ساختمان زنده خود ترمیم شونده با قارچ
ساختمان زنده خود ترمیم شونده شاید شما را به یاد داستان‌های علمی و تتخیلی بیندازد، اما بخشی از آینده خواهد بود! تیم محققان از ترکیب قارچ‌ها و باکتری‌ها ساختاری محکم مانند استخوان یا مرجان ساختند. آنها در حال تحقیق برای استفاده از این ماده به عنوان مصالح ساختمانی خود ترمیم شونده، هستند.
مواد زنده مهندسی‌شده (ELM) جدیدترین دستاورد آنها برای حفاظت از محیط زیست و ساخت سازه‌های پیچیده با قابلیت تغییر و ترمیم در آینده خواهد بود. برای آگاهی از روش ساخت این متریال جدید، تا انتهای مقاله همراه ما باشید.
مصالح ساختمانی قارچی نجات بخش محیط زیست
چندین سال است که جوامع بشری به دنبال کاهش ضایعات صنایع و انتشار گازهای گلخانه‌ای هستند. یکی از چالش‌های بزرگ در زمینه محیط زیست، دفع ضایعات ساختمانی است.
زیرا تجزیه اینگونه مواد در طبیعت به کندی صورت خواهد پذیرفت. همچنین با تولید موادی نظیر سیمان و بتن، مقادیر زیادی گازهای گلخانه‌ای انتشار می‌یابد. در حال حاضر تولید سیمان(OPC) برای ساخت بتن، به تنهایی سبب آزادسازی بیش از 5% تا 8% از کل گازهای گلخانه‌ای در جهان است.
بنابراین یافتن مصالح ساختمانی سازگار با محیط زیست، گام بزرگی در این بخش خواهد بود. با بکارگیری مواد زنده و طبیعی، می‌توان مصالح ساختمانی تجدیدپذیر ساخت.
محققان امیدوارند تولید مصالح ساختمانی از مواد زنده مهندسی‌شده(ELM)، این هدف را تحقق بخشد.
مواد زنده مهندسی‌شده(ELM) متشکل از سلول‌های قارچ، ساختاری بسیار محکم مانند استخوان و ویژگی‌هایی مانند توانایی خودآرایی و ترمیم دارند.
ساختمان زنده ترمیم شونده با میسلیوم قارچ
چلسی هیوران و همکارانش در دانشگاه ایالتی مونتانا، برای ساخت ساختمان زنده، نوعی ساختار معدنی را در اطراف اسکلتی متشکل از میسلیوم قارچ ایجاد کردند.
آنها با استفاده از گونه‌ای قارچ میکروسکوپی بنام Neurospora crassa یک چهارچوب تشکیل دادند. سپس با تلقیح باکتری Sporosarcina pasteurii روی آن، نوعی مصالح با ساختاری سبک و محکم نظیر استخوان با قابلیت رشد و ترمیم، ساختند.
این ساختار از متابولیزه شدن اوره توسط قارچ و باکتری در محیط رشد، پدید می‌آید. یعنی اوره به یون‌های آمونیوم و کربنات هیدرولیز میشود و PH یا قلیایی بودن محیط را افزایش می‌دهد. بنابراین هنگامی‌که کلسیم کافی موجود باشد، کربنات کلسیم رسوب میکند. یعنی در نتیجه این فرایند، کربنات کلسیم (ماده سخت موجود در پوست تخم مرغ و صدف) تولید میشود. این ماده باعث استحکام بالای این ساختار خواهد شد.
یکی از جنبه‌های منحصر بفرد داربست میسلیوم قارچی برای ساخت ساختمان زنده خود ترمیم شونده، پتانسیل آنها برای زنده نگه داشتن باکتری‌ها است. از طرف دیگر بر خلاف اکثر ELM های زیست معدنی ساخته‌شده در گذشته که سفت می‌شدند، این مصالح متشکل از قارچ و باکتری علیرغم استحکام، قابلیت تغییر و ترمیم و بیومرینال را دارند.
