PROBIOTIC DESIGN: ÁP DỤNG MEN VI SINH VÀO KIẾN TRÚC

Một loạt các vật liệu được thử nghiệm về khả năng sống của vi khuẩn trên vật liệu (Thể tích: 1cm3/viên)

Vật liệu bao gồm:
– Bê tông xốp
– Gốm xốp
– Mẫu kim loại và nhựa in 3D

Các mẫu vật liệu chế tạo được tháo khuôn, cân và bảo quản ở điều kiện phòng bình thường trong mười bốn ngày. Sau đó, các mẫu được đánh giá bằng kính hiển vi điện tử (SEM) để quan sát kích thước lỗ rỗng trung bình của các mẫu.

Kiểm tra vật liệu/khả năng sống của vi khuẩn thông qua quá trình nảy mầm lại

Kết quả thử nghiệm giai đoạn một

Do chi phí và thời gian cần thiết để đánh giá thêm, chỉ những vật liệu được chọn mới được đưa ra để thử nghiệm thêm. Những vật liệu không tạo điều kiện cho khả năng sống của vi khuẩn là những vật liệu đầu tiên bị từ chối. Các vật liệu in 3D cũng bị loại bỏ mặc dù chúng có tiềm năng, chủ yếu là do chi phí sản xuất số lượng lớn mẫu cần thiết để thử nghiệm thêm cao. Vì các mẫu bê tông và gốm dường như có hiệu suất tương đương nhau tại thời điểm này, nên cả hai đều được chọn để thử nghiệm thêm.

Phương pháp vi sinh để xác định sự sống của vi khuẩn thông qua đếm tế bào

Tiếp đó, các vật liệu men vi sinh này được đánh giá khả năng sống sót trong điều kiện khô hạn kéo dài liên quan đến môi trường trong nhà thông thường. Các mẫu vật liệu được chế tạo, khử trùng và tiêm tế bào B. subtilis theo cùng một phương pháp. Các mẫu vật liệu một lần nữa được bảo quản trong điều kiện vô trùng ở nhiệt độ phòng như một phần của quy trình thử nghiệm được kiểm soát.

Bằng chứng về sự hình thành màng sinh học, bào tử trong ma trận vật liệu và sự nảy mầm trở lại sau một tháng

Số lượng tế bào đếm được tại mỗi thời điểm không cho thấy sự khác biệt đáng kể. Điều này cho thấy các tế bào B. subtilis được tiêm vào vật liệu gốm có thể sống sót trong một tháng (thời gian tối đa được thử nghiệm) mà không cần bổ sung bất kỳ chất dinh dưỡng hoặc nước nào. Phân tích SEM dường như cho thấy sự thay đổi kiểu hình mong muốn về trạng thái từ các tế bào nảy mầm thành bào tử trong cùng khoảng thời gian. Các mẫu vào ngày thứ nhất và thứ bảy cho thấy Bacillus vẫn ở trạng thái nảy mầm; đến ngày thứ hai mươi mốt, chúng xuất hiện dưới dạng bào tử . Dựa trên tuổi thọ đã biết của bào tử, có thể dự đoán hợp lý rằng khả năng sống sót và nảy mầm trở lại sau đó sẽ khả thi sau khi bảo quản vô thời hạn trong điều kiện trong nhà bình thường.

Nghiên cứu này chứng minh rằng vật liệu xây dựng, nhúng bởi các lợi khuẩn có thể tồn tại trong thời gian dài mà không cần bảo dưỡng hoặc cần bổ sung nước hoặc chất dinh dưỡng. Việc thử nghiệm dài hạn hơn và hiểu rõ hơn về quá trình hình thành bào tử sẽ có lợi. Trong tương lai, nghiên cứu này cũng có thể đánh giá tiềm năng nhúng trực tiếp vi khuẩn ở dạng bào tử của chúng vào ma trận vật liệu. Điều này có thể đơn giản hóa giai đoạn chuẩn bị và phát triển của quá trình sản xuất vật liệu men vi sinh kiến trúc.

Ba dạng hình học (từ trái sang phải): hình học có lỗ; hình học phân nhánh; và hình học có khe hở

Thử nghiệm chế tạo gạch bằng khuôn cao su hai phần được làm từ các bản in 3D dương tính; sau đó, các bản đúc đa vật liệu được sản xuất với các vùng vật liệu xốp và không xốp

Chi tiết bề mặt của gạch men vi sinh cho thấy bề mặt xốp, có kết cấu của vùng men vi sinh

Sắp xếp gạch men 10 × 4, được thiết kế với các vùng sinh học được lập trình theo không gian. Những viên gạch này được lắp đặt như một triển lãm tác phẩm tại The Barbican ở London như một phần của lễ hội ‘Life Rewired’ năm 2019