بتن در زندگی شهری همهجا حضور دارد، از ساختمانها تا پلها و بزرگراهها، اما با گذشت زمان تحت تنش و تغییرات دما دچار ترک میشود. این ترکهای کوچک هم اجازهی ورود آب و هوا را میدهند و باعث زنگزدگی فولاد و تضعیف سازه میشوند. تعمیر مداوم و بازرسی از این ترکها هم پرهزینه است و هم زمانبر.
برای دههها دانشمندان بهدنبال استفاده از باکتریها برای ترمیم خودکار ترکهای بتن بودند؛ اما تمامی روشهای موجود تا امروز به منبع خارجی «تغذیه» نیاز داشتند تا باکتریها بتوانند کلسیمکربنات تولید کنند. دکتر Jin این مشکل را چنین بیان میکند:
بیش از ۳۰ سال است رویکردهای خودترمیمکنندهی مبتنی بر میکروب بررسی شده، اما همگی برای تولید مداوم مواد ترمیم به تغذیهی بیرونی نیاز دارند و کاملاً خودران نیستند.
تیم او، ایدهی خویشاوندی میان دو موجود سادهی جاندار، لیکنها (ترکیب قارچ و سیانوباکتری)، را الگو قرار داد. در این سیستم مصنوعی، سیانوباکتریهای دیازتروف از هوای اطراف کربندیاکسید و نیتروژن جذب میکنند و قارچهای رشتهای کلسیم را جمعآوری و CaCO₃ تولید میکنند که میتواند ترکهای بتن را پر کند. آنها سه ترکیب از میکروبها را آزمایش کردند:
Trichoderma reesei + Anabaena inaequalis
T. reesei + Nostoc punctiforme
T. reesei + هر دو نوع سیانوباکتری
در محیط آزمایشگاهی تنها با نور و هوا، بدون هیچ تغذیهی اضافه، همه ترکیبها رشد کردند. برای ارزیابی کارایی، پنج روش به کار رفت: سنجش چگالی نوری برای جذب نور، وزن خشک زیستتوده، آزمایش متابولیکی رزازورین برای فعالیت سلولی، کشت قارچ روی محیط انتخابی و اندازهگیری فیکوسیانین برای سلامت سیانوباکتری.
نتایج نشان داد باکتریها وقتی با قارچها شریک شدند، وضعیت سلامتی و بازدهی بهتری داشتند و توانستند CaCO₃ را حتی در نمونههای بتنی نیز تشکیل دهند. این دستاورد عملاً ثابت میکند سیستم بهصورت خودران ترکها را ترمیم میکند و نیازی به مداخلهی انسانی ندارد، پیشرفتی که میتواند هزینهی بازرسی و نگهداری پلها و جادهها را بسیار کاهش دهد. علاوه بر جنبهی فنی، Jin با دانشمندان علوم اجتماعی دانشگاه Texas A&M همکاری میکند تا نظر عمومی دربارهی استفاده از موجودات زنده در سازهها را بسنجند و ابعاد اخلاقی و حقوقی آن را بررسی کنند. این پژوهش که با حمایت برنامهی Young Faculty Award آژانس DARPA انجام شده، نقطه تلاقی زیستشناسی و مهندسی برای حل یک مشکل مهم روزمره است.
سیستم خودترمیمکنندهی بتن مبتنی بر قارچ و سیانوباکتریهای دیازتروف، نوید کاهش چشمگیر هزینهها و افزایش ایمنی سازههای بتنی را میدهد. با تکامل این فناوری و بررسی جنبههای اجتماعی و حقوقی آن، ممکن است در آیندهای نزدیک ساختمانها و پلها نیز بتوانند «زنده» باقی بمانند و خودشان زخمهایشان را التیام بخشند.