חיידקים ונגיפים וגם שאר היצורונים המקיפים אותנו מכל עבר, משפיעים על חיינו מכל מיני כיוונים. בבלוג אספר על אלה המוזכרים מדי פעם בחדשות וגם לחדשות מדעיות הקשורות בהם. כמו כן אשתף אתכם גם בתמונות ודיווחים על יצורים גדולים יותר, שבהם אצפה בטבע. בלוג זה גם יהווה ארכיון לחומרים שכתבתי בעבר ורלוונטיים לנושא.

19.6.15

בטון ביולוגי (Bioconcrete)

  חיידקי Bacillus ש"נזרעו" מראש, יתקנו סדקים בבטון

בתחילת יוני 2015 העניק משרד פטנטים האירופאי, שמושבו בפריז, פרסים לפטנטים שנחשבים כפורצי דרך. אחד ממקבלי הפרס היה המיקרוביולוג ההולנדי הנק יונקרס (Jonkers), מהאוניברסיטה הטכנולוגית של דלפט, שהמציא "בטון ביולוגי" (Bioconcrete), המתקן "בעצמו" סדקים שנוצרים בו. הפרטים הראשונים על ההמצאה התפרסמו ב-2006, אך היא השתכללה מאז. 

בטון הוא אחד מחומרי הבנייה הנפוצים היום על פני כדור הארץ. זה חומר לא טבעי, שהמציא האדם, כנראה בתקופה הרומית, לפני יותר מ-2000 שנה. הבטון המודרני הוא תערובת של מלט (צמנט), סיד, חול, חצץ ומים, ביחסים שונים, המשמשת בתהליכי בנייה ומקנה את החוזק והעמידות למבנה. עם זאת, לאורך זמן – עשרות שנים ויותר, נוצרים בבטון סדקים שגורמים לו להחלש, ואז המבנה מאבד מחוזקו ולפעמים אף קורס. אם משולבים בבטון אלמנטים של ברזל – הם מחלידים ונחלשים. לכן חשוב לשלב גורמי בידוק ותחזוקה שיבדקו ויתקנו את המבנים.

האם אפשר לשלב בתערובת הבטון חומרים שבבוא הזמן יוכלו לתקן "אוטומטית" את הסדק ויסתמו אותו?  – מנגנון תיקון עצמי כזה יוכל להאריך את אורך החיים של הבטון בעשרות שנים, ימנע את החלשות הברזל, ויחסוך בהוצאות התחזוקה. מי שמצא את הפתרון ה(ביו)טכנולוגי הוא יונקרס. 

בניסויים המקדימים, הוספו  לסדקים מבחוץ חיידקים ממינים שונים, וביניהם חיידקים מהסוג Bacillus, עם תמיסה המכילה, כמקור לפחמן ולאנרגיה, סידן לקטטי (calcium lactate). החיידקים התרבו בתוך הסדקים והפרישו לסביבתם, כתוצר לוואי של ניצול הסידן הלקטטי, גיר  - סידן פחמתי (calcium carbonate), שסתם את הסדק. זהו אמנם תיקון ביולוגי, המיושם שמאותר סדק בבטון, אך זה עדיין לא עונה על ההגדרה של תיקון עצמי. 

יונקרס החליט לנסות ולנצל את העובדה שחלק מהחיידקים שבהם השתמשו לתיקון הסדקים, החיידקים האווירניים מהסוג Bacillus, מייצרים בתנאי עקה נבגים. נבגים הם תאים מיוחדים שמסוגלים לשרוד תקופות ממושכות ללא (או כמעט ללא) מטבוליזם. (עד כמה ממושכות - ראו להרחבה "לשרוד לנצח"). יונקרס הוסיף לתערובת הבטון הראשונית נבגים של חיידקי Bacillus עם חלקיקי חרסית נקבוביים (porous expanded clay particles) הספוגים בחומרי מזון (בעיקר סידן לקטטי, אך גם מקורות לחנקן וזרחן). הנבגים אמורים לנבוט (germinate) - "להתעורר לחיים" - רק כשנוצר סדק בבטון וכשחודרים אליו מים ואוויר, ומומסים חומרי המזון שבחלקיקי החרסית. החיידקים המתעוררים אמורים לנצל את חומרי המזון ולהפריש סידן פחמתי שיסתום את הסדק. כמו כן נבדקת האפשרות לשלב את הנבגים והסידן הלקטטי בקופסיות ביו-פלסטיק קטנטנות. 

משמאל – תמונת מיקרוסקופ של חלקיקי חרסית נקבוביים (הספוגים בסידן לקטטי) שביניהם מפוזרים נבגים של החיידקים לפני הכנסתם לבטון.  מימין: תמונת מיקרוסקופ של אותם חלקיקים כשהם משולבים בבטון.
בניסויים שנערכו במעבדה לאורך זמן, נסתמו בעזרת החיידקים סדקים שרחבם עד 15 ננומטר. בקבוצת הביקורת, שהכילה גושי בטון ללא החיידקים. הסדקים לא תוקנו. 

מתי יוכנסו נבגי החיידקים לבטון התעשייתי? האם קופסיות ביו-פלסטיק קטנות המכילות נבגים של Bacillus וחלקיקי חרסית ספוגים בסידן לקטטי, יתווספו למדפים בחנויות לחומרי בניין? 


לקריאה נוספת

המועמדות לפרס - באתר משרד הפטנטים האירופי

סקירה של יונקרס, מ-2011, על בטון ביולוגי בכתב העת HERON

לשרוד לנצח – "גליליאו" 102, 2007.


רשומה זו עודכנה לכתבה ב"גליליאו" 203, אוגוסט 2015


אין תגובות:

פרסום תגובה