コンクリートは建物から道路に至るまで、私たちの日常生活のいたるところにありますが、時間の経過やストレスの増加によりひび割れが発生する可能性があります。これらの亀裂は、たとえ小さな亀裂であっても、水や空気が侵入し、最終的には錆びを引き起こし、内部に隠れている鉄筋補強材を弱める可能性があります。これらの亀裂の修復は、特に橋や高速道路では危険であり、費用もかかります。
科学者たちは長年にわたり、細菌を使ってこれらの亀裂を自動的に修復する試みを続けてきた。しかし、ほとんどの方法では、細菌の正常な機能を維持するために外部からの栄養素が必要です。
これが、コングルイ グレース ジン博士による新しい研究の背後にあるアイデアであり、彼の最近の研究では、微生物の力による自己修復コンクリート システムを研究しています。
ジン氏はこの大きな障害について指摘し、「微生物媒介の自己修復コンクリートは30年以上にわたって広範に研究されてきたが、依然として重要な限界に悩まされている。現在の自己修復方法はすべて完全に自律的ではない。修復剤が継続的に修復材料を生成するのを維持するために外部栄養素が必要だからだ」と述べた。
彼女のソリューションは自然からインスピレーションを得ており、地衣類を再発明することで実現しました。地衣類は、空気、太陽光、水だけで生存できる菌類とシアノバクテリアで構成される単純な生物です。キム氏のチームは、窒素固定シアノバクテリア（空気中から二酸化炭素と窒素を吸収する）と糸状菌（カルシウムイオンを収集し、コンクリートの亀裂を埋めることができるミネラルである炭酸カルシウム（CaCO₃）の生成を助ける）を使用する合成バージョンを設計した。
彼らは、トリコデルマ リーセイとアナベナ イナエクアリス、トリコデルマ リーセイとノストック パンクティフォルメ、および 3 つの混合の 3 つの微生物の組み合わせをテストしました。 3 つの組み合わせはすべて、空気と光だけ (栄養素を追加しない) の実験室環境でよく育ちました。微生物がどのように機能しているかを理解するために、チームは5つの方法を使用しました：デンシトメトリー（光吸収をチェックするため）、バイオマス乾燥重量、レサズリン（代謝活動を検出するための指標）、選択培地真菌接種、およびフィコシアニンテスト（藻類の健康状態をチェックするため）。
その結果、微生物を個別に増殖させるよりも、対になった微生物の方が健全で効率的であることがわかりました。コンクリートサンプル中で炭酸カルシウム (CaCO₃) を生成することもでき、これは実用化の可能性を示すものです。このアプローチで際立っているのは、人間の支援なしで亀裂を修復できることであり、将来的にはコストのかかる手作業による検査やメンテナンスの必要性が削減される可能性があります。
ジン博士はまた、テキサス A&M 大学の社会科学者と協力して、建築における「生きた」生物の使用に対する国民の感情を理解し、それに伴う倫理的および法的問題を調査しています。この研究は、米国国防高等研究計画局（DARPA）の若手教員賞プログラムによって資金提供されており、生物学と工学を組み合わせて、何百万もの人々に影響を与える現実世界の問題を解決しています。