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为何微生物能在混凝土中修补裂缝？这个自然技术的秘密是什么？
随着基础设施的老化和裂缝的蔓延，寻找一种有效且环保的修补方法越来越成为公共工程和建筑行业的挑战。而微生物诱导的碳酸钙沉淀（MICP）便成为了一项引人注目的技术，透过自然的生物化学过程修补混凝土中的裂缝。这项技术是如何运作的？其背后又隐藏着什么秘密呢？
微生物诱导的碳酸钙沉淀不仅能够提供持久的修补效果，还具备环保的特性，因而成为解决混凝土裂缝的理想选择。
微生物引导的生物矿化过程，能够在土壤基质中催化碳酸钙的沉淀。这一过程的历史可以追溯到前寒武时期，并且碳酸钙可以以三种多型形式沉淀，分别是方解石、文石和矽钇石。参与这一过程的微生物主要包括光合微生物（如蓝藻和微藻）、硫酸盐还原菌，及某些参与氮循环的微生物。
微生物促进碳酸钙沉淀的机制
在微生物促进碳酸钙沉淀的过程中，已经确定了多种机制。例如，尿素水解、反硝化、硫酸盐生成和铁还原等。这些过程主要分为两种途径：自营合成途径和异营合成途径。
自营合成途径
在自营合成中，所有参与碳酸盐产生的主要细菌类别均能够从气体或溶解的二氧化碳中获取碳。这些途径包括非甲基化甲烷生成、无氧光合作用和氧化光合作用。
异营合成途径
异营合成途径主要涉及主动碳酸盐生成和被动碳酸盐生成两种方式。在主动碳酸盐生成过程中，通过细胞膜的离子交换，产生碳酸盐粒子。而在被动碳酸盐生成过程中，则可能参与氮循环和硫循环。这一过程中，微生物的尿酶催化尿素水解进而产生碳酸根离子，最终促进碳酸钙的沉淀。
微生物的存在不仅能加强混凝土的结构强度，还能延长其使用寿命，这使得MICP成为修补混凝土的绿色解决方案。
MICP在混凝土修补中的应用
MICP已被证实能有效延长混凝土的使用寿命，这主要归功于碳酸钙的沉淀作用。当混凝土表面出现裂缝时，碳酸钙会在表面固化，模仿人体骨折愈合时骨细胞的矿化过程。当前有两种方法正在研究：一是注入碳酸钙沉淀的细菌，二是作为表面处理的方法，将细菌和养分涂布在混凝土表面。
此外，MICP进一步被应用于制造预制材料，如砖和瓷砖等。设计师Ginger Krieg Dosier以MICP技术获得2010年Metropolis Next Generation设计竞赛的奖项，她创立的公司Biomason, Inc.专门使用微生物和化学过程来生产建材，成功降低了二氧化碳排放。
MICP技术不仅在建材生产中展现潜力，还能作为减少重金属和放射性核素污染的解决方案，展现了其环保特性。
MICP的潜力与挑战
MICP技术的应用也不无挑战。例如，微生物的生长和传播在某些土壤中可能受限，而细菌活动也受到捕食、竞争、pH值、温度和营养可用性等因素影响。然而，这些挑战可透过生物刺激的方法加以克服，从而增强当地的脲解细菌。
目前，MICP技术在防止液化、提高土壤强度、减少水分和提高结构稳定性等方面的潜力正在被进一步探索。研究显示，微生物的碳酸钙沉淀过程使受处理土壤的强度显著提高，且与传统化学固化技术相比，MICP更具绿色和低成本的优势。
随着对MICP技术的深入研究与探索，未来这项技术或将在建筑、环境修复等多个领域发挥更大作用，开启生物修补的全新时代。
微生物在混凝土修补中所展现的潜力是否能成为建筑行业未来可持续发展的关键？
