콘크리트는 건물부터 도로까지 일상생활 어디에나 있지만 시간이 지나면서 스트레스가 가중되면 균열이 생길 수 있습니다. 이러한 균열은 아무리 작은 균열이라도 물과 공기가 유입되어 결국 녹이 발생하고 그 안에 숨겨진 강철 보강재가 약화될 수 있습니다. 이러한 균열을 수리하는 것은 특히 교량과 고속도로에서 위험하고 비용이 많이 듭니다.
수년 동안 과학자들은 박테리아를 사용하여 이러한 균열을 자동으로 복구하려고 노력해 왔습니다. 그러나 대부분의 방법에는 박테리아의 정상적인 기능을 유지하기 위해 외부 영양분이 필요합니다.
이것이 바로 미생물에 의해 구동되는 자가 치유 콘크리트 시스템을 탐구하는 Conrui Grace Jin 박사의 새로운 연구 이면에 있는 아이디어입니다.
Jin은 "미생물 매개 자가 치유 콘크리트는 30년 이상 광범위하게 연구되어 왔지만 여전히 중요한 한계를 안고 있습니다. 현재의 모든 자가 치유 방법은 보수 물질을 지속적으로 생산하기 위해 보수제를 유지하기 위해 외부 영양소가 필요하기 때문에 완전히 자율적이지 않습니다."라고 말했습니다.
그녀의 솔루션은 이끼류를 재창조하여 자연에서 영감을 얻었습니다. 지의류는 공기, 햇빛, 물에서만 생존하는 곰팡이와 시아노박테리아로 구성된 단순한 유기체입니다. 김 팀은 질소 고정 시아노박테리아(공기 중 이산화탄소와 질소를 흡수함)와 사상균(칼슘 이온을 수집하고 탄산칼슘(CaCO₃)(콘크리트의 균열을 채울 수 있는 광물)을 생성하는 데 도움이 됨)을 사용하는 합성 버전을 설계했습니다.
그들은 세 가지 미생물 조합, 즉 Trichoderma reesei와 Anabaena inaequalis, Trichoderma reesei와 Nostoc punctiforme, 세 가지 조합을 테스트했습니다. 세 가지 조합 모두 공기와 빛만 있는(어떤 영양분도 추가하지 않은) 실험실 환경에서 잘 자랐습니다. 미생물이 어떻게 작동하는지 이해하기 위해 팀은 농도계(광 흡수 확인), 바이오매스 건조 중량, 레자주린(대사 활동을 감지하는 지표), 선택적 배지 곰팡이 접종 및 피코시아닌 테스트(조류의 건강 상태 확인)의 다섯 가지 방법을 사용했습니다.
결과는 한 쌍의 미생물이 개별적으로 성장하는 것보다 더 건강하고 효율적이라는 것을 보여주었습니다. 심지어 콘크리트 샘플에서 탄산칼슘(CaCO₃)을 형성할 수도 있는데, 이는 실제 응용 분야에서의 잠재력을 잘 보여줍니다. 이 접근 방식에서 눈에 띄는 점은 사람의 도움 없이 균열을 수리할 수 있어 향후 비용이 많이 드는 수동 검사 및 유지 관리의 필요성을 줄일 수 있다는 것입니다.
Jin 박사는 또한 텍사스 A&M 대학의 사회 과학자들과 협력하여 건설 현장에서 "살아있는" 유기체의 사용에 대한 대중의 감정을 이해하고 관련된 윤리적, 법적 문제를 탐구하고 있습니다. 미국 국방고등연구계획국(DARPA)의 젊은 교수상 프로그램(Young Faculty Award Program)의 지원을 받은 이 연구는 생물학과 공학을 결합하여 수백만 명의 사람들에게 영향을 미치는 실제 문제를 해결합니다.