ساختمان سازی با باکتری و سلول : داستان های تخیلی، واقعی می شوند! - وبلاگ لین هوان

به گزارش وبلاگ لین هوان، ساختمان ها تا حدودی شبیه بدن ما هستند؛ استخوان و پوست دارند و نفس می کشند. الکتریسیته دارند، انرژی مصرف می نمایند، دمای متعادلی داشته و مواد زائد فراوری می نمایند. ساختمان ها در واقع ارگانیسم های غیرزنده هستند. اما چه می شد اگر سقف، دیوار و پنجره های ساختمان ها از موجودات زنده ساخته می شد، رشد می کرد و خودش را ترمیم می نمود؟ تصور کنید مهندسین می توانستند نقشه های ساختمان را به جای دادن به بنا، مستقیم به دی ان ای (DNA) سلول های کوچک منتقل می کردند و این سلول ها به شکل ساختمان رشد نموده، با ساکنین خود در تعامل بوده و خودشان را با شرایط محیط وفق می دادند.در این مقاله از ویکی ساختمون به آنالیز تحقیقات جدید اجرا شده در مورد ساختمان سازی با باکتری و مصالح زیستی می پردازیم.

جهت دریافت خدمات اجرای فواید روف گاردن با گروه ساختمانی آبان در ارتباط باشید. روف گاردن و بام سبز با بهترین قیمت و بهترین کیفیت را از ما بخواهید.

مصالح زیستی، ساختمان سازی با باکتری

جالب است بدانید مهندسی زیستی، امروزه توسط دانشمندان رشته های مختلف، از داستان های علمی تخیلی به آزمایشگاه آورده شده و محققین توانسته اند با سلول های زنده را به کارخانه های مصالح سازی بسیار ریز تبدیل نمایند. در دانشگاه کلورادو در قسمت آزمایشگاه مصالح زیستی، متخصصین رشته های مختلفی مثل بیوشیمی، میکروبیولوژی، مصالح شناسی و مهندسین معماری با همکاری یکدیگر و با استفاده از ابزارآلات سنتتیک زیست شناختی، از باکتری ها برای فراوری مواد معدنی مورد احتیاج و پلیمر استفاده می نمایند که بعداً این مواد را به آجر و مصالح ساختمانی تبدیل می نمایند. بعید نیست روزی ساختمان ها را از این مصالح بسازیم و رؤیای ساختمان های زیستی به واقعیت تبدیل گردد.

در یکی از گزارش هایی که در زمینه ساختمان سازی با باکتری و مصالح زیستی ارائه شده، از برنامه ریزی ژنتیکی باکتری ای.کلای (E.coli) برای فراوری سنگ آهک در انواع اشکال، اندازه ها و با درجات مختلف سختی استفاده شده است. همچنین در گذارشی دیگر در خصوص برنامه ریزی ژنتیکی، باکتری ای.کلای برای فراوری استایرن استفاده شده که یکی از مواد شیمیایی مورد استفاده برای فراوری فوم است.

بیشتر بخوانید: تکنولوژی نوین ساختمانی در سال 2019، 10 مورد از مهم ترین ها

سلول های گیاهی برای خانه های دوست دار محیط زیست

در آخرین کارهای انجام گرفته در زمینه مهندسی مصالح زیستی، از سیانوباکترهای فتوسنتز نماینده برای فراوری مصالح ساختمانی استفاده شد. سیانوباکترها مثل جلبک ها سلول های سبزرنگی هستند که در محیط به وفور یافت می شوند؛ مثلاً اگر آکواریوم دارید، می توانید این سلول های سبز را روی شیشه آکواریوم مشاهده کنید. سیانوباکتر ها به جای فراوری کردن کربن دی اکسید (CO2)، با جذب کربن دی اکسید و نور رشد نموده و در صورتی که شرایط مناسب باشد، یک نوع سیمان زیستی تهیه می نمایند. می توان با استفاده از این سیمان ذرات خاک را به یکدیگر متصل نموده و آجر های زیستی ساخت.

اگر بتوان بعد از این فرآیند سیانوباکترها را زنده نگه داشت، می توان سرعت کار را چندین برابر کرد بدین صورت که اگر یک آجر را از وسط نصف کنیم، هر کدام از نصفه های آجر به یک آجر کامل تبدیل می شوند. سپس این دو آجر تبدیل به چهار آجر و چهار آجر به هشت آجر تبدیل می شوند؛ یعنی در واقع به جای فراوری یک به یک آجرها، می توانیم در مدت زمان کوتاهی تعداد بسیار زیادی آجر فراوری کنیم که این خود می تواند انقلابی در فراوری مصالح باشد.

با وجود پیشرفت های اجرا شده، کار های اجرا شده تنها بخش بسیار ناچیزی از پتانسیل مهندسی مصالح زیستی را نشان می دهد. از آنجایی که انواع باکتری مختلف ویژگی های متفاوتی دارند، دامنه ساختمان سازی جدید می تواند به طرز شوکه نماینده ای وسیع باشد مثلاً باکتری هایی که توانایی ترمیم مصالح آسیب دیده را دارند؛ تصور کنید پس از خراب شدن سقف خانه، باکتری ها کم کم رشد نموده و سقف خود به خود تعمیر گردد یا مثلاً مصالحی که به فشار، رطوبت و حرارت واکنش نشان می دهند یا بدون احتیاج به برق و الکتریسیته روشن می شوند و نور فراوری می نمایند. تمامی این موارد قابل مهندسی و برنامه ریزی کردن هستند که با پیاده کردن این برنامه ها روی مصالح زیستی، می توانیم انتظار چنین چیزهایی را داشته باشیم.

