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為何微生物能在混凝土中修補裂縫？這個自然技術的秘密是什麼？
隨著基礎設施的老化和裂縫的蔓延，尋找一種有效且環保的修補方法越來越成為公共工程和建築行業的挑戰。而微生物誘導的碳酸鈣沉淀（MICP）便成為了一項引人注目的技術，透過自然的生物化學過程修補混凝土中的裂縫。這項技術是如何運作的？其背後又隱藏著什麼秘密呢？
微生物誘導的碳酸鈣沉淀不僅能夠提供持久的修補效果，還具備環保的特性，因而成為解決混凝土裂縫的理想選擇。
微生物引導的生物礦化過程，能夠在土壤基質中催化碳酸鈣的沉淀。這一過程的歷史可以追溯到前寒武時期，並且碳酸鈣可以以三種多型形式沉淀，分別是方解石、文石和矽釔石。參與這一過程的微生物主要包括光合微生物（如藍藻和微藻）、硫酸鹽還原菌，及某些參與氮循環的微生物。
微生物促進碳酸鈣沉淀的機制
在微生物促進碳酸鈣沉淀的過程中，已經確定了多種機制。例如，尿素水解、反硝化、硫酸鹽生成和鐵還原等。這些過程主要分為兩種途徑：自營合成途徑和異營合成途徑。
自營合成途徑
在自營合成中，所有參與碳酸鹽產生的主要細菌類別均能夠從氣體或溶解的二氧化碳中獲取碳。這些途徑包括非甲基化甲烷生成、無氧光合作用和氧化光合作用。
異營合成途徑
異營合成途徑主要涉及主動碳酸鹽生成和被動碳酸鹽生成兩種方式。在主動碳酸鹽生成過程中，通過細胞膜的離子交換，產生碳酸鹽粒子。而在被動碳酸鹽生成過程中，則可能參與氮循環和硫循環。這一過程中，微生物的尿酶催化尿素水解進而產生碳酸根離子，最終促進碳酸鈣的沉淀。
微生物的存在不僅能加強混凝土的結構強度，還能延長其使用壽命，這使得MICP成為修補混凝土的綠色解決方案。
MICP在混凝土修補中的應用
MICP已被證實能有效延長混凝土的使用壽命，這主要歸功於碳酸鈣的沉淀作用。當混凝土表面出現裂縫時，碳酸鈣會在表面固化，模仿人體骨折癒合時骨細胞的礦化過程。當前有兩種方法正在研究：一是注入碳酸鈣沉淀的細菌，二是作為表面處理的方法，將細菌和養分塗佈在混凝土表面。
此外，MICP進一步被應用於製造預製材料，如磚和瓷磚等。設計師Ginger Krieg Dosier以MICP技術獲得2010年Metropolis Next Generation設計競賽的獎項，她創立的公司Biomason, Inc.專門使用微生物和化學過程來生產建材，成功降低了二氧化碳排放。
MICP技術不僅在建材生產中展現潛力，還能作為減少重金屬和放射性核素污染的解決方案，展現了其環保特性。
MICP的潛力與挑戰
MICP技術的應用也不無挑戰。例如，微生物的生長和傳播在某些土壤中可能受限，而細菌活動也受到捕食、競爭、pH值、溫度和營養可用性等因素影響。然而，這些挑戰可透過生物刺激的方法加以克服，從而增強當地的脲解細菌。
目前，MICP技術在防止液化、提高土壤強度、減少水分和提高結構穩定性等方面的潛力正在被進一步探索。研究顯示，微生物的碳酸鈣沉淀過程使受處理土壤的強度顯著提高，且與傳統化學固化技術相比，MICP更具綠色和低成本的優勢。
隨著對MICP技術的深入研究與探索，未來這項技術或將在建築、環境修復等多個領域發揮更大作用，開啟生物修補的全新時代。
微生物在混凝土修補中所展現的潛力是否能成為建築行業未來可持續發展的關鍵？
