Một nhóm các nhà nghiên cứu tại Đại học Bang Montana (Hoa Kỳ) mới đây đã phát triển thành công một loại vật liệu xây dựng mới được cấu tạo từ sợi nấm kết hợp với các tế bào vi khuẩn sống có khả năng tự phục hồi.

Không giống như các vật liệu xây dựng thông thường, loại vật liệu composite sinh học này có khả năng duy trì sự sống trong ít nhất một tháng. Đây là một thành tựu nổi bật so với các vật liệu sinh học truyền thống vốn chỉ hoạt động trong vài ngày hoặc nhiều nhất là vài tuần.

Theo tiến sĩ Chelsea Heveran, tác giả chính của nghiên cứu, vật liệu mới không chỉ tồn tại lâu hơn mà còn thực hiện được các chức năng sinh học hữu ích như tự phục hồi vết nứt và phân hủy các chất ô nhiễm môi trường.

Một trong những động lực lớn nhất thúc đẩy nghiên cứu này là mục tiêu giảm thiểu tác động môi trường của ngành xây dựng. Là một vật liệu không thể thiếu trong ngành xây dựng hiện nay, thế nhưng xi măng đang chịu trách nhiệm cho gần 8% lượng phát thải CO₂ toàn cầu. Với khả năng tái tạo, tự phục hồi và sản xuất ở nhiệt độ thấp, các nhà nghiên cứu kỳ vọng loại vật liệu mới này có thể mở đường cho một giải pháp thay thế xanh và bền vững hơn.

"Các vật liệu khoáng hóa sinh học chưa có đủ độ bền để thay thế bê tông trong mọi ứng dụng, nhưng chúng tôi và những người khác đang nỗ lực cải thiện các đặc tính của chúng để chúng có thể được sử dụng rộng rãi hơn", nữ tiến sĩ chia sẻ.

Nghiên cứu được công bố trên tạp chí Cell Reports Physical Science cho thấy khi thời gian vi khuẩn vẫn còn hoạt động trong vật liệu càng lâu, chúng có thể thực hiện nhiều chức năng có lợi khác như tự động sửa chữa các hư hỏng kết cấu, phân hủy các chất ô nhiễm, điều này giúp vật liệu vừa trở nên vững chắc hơn, vừa có thể giúp môi trường xây dựng sạch và bền vững hơn.

Trước đây, những vật liệu làm từ sinh vật sống trên thị trường thường khó phát triển do có tuổi thọ ngắn và cấu trúc đơn giản. Để vượt qua thách thức này, nhóm nghiên cứu đã tìm đến cách giải pháp sử dụng sợi nấm Neurospora crassa, còn được biết đến với tên gọi dân dã là “mốc cam bánh mì”, làm bộ khung cho các vật liệu khoáng hóa sinh học.

Từng được ứng dụng làm bộ khung trong các sản phẩm đóng gói và cách nhiệt, nhóm nghiên cứu đã ngạc nhiên khi phát hiện ra rằng sợi nấm có thể được sử dụng để tạo ra các vật liệu với nhiều loại kiến trúc bên trong phức tạp.

"Chúng tôi phát hiện ra rằng bộ khung nấm khá hữu ích trong kiểm soát kiến trúc bên trong của vật liệu", Heveran kết luận trong một thông cáo báo chí. "Chúng tôi đã tạo ra các cấu trúc hình học bên trong trông giống như xương vỏ (cortical bone), nhưng trong tương lai, chúng tôi cũng có thể xây dựng các cấu trúc hình học khác".

Hiện nhóm nghiên cứu đang tập trung vào việc nâng cao tuổi thọ của tế bào sống trong vật liệu cũng như tối ưu hóa quy trình sản xuất để mở rộng quy mô thương mại.

Nếu thành công, vật liệu xây dựng sống có thể trở thành chìa khóa để xây dựng những tòa nhà có khả năng “tự sửa chữa”, góp phần giảm lượng khí thải nhà kính và tạo nên một tương lai kiến trúc bền vững hơn. Một ngày không xa, khái niệm “tòa nhà biết chữa lành” có thể sẽ trở thành tiêu chuẩn mới trong ngành xây dựng toàn cầu.