破解奥秘：解密混凝土如何实现自我修复

针对建筑工程中最持久且代价高昂的问题之一，工程技术与工业分布系的助理教授 Jin 从自然界汲取灵感，开发了一种合成地衣系统，使混凝土能够自我修复。

混凝土是地球上使用最广泛的建筑材料，却存在易开裂的危险缺陷。这些裂缝无论大小，都可能导致灾难性的结构失效，这在建筑物、桥梁或高速公路的坍塌事件中屡见不鲜。

克服这一严峻挑战的关键在于理解混凝土的形成机理并利用该过程。混凝土由碎石、沙与粉末状黏土、石灰石混合制成。加入水后，混合物通过称为水化反应的化学过程硬化。凝固后，其强度足以支撑从过桥的18轮卡车到摩天大楼居民的一切荷载。然而，冻融循环、干燥收缩及重载等自然力会导致裂缝。即使肉眼几乎不可见的裂缝也会让液体和气体渗入内部钢筋，引发腐蚀并削弱结构。

在裂缝危及生命之前发现它们是高风险且高成本的挑战，美国每年需耗费数百亿美元修复混凝土基础设施。对于持续使用的桥梁和高速公路，裂缝定位尤为困难。

"微生物介导的自修复混凝土已被深入研究三十余年，"Jin指出，"但它仍存在重要局限——当前所有自修复方法均非完全自主，因为修复剂持续产生修补材料需要外部营养供给。"例如，检测人员历经艰辛定位裂缝后，仍需向裂缝注入或喷洒营养物，这并不实际。

Jin的解决方案？利用地衣系统的力量使混凝土无需外界干预即可自愈。

地衣在我们日常世界中是低调的存在，常见于附着在树木和岩石上。其真正魅力在于真菌与藻类（或蓝藻细菌）形成的独特共生系统，这种自持型合作关系使其能在最严酷环境中繁衍生息。

受此启发，Jin与她的研究团队——内布拉斯加大学林肯分校的Richard Wilson博士、Nisha Rokaya及Erin Carr——在DARPA青年教授奖项目的资助下，创建了模仿自然地衣协作机制的合成地衣系统。

该系统利用蓝藻细菌（将空气和阳光转化为养分）与丝状真菌（分泌封堵裂缝的矿物质）。这些微生物仅需空气、光照和水即可协同存活。该系统的自主性使其区别于以往的自修复混凝土尝试。

实验室测试表明，即使在混凝土等恶劣环境中，这些微生物对仍能生长并产生裂缝填充矿物质。

Jin的工作超越实验室范畴，思考更广泛的影响。她正与德州农工大学社会科学系的教授合作，深入探究公众对建筑中使用活体生物的认知，以及相关的伦理、社会、环境与法律问题。

这项突破性研究具有深远的潜力和应用前景。

具备自愈能力的混凝土可显著降低维护成本、延长使用寿命，并通过提升安全性挽救生命。它还将对可持续建筑的所有领域（包括太空基础设施）产生重大影响。