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真菌混凝土。原圖鏈接

真菌混凝土，將細菌或真菌孢子與營養成分摻入混凝土原料中。當出現裂紋時，水進入混凝土中，會使休眠的微生物甦醒、生長、消耗營養物，並促進CaCO3沉澱以修復裂縫。當裂縫被修復後，微生物將再次以休眠狀態存在，準備好在裂縫再次形成時，開始新的自我修復循環。

概述

建物裂縫救星

混凝土是使用最廣泛的建築材料之一，隨著建築物的使用時間加長，建築物的混凝土會因氣候的冷熱變化、乾縮、鋼筋腐蝕等原因而形成裂縫。而這些裂縫便是建築物許多問題的來源，如果沒有經過適當處理，這些裂縫往往會進一步發展，最終導致結構問題及昂貴的維修費用。

建物傷害

基礎設施的裂縫

也就是裂縫可能會給基礎設施帶來巨大的、難以察覺的傷害。如核電站需要使用混凝土進行輻射防護，雖然重建結構能夠取代老化的混凝土，但這只是一個短期的解決方案。 因為到了後面，更多的裂縫會再次出現。

修復機制

真菌摻入混凝土原料

目前為止已知混凝土可以通過以下三種機制修復其自身的裂縫：自生癒合、聚合材料的包埋以及微生物介導的碳酸鈣CaCO3沉澱。 研究結果顯示，在混凝土環境中，某些微生物通過生物誘導產生的礦化過程會沉澱出CaCO3，由於碳酸鈣與混凝土成分的充分相容性，通常被認為是最適用於混凝土裂縫的填料。將細菌或真菌孢子與營養成分摻入混凝土原料中。當出現裂紋時，水進入混凝土中，會使休眠的微生物甦醒、生長、消耗營養物，並促進CaCO3沉澱以修復裂縫。當裂縫被修復後，微生物將再次以休眠狀態存在，準備好在裂縫再次形成時，開始新的自我修復循環。

適應極端環境

最早被使用在生質混凝土(bio-concrete)研究的生物材料是細菌，儘管對細菌所介導的具自修復力混凝土的研究確實取得了一定程度的成功，但仍然因菌種的本質遭遇了嚴重的限制。絲狀真菌以可在惡劣環境中存活並良好生長聞名，多數真菌可形成利於嚴苛條件生存的孢子，某些種類的真菌更可適應其他微生物無法存活的極端環境。且真菌分支結構和絲狀生長，提供更多的碳酸鈣沉澱位置與框架，可在短時間內癒合較寬的裂紋。真菌混凝土因此被賦予更多的期待，希望真菌孢子能更容易發展出合適優化的環境，不會去影響混凝土的結構強度的執行混凝土自我修復。

發明貢獻

美國賓漢姆頓大學和紐約州立大學的研究人員共同開發了一種新型真菌自修復混凝土，可以幫助修復老化混凝土的永久裂縫，這將有助於拯救美國破敗的基礎設施。

賓漢姆頓大學機械工程學助理教授Congrui Jin對混凝土進行了詳盡的研究，他發現問題總是源於那些最細小的裂縫，結論是，如果沒有得到適當的修復，那些裂縫往往會進一步發展，最終將需要昂貴的代價來修復。如果這些裂縫擴展到鋼筋，鋼筋也會被腐蝕，因為它們暴露在水、氧氣、二氧化碳以及可能存在的氯化物之下了，這可能會導致建築物的結構失效。

研發過程

Jin與周光文教授、副教授David Davies還有副教授張寧一起合作。所組成的研究小組共同開始尋找「治療」混凝土的方法，並最終找到了一個不同尋常的答案：一種叫做木黴菌的真菌。當這種真菌與混凝土混合時，它會一直處於休眠狀態，直到第一道裂縫出現。想法的靈感來源於人體自身治癒傷口、瘀傷和骨折的能力。對於受損的皮膚和組織，人體會吸收營養物質，這些營養物質可以產生新的替代品來治癒受損的部分。

工作原理

在混合過程中，真菌孢子和營養物質將被放入混凝土基質中。當裂縫產生後，水和氧氣就會進入。有了足夠的水和氧氣，休眠的真菌孢子就會發芽、生長並沉澱碳酸鈣，達到彌補裂紋的效果。當裂縫被完全填滿後，最終就沒有水和氧氣可以進入了，真菌將再次形成孢子。如果後面再產生裂縫，孢子可能再次被喚醒。

這項研究還處在起步階段，最大的問題是真菌在混凝土惡劣環境中的生存能力。Jin希望通過進一步的調整，讓木黴菌能夠有效地填補裂縫。在向混凝土市場推出高效自修復產品方面，仍存在重大挑戰。進一步研究替代微生物，比如真菌和酵母，對自修復混凝土的應用極其重要。

科技新知

可自我修復的混凝土

荷蘭微生物學家(Hendrik Marius Jonkers)發明了「可自我修復的混凝土」，這項驚人的發明不僅入圍2015年歐洲發明家獎的決賽，在2016年正式量產後，更榮獲華爾街日報、BBC、英國衛報、CNN等國際權威媒體報導，同時歐洲每年平均花費60億歐元應用在修復受損的建築中，

在常見的混凝土材料中的一項特性就是「龜裂」，良好的設計與施工可延長混凝土的壽命，但並不能阻止其龜裂產生，因此，混凝土龜裂後的防水效果會大打折扣之外，耐用度也將大幅降低，當水分和氧氣經由裂縫滲入建築物中，不僅會腐蝕鋼筋、並造成嚴重的結構受損，同時產生建築與公共安全等相關問題發生。

台灣業者「羅威科技」（Basilisk Taiwan）也引進此項新式建築材料，獨家取得台灣總代理。

影片

【科技趣聞】真菌混入混凝土就能自我修復