بیشتر بخوانید: تقویت بتن با استفاده از پرتوهای گاما و پلاستیک های پودر شده!

جالب تر اینکه ساخت خانه ها با مصالح زیستی، نسبت به خانه های معمولی انرژی به مراتب کمتری احتیاج دارد. ساختن خانه با روش ها و مصالح امروزی انرژی بسیار زیادی هدر داده و مقادیر زیادی کربن دی اکسید فراوری می نماید. مثلاً برای فراوری سیمان باید سنگ آهک سوزانده گردد. همچنین تصور کنید پس از استخراج فلزات و خاک، چه مقدار انرژی صرف ذوب کردن آن ها برای فراوری آهن و شیشه می گردد. 11 درصد کل کربن دی اکسید فراوری شده در سراسر این کره خاکی مربوط به فراوری، حمل و نقل، مونتاژ و نصب مصالح ساختمانی است که 8 درصد این مقدار به صنایع فراوری سیمان مربوط می گردد. این در حالی است که آجرهای ساخته شده با سیانوباکتر کربن دی اکسید را جذب و مصرف می نمایند.

مصالح زیستی، یک حوزه در حال پیشرفت

امروزه در سراسر دنیا محققان در کوشش برای نشان دادن پتانسیل و ظرفیت مصالح زیستی مهندسی شده در تمامی زمینه ها هستند؛ از جمله بیوفیلم های (زیست لایه رسانای برق، کاتالیست های زیستی تک سلولی برای واکنش های پلیمریزاسیون و فتوولتائیک های زیستی که در پنل های خورشیدی برای تبدیل نور خورشید به برق به کار برده می شوند. همچنین امروزه ماسک های زیستی تهیه شده که توانایی تشخیص ذرات شیمیایی را داشته و در مقابل آن ها واکنش نشان می دهد. همچنین محققین در کوشش هستند از یک سلول برنامه ریزی شده، فرآورده های حجیم فراوری نمایند.

بیشتر بخوانید: ساخت سکونتگاه در مریخ با چاپ سه بعدی: 5 طرح منتخب ناسا

با وجود اینکه اندازه سلول ها از یک میکرون (یک هزارم میلی متر) هم کوچک تر است اما پیشرفت در زمینه بیوتکنولوژی و چاپ سه بعدی امکان فراوری محصولات مورد احتیاج انسان را با استفاده از مصالح زیستی فراهم نموده است. مثلاً توانایی فراوری مصالح فوم مانند از قارچ میسلیوم یا فراوری آجر با استفاده از سیمان زیستی و کاشی های سرامیکی توسط میکروارگانیسم ها امروزه مقدور شده اند. اگرچه بعد از فرآیند فراوری، محصول نهایی زنده در نظر گرفته نمی گردد اما آزمایشگاه دانشگاه صنعتی دلفت پیروز شده است با استفاده از چاپگرهای سه بعدی باکتری ها را به ساختارهای چند لایه تبدیل نمایند که در واکنش به مواد شیمیایی خاص، نور فراوری می نمایند؛ یعنی عملاً سلول ها زنده بوده و به این مواد واکنش نشان می دهند.

مهندسی مصالح زیستی هنوز در حال طی کردن مراحل اولیه خود است و تحقیقات بیشتری برای گسترش کار و پر کردن فاصله بین فراوری در آزمایشگاه و فراوری انبوه احتیاج است. مسائل زیادی سر راه این محققین وجود دارد از جمله بحث هزینه، آزمایشات، گواهی نامه و تائید نهایی محصولات. همچنین دیدگاه مصرف نمایندگان در خصوص محصولات، اثرات بسزایی روی فروش و محبوبیت محصول دارد. از طرفی نیز شرکت های فراوری نماینده مصالح ساختمانی به ارگانیسم های زیستی به چشم یک تهدید نگاه می نمایند و خود صنعت ساخت و ساز هنوز آماده قبول کردن مصالح زیستی نیست. امید است که تصورات اشتباه افراد و صنعت ساخت وساز در خصوص این شاخه مهندسی با علم و دانش بیشتر در خصوص ماهیت کار برطرف گردد. محققان و دانشمندانی که در این زمینه مشغول به کار هستند باید ایمنی شغلی را رعایت نمایند تا از آلوده شدن به ذرات باکتری در زمان کار پیشگیری گردد.

موسسه بین المللی علوم اخیراً مهندسی مصالح زیستی و استفاده از انواع باکتری در ساختمان سازی را یکی از مهم ترین زمینه های پژوهشی اعلام نموده است. بیولوژی سنتتیک و مصالح زیستی مهندسی شده راهکارهایی برای حل معضلاتی بزرگی هستند که انسان از سال 2020 میلادی به بعد با آن ها روبرو خواهد بود مثل: تغییرات اقلیمی، گرم شدن کره زمین، بروز بیش از حد بلایای طبیعی، زیرساخت های قدیمی مستهلک و اکتشافات فضایی.

اگر بخواهید نگاهی به آینده ای نه چندان دور ساختمان سازی با باکتری و سلول داشته باشید، به نظر شما خانه ها را چطور خواهیم ساخت؟ با توجه به اطلاعاتی که دانشمندان به دست آورده اند، مطمئناً دیگر برای ساخت سیمان آهک را نمی سوزانیم و برای فراوری شیشه و آهن، سنگ ها را ذوب نمی کنیم. با توجه به پیشرفت هایی که در این زمینه صورت خواهد گرفت، مرز بین دنیای زنده و سازه های انسانی بسیار کمرنگ شده و خانه های ما بیش از همواره به طبیعت نزدیک خواهند شد.