El investigador del estado de Montana aprovecha los microorganismos para crear materiales de construcción

BOZEMAN - Para hacer un material de construcción que esté vivo, el investigador de la Universidad Estatal de Montana, Chelsea Heveran, tiene una receta: obtenga un poco de gelatina de la tienda de comestibles, prepare un caldo con una bacteria llamada Synechococcus que fotosintetice como plantas, agregue un poco de calcio, luego mezcle con lije y enfríe hasta que se endurezca en un sólido similar al concreto que pueda usarse para replicarse.

Al igual que muchas recetas, esta tiene una química compleja y es el resultado difícilmente ganado de la experimentación, según Heveran, autor principal de un nuevo artículo publicado en la revista Matter que resume la investigación. El artículo apareció en línea el 15 de enero y apareció el mismo día en una historia en el New York Times.

Heveran, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Mecánica e Industrial en el Colegio de Ingeniería Norm Asbjornson de MSU, dijo que el estudio marca la primera vez que los microbios se han utilizado como catalizador principal de un material de construcción de una manera que los preserva para su uso posterior. El equipo demostró que las cianobacterias Synechococcus permanecieron vivas en los ladrillos arenosos durante un mes o más en condiciones favorables de humedad y temperatura.

"Puede romper una pieza y usarla para hacer nuevos ladrillos", dijo Heveran, quien realizó el estudio con un equipo de colegas de la Universidad de Colorado Boulder, donde fue investigadora postdoctoral antes de continuar contribuyendo al proyecto como MSU Miembro de facultad.

Esa es una mejora fundamental sobre el concreto normal, donde cada lote requiere cantidades significativas de un aglutinante químico - cemento - que debe ser extraído, procesado y transportado al sitio de mezcla, explicó Heveran. Por el contrario, imagina un escenario en el que un solo ladrillo vivo podría llevarse a una ubicación remota; aditivos simples y algunos equipos básicos son todo lo que se necesitaría para transformar la tierra nativa en infraestructura.

La receta funciona porque el Synechococcus fotosintetizante causa que el carbonato de calcio, el mineral principal en la piedra caliza, se forme en la solución y solidifique la mezcla de arena. Los investigadores descubrieron que podían controlar de manera confiable el comportamiento de las cianobacterias ajustando la temperatura y la humedad. La alta humedad y las temperaturas frías permiten que los microbios permanezcan vivos durante períodos de tiempo prolongados, mientras que las temperaturas más altas hacen que los ladrillos se vuelvan a disolver y promueven el crecimiento microbiano y la mineralización. De esta manera, un ladrillo podría dividirse para generar múltiples ladrillos vivos nuevos. La fuerza máxima se logró secando el material, que mató a los microbios.

Según Heveran, el material es sorprendentemente resistente, casi tan fuerte como el mortero de cemento pero más débil que el concreto. "No estamos listos para construir un rascacielos con estas cosas", dijo. Sin embargo, en comparación con el concreto normal, los ladrillos bacterianos son relativamente fáciles de reciclar disolviéndolos y agregando nuevos Synechococcus para volver a solidificar la mezcla.

Heveran realizó la investigación en el Laboratorio de Materiales Vivos dirigido por Wil Srubar, profesor asistente en el Departamento de Ingeniería Civil, Ambiental y Arquitectónica de CU Boulder, así como en MSU, donde se unió a la facultad en agosto de 2018. Dijo que MSU es conocida por su investigación en biomineralización: el proceso por el cual los organismos vivos producen minerales que pueden modificar su entorno. Un equipo de investigadores de MSU que incluye al profesor asistente de ingeniería civil Adrienne Phillips ha utilizado otras bacterias biomineralizantes para sellar fugas en pozos de petróleo y gas. Junto con Phillips y Cecily Ryan, profesora asistente de ingeniería mecánica e industrial, Heveran ahora está investigando formas de hacer un relleno de concreto efectivo a partir de plástico desechado que ha sido triturado y biomineralizado para mejorar su capacidad de unión química.

"Estamos muy emocionados de tener a Chelsea aquí", dijo Dan Miller, jefe del departamento de ingeniería industrial y mecánica. "Su experiencia es una gran contribución a la investigación de MSU en la ciencia de los materiales y al cruce con la biología, que está creando un campo de vanguardia y creciente en ingeniería en este momento".

Heveran dijo que se inspira en el hueso, un material vivo que estudió mientras obtenía su doctorado en CU Boulder. "El hueso es increíble porque está hecho por células: se repara por sí mismo y mantiene una alta resistencia y resistencia durante décadas", dijo. El nuevo estudio publicado en Matter sugiere el potencial de propiedades adicionales diseñadas en materiales de construcción utilizando otros microorganismos.

"Estamos contentos con lo que diseñamos, tiene algunas propiedades interesantes", dijo Heveran. "Pero estamos pensando en esto más como una plataforma para decir: 'Realmente podríamos comenzar a diseñar materiales de construcción vivos. Podríamos hacer mucho más'".

Vía: https://www.eurekalert.org/