將活的微生物注入建築材料已經賦予無生命的物體新的力量。例如，自我修復的混凝土使用細菌或真菌來修復自身的裂縫。現在，研究人員開發出一種活的物質，可以從粘稠的沙子混合物轉化為堅固的磚塊，然後幫助建造更多自身的複製品。支持者說，它可以用來製造一種需要較少資源並吸收溫室氣體而不是釋放溫室氣體的建築材料。
“我們使我們選擇的細菌能夠幫助實際材料的製造過程，”科羅拉多大學博爾德分校的材料科學家和建築工程師威爾·斯魯巴爾說。他的團隊使用了一種來自藍藻屬的聚球藻。這些微生物透過光合作用吸收陽光、營養物質和二氧化碳，併產生碳酸鈣——貝殼和水泥中發現的剛性化合物。研究人員在人工海水和其他營養物質的浴液中培養藍藻，加熱到非常溫暖的夏日溫度30攝氏度，然後將這種液體與明膠和沙子混合。倒入模具後，混合物冷卻，明膠開始凝固，形成一個膠狀“支架”，支援更多的細菌生長。聚球藻在這種結構中播種碳酸鈣，將軟泥漿轉化為較硬的礦化物質，從而固定沙子。結果於週三發表在《物質》雜誌上。
目前在馬薩諸塞大學洛厄爾分校擔任客座講師的機械工程師莉娜·岡薩雷斯說：“我認為使用藍藻來製造這種材料的想法，特別是這種材料，真是個好主意。” 她指出，藍藻會吸收二氧化碳。傳統的製造水泥的過程通常恰恰相反：它需要大量的熱量，通常來自燃燒化石燃料，這些化石燃料會將溫室氣體排放到大氣中。一些估計表明，水泥約佔全球碳排放量的 7%。 岡薩雷斯說：“你可以將[更環保的]建築材料視為解決當前環境中大量二氧化碳問題的一種方法。”
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這種環境優勢也激發了其他研究人員的靈感，並且已經有使用沙子和細菌以比傳統制造方法排放更少二氧化碳的工藝製成的市售水泥。但是，“我想說我們的方法從根本上是不同的，因為我們正在使用光合作用細菌和二氧化碳以及陽光來製造這種材料，”斯魯巴爾說。“而且我們的生存能力比傳統水泥基材料中看到的要高几個數量級。” 透過“生存能力”，他指的是他團隊材料中的微生物比目前用於自我修復水泥的微生物存活時間更長：在磚塊固化後經過 30 天后，其中 9% 到 14% 的微生物仍然存活。相比之下，根據《物質》論文，自我修復水泥中的細菌在同一時間段內的生存能力只有百分之幾。
延長的生存能力使斯魯巴爾的磚塊能夠發揮獨特的作用：部分自我複製。將一塊完成的磚塊分開，將其一半放回模具中，再加入一批新的明膠和沙子，原始塊中的細菌就會生長到其中並使其硬化，從而產生一塊全新的磚塊。“我們在這裡表明，最多可以從一個“母”代培育出三代“子”代活的建築材料，”斯魯巴爾說。“因此，我們有效地取出一個母塊；將其分成兩塊，然後長成完整的兩塊；將其分成兩半，然後得到四塊，然後是八塊。從理論上講，這個過程可以永遠持續下去。”
雖然這種製造方法比許多傳統方法更環保，但斯魯巴爾並不認為細菌磚會完全取代更傳統的材料。相反，他認為他的工作可以幫助人們在資源匱乏的地區建造建築物，例如沙漠中的軍事設施或其他星球上的人類定居點。他解釋說：“我們建造基礎設施的動力來自資源非常有限的環境。” 如果“你有陽光（免費的）和二氧化碳——也許還有一些水和少量的營養物質——你就可以有一種方法來生長可用於建造基礎設施的物理材料。”
但實驗過程也有其侷限性。首先，細菌只有在周圍空氣中含有足夠的水分時才能生長：當研究人員測試磚塊中微生物的存活時間時，他們將材料保持在 50% 的相對溼度。岡薩雷斯認為，在環境壓力時形成保護性孢子的細菌種類可能會更具彈性。
其次，這種材料的強度最好更高。研究人員測試了活磚塊，施加壓力以檢視它們可以承受多大的壓力並測量它們的抗裂性。與不含藍藻的類似材料相比，在抗斷裂方面，活磚塊的韌性高出 15%。但是，它沒有達到標準磚塊或水泥的韌性，效能更像低強度水泥或硬化砂漿。斯魯巴爾的團隊計劃嘗試沙子以外的材料，希望使磚塊更堅固。
還有一種有趣的可能是，不同型別的細菌可以讓活磚塊與其周圍環境相互作用。岡薩雷斯和斯魯巴爾都從事活體材料的研究，他們一致認為，這種前景可能會提供廣泛的應用。“主要的一點是，生物體有感知環境的能力，”岡薩雷斯說。“他們可以看到是否有光，或者環境中的 pH 值是否較高等等。此外，您可以對它們進行基因工程改造”，以便它們以特定方式響應它們所感知的事物，從而“做你想讓他們做的任何事情”。
“當你將這種方法和這種材料視為一種平臺技術時，”斯魯巴爾說，“你就可以開始設想多種具有不同功能的細菌，它們可以用於[建築材料]的生產：可以自我修復材料或可以感知並響應空氣中的毒素以改變顏色——並且可能在某些型別的光線下發出熒光的細菌。”