفدری

 

 

 

 

 

 

 

 

ارسال دیدگاه