آنها برای مصالح ساختمان زنده خود ترمیم شونده، از استخوان‌ها و چگونگی رشد و ترمیم آن الهام گرفتند. این متریال جدید بر خلاف نمونه‌های تولیدی در تحقیقات مشابه، که فقط چند روز زنده بودند، حداقل برای یک ماه زنده خواهد ماند.
علیرغم این پیشرفت‌ها، ELM قارچی جدید برای ایجاد استحکام بهتر، باید درصد رطوبت کمی داشته‌باشد. اما رطوبت پایین، باعث کاهش زمان زنده ماندن میکروب‌ها میشود. بنابراین، باید راهی یافت تا بتوان این ساختمان را برای مدت طولانی‌تری زنده نگه داشت تا از عملکردهای خود ترمیم شونده آن بتوان بهره برد.
طبیعت الهام بخش
برای تشکیل استخوان در بدن، بیومینرال روی بافتی از کلاژن و سایر پروتئین‌ها شکل می‌گیرند. به همین دلیل استخوان با وجود وزن کم، محکم و مقاوم است. مرجان‌های دریایی نیز ساختاری مشابه دارند.
فرایندهای مذکور، منبع الهام دانشمندان برای این آزمایش بود. در حال حاضر محققان از نتایج این آزمایش راضی و به دنبال ساختارهای بزرگتر و پیچیده‌تر هستند. یکی از موارد مهم مد نظر آنها، قابلیت زنده ماندن بافت، برای مدت طولانی‌تر خواهد بود. همچنین زنده ماندن این ساختمان زیستی به شرایط نگهداری خاصی نیاز دارد.
وقتی قابلیت زنده ماندن به اندازه کافی زیاد باشد، می‌توان ویژگی‌های بیولوژیکی و زیستی نظیر خود ترمیمی، پاسخگویی به محیط اطراف یا پاکسازی را به ساختمان اضافه نمود.
مزایای مصالح ساختمان زنده
پیش‌تر از این در چندین پروزه تحقیقاتی تلاش‌هایی برای ساخت مصالح ساختمانی قارچی، ساختمان قارچی و خانه قارچی انجام گرفته‌بود. اما آنها در حد ساخت بلوک‌های میسلیومی با قابلیت عایق و زیست‌تخریب‌پذیری بودند. یعنی بافت آنها زنده نبود. اما این دستاورد جدید، بافتی زنده و با قابلیت های زیستی و پتانسیل زیاد خواهد داشت.
این داربست‌های میسلیومی، ساخت ساختمان های زنده خود ترمیم شونده را با هندسه‌های داخلی پیچیده امکان‌پذیر خواهند کرد.
برای مثال در این آزمایش محققان با استفاده از مواد زنده مهندسی‌شده(ELM)، توانستند ساختمان داخلی استخوان قشر مغز را شبیه‌سازی کردند. ساخت این نوع پیچیدگی هندسی داخلی در نمونه‌های قبلی قابل دستیابی نبود. زیرا تنظیم داربست‌های هیدروژل با اشکال پیچیده به دلیل مایع بودن بیس داربست‌ها امکان‌پذیر نبود.
اما در نمونه فعلی، میسلیوم با قابلیت انعطاف خود این مورد را ممکن ساخت. زیرا داربست میسلیومی راحت‌تر از هیدروژل تغییر میکند و قابلیت ایجاد هندسه‌های داخلی پیچیده را دارد.
استفاده از قارچ‌ها به‌عنوان متریال اصلی این ELM، افق‌های تازه‌ای را برای ساخت مصالح زنده، هوشمند و سازگار با محیط زیست در آینده می‌گشاید.
مولف:
گردآوری، ترجمه و تحریر توسط تیم رسانه هاگ
کپی فقط با ذکر منبع مجاز است.
منبع: newscientist.com
سورس مقاله: https://www.cell.com/cell-reports-physical-science/fulltext/S2666-3864(25)00116-X
