Bê tông rất dễ chế tạo, chắc chắn và có thể bền trong thời gian dài. Tuy nhiên chất liệu này thường xuyên phải chịu tác động khắc nghiệt của môi trường, dẫn đến sự xuất hiện của các vết nứt và nguy cơ bị ăn mòn. Vì vậy, kết cấu bê tông đòi hỏi phải bảo trì liên tục, gây tốn kém, bất tiện cũng như làm tăng lượng khí thải carbon.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Drexel (Mỹ) đã phát triển thành công loại bê tông có khả năng tự phục hồi tiên tiến có tên "BioFiber" thông qua khả năng hàn gắn vết nứt của một số vi khuẩn được hình thành do thời tiết.
Những sợi polymer này không chỉ hoạt động như chất gia cố vật lý mà còn có tuổi thọ kép quan trọng như một cơ chế tự phục hồi. Các sợi được phủ một lớp hydrogel chứa nội bào tử dạng vi khuẩn ‘ngủ say’ trong những điều kiện khắc nghiệt, nhưng lại có thể hồi sinh khi môi trường trở nên thuận lợi. Lớp hydrogel sau đó được phủ một lớp vỏ polymer mỏng.
Trong quá trình sản xuất bê tông BioFiber, một loại sợi polymer đặc biệt được sử dụng. Những sợi polymer này có chức năng kép: chúng vừa cường hóa bê tông, vừa tạo ra cơ chế tự phục hồi.
Các sợi polymer này bao phủ quanh một lớp hydrogel, bên trong có chứa các vi khuẩn bất hoạt – nội bào tử, có khả năng ‘ngủ say’ trong những điều kiện khắc nghiệt, nhưng lại có thể hồi sinh khi môi trường trở nên thuận lợi.
Bê tông sợi sinh học có thể được sử dụng giống như bê tông thông thường. Tuy nhiên, tính đặc thù của nó chỉ trở nên rõ ràng khi các vết nứt xuất hiện.
Khi nước thẩm thấu thông qua vết nứt, lớp hydrogel bị hòa tan và các vi khuẩn đang ngủ yên sẽ được đánh thức. Vi khuẩn bắt đầu ăn cacbon và canxi từ bê tông xung quanh, tạo thành canxi cacbonat – một chất kết dính, có tác dụng lấp đầy các vết nứt.
BioFiber có thể tự vá các vết nứt chỉ trong 1-2 ngày sau khi chúng xuất hiện. Theo các nhà nghiên cứu, bê tông BioFiber sẽ đơn giản hóa các yêu cầu bảo trì tòa nhà và cũng giảm lượng khí thải CO2 từ quá trình sản xuất bê tông.
Amir Farnam, nhà nghiên cứu chính của nhóm cho biết: “Đây là sự phát triển thú vị cho những nỗ lực không ngừng nhằm cải thiện vật liệu xây dựng bằng cách sử dụng nguồn cảm hứng từ thiên nhiên. Hàng ngày, chúng ta thấy rằng các cấu trúc bê tông cũ kỹ đang gặp phải những hư hỏng làm giảm tuổi thọ sử dụng và đòi hỏi phải sửa chữa tốn kém. Hãy tưởng tượng, họ có thể tự chữa lành vết thương? Trong da của chúng ta, mô thực hiện điều đó một cách tự nhiên thông qua cấu trúc sợi nhiều lớp được truyền chất lỏng tự phục hồi – máu. Những sợi sinh học này bắt chước khái niệm và sử dụng vi khuẩn tạo đá để tạo ra bê tông sống có khả năng tự phục hồi khi bị hư hại”.
Những phát minh này sẽ mở đường cho các các ngành công nghiệp đang cố gắng cân bằng độ bền chất liệu xây dựng với trách nhiệm sinh thái.