مواد زندۀ ساختمانی

مواد زندۀ ساختمانی (به انگلیسی: Living Building Material یا به‌اختصار LBM) نوعی ماده است که در ساخت‌وساز یا طراحی صنعتی به‌کار می‌رود و ویژگی‌هایی مشابه یک موجود زنده از خود نشان می‌دهد. از جمله نمونه‌های این مواد می‌توان به سیمان‌های زیستی خودترمیم‌شونده، جایگزین‌های خودتکثیرشوندهبرای بتن و ترکیبات ساخته‌شده از میسلیوم برای استفاده در ساختمان‌سازی و بسته‌بندی اشاره کرد. همچنین در برخی پروژه‌های هنری، از این مواد برای تولید اجزای ساختمانی و لوازم خانگی نیز استفاده می‌شود.

## تاریخچه
توسعه مواد ساختمانی زنده با پژوهش‌های دربارۀ روش‌های معدنی‌سازی بتن آغاز شد که این پژوهش از فرایند معدنی‌سازی مرجان‌ها الهام گرفته بودند. با استفاده از رسوب‌گذاری کلسیت القا شذه به وسیله میکروارگانیسم‌ها ناشی از میکروبیولوژی(MICP : Microbiologically Induced Calcite Precipitation) در بتن توسط آدولف و همکارانش در سال 1990 میلادی معرفی شد. هدف این روش ایجاد پوششی محافظ بر سطح نماهای ساختمانی بوده است.

در سال ۲۰۰۷ شرکت Ecovative Design ماده‌ای عایق به نام "گرینسولیت" را معرفی کرد که برپایه میلیسیوم ساحته شده بود این نواوری نتیجه ای پژوهش هایی بود که در موسسۀ پلی تکنیک رنسلر انجام گرفته بود.پس از آن ترکیبات میسلیومی کاربردی مانند بسته‌بندی ، جذب صدا و مصالح ساختمانی سازه‌ای مانند آجر توسعه یافتند.

در بریتانیا، طرحی با عنوان «مواد برای زندگی» (به انگلیسی: Materials for Life یا به‌اختصار M4L) در سال ۲۰۱۳ در دانشگاه کاردیف راه‌اندازی شد. هدف اصلی این برنامه، توسعهٔ زیرساخت‌ها و محیط‌های ساخته‌شده‌ای بود که پایداری و دوام بالایی داشته باشند و از موادی تشکیل شده باشند که بتوانند بدون نیاز به دخالت انسان، به‌صورت خودکار وضعیت خود را پایش، تنظیم، سازگار و ترمیم کنند. پروژهٔ M4L زمینه‌ساز اجرای نخستین آزمایش‌های بتن خودترمیم‌گر در بریتانیا بود. در سال ۲۰۱۷، این طرح به شکل یک کنسرسیوم مشترک میان دانشگاه‌های کاردیف، کمبریج، باث و برادفورد گسترش یافت و با نام جدید «مواد مقاوم برای زندگی» (به انگلیسی: Resilient Materials for Life یا به‌اختصار RM4L) به فعالیت خود ادامه داد. این مرحله از پروژه با حمایت مالی «شورای پژوهش‌های مهندسی و علوم فیزیکی بریتانیا» پشتیبانی شد.

تمرکز کنسرسیوم RM4L بر چهار حوزهٔ کلیدی در مهندسی مواد است:

۱. خودترمیمی ترک‌ها در سطوح و مقیاس‌های گوناگون؛

۲. ترمیم آسیب‌های ناشی از بارگذاری‌های زمان‌مند و تکرارشونده؛

۳. شناسایی و ترمیم صدمات شیمیایی؛

۴. تشخیص و پیشگیری از تخریب‌های فیزیکی.

در سال ۲۰۱۶، «آژانس پروژه‌های پژوهشی پیشرفته دفاعی» وابسته به وزارت دفاع ایالات متحده (DARPA)، برنامه‌ای با عنوان «مواد زنده مهندسی‌شده» (Engineered Living Materials یا ELM) را آغاز کردهدف از این طرح، توسعهٔ ابزارها و روش‌های طراحی‌ای بود که بتوانند ویژگی‌های ساختاری را درون سامانه‌های سلولیِ فعال به‌عنوان مواد زنده وارد کنند و از این راه افق‌های تازه‌ای را در حوزهٔ فناوری ساخت‌وساز بگشایند. همچنین این برنامه به دنبال آن بود که کارایی این شیوه‌ها را با تولید موادی زنده که قادر به تکثیر، سازمان‌دهی خودکار و ترمیم خود هستند، به‌صورت تجربی اثبات کند. در سال ۲۰۱۷، در چارچوب این برنامه، قراردادی با شرکت Ecovative Design منعقد شد تا نوعی مادهٔ ساختمانی مرکب و زنده تولید شود که بتوان از طریق مهندسی ژنتیک آن را برای انجام واکنش‌های خاص، مانند ترمیم آسیب‌ها یا تغییر شکل سریع برای کاربردهای تازه، بازبرنامه‌ریزی کرد. در ادامه، در سال ۲۰۲۰، گروهی پژوهشی در دانشگاه کلرادو که با بودجهٔ برنامهٔ ELM فعالیت می‌کرد، پس از موفقیت در ساخت نوعی بتن با قابلیت باززایی نمایی، مقاله‌ای پژوهشی منتشر نمود.

## بتن خود تکثیر شونده
بندانگشتی|انرژی شکست یک مصالح ساختمانی زنده در مقایسه با دو نمونه کنترل: یکی بدون سیانوباکتری و دیگری بدون سیانوباکتری و با pH بالا.
بتن خود تکثیر شونده با ترکیبشن و هیدروژل ساخته می‌شود که این ترکیب به عنوان بستری برای رشد باکتری سینکوکوکوس (Synechococcus) به کار می‌رود تا فرایند شکل‌گیری و گسترش مادۀ زنده در بتن انجام می‎‌گیرد.

### سنتز و ساخت
مخلوط شن و هیدروژل که برای تولید بتن خودتکثیرشونده به کار می‌رود، دارای pH پایین‌تر، قدرت یونی کمتر و دمای عمل‌آوری پایین‌تری نسبت به ترکیب بتن معمولی است؛ این ویژگی‌ها سبب می‌شود این مخلوط به‌عنوان بستری مناسب برای رشد باکتری‌ها عمل کند. با افزایش جمعیت باکتری‌ها، آن‌ها در سراسر بستر پخش شده و از طریق فرایند کانی‌سازی زیستی، آن را با کربنات کلسیم پوشش می‌دهند؛ ماده‌ای که عامل اصلی استحکام و دوام این بتن به شمار می‌آید. پس از پایان فرایند کانی‌سازی، ترکیب شن و هیدروژل به استحکامی کافی می‌رسد که بتوان از آن در ساخت‌وساز، چه به‌صورت بتن و چه به‌صورت ملات، استفاده کرد.

باکتری‌های موجود در بتن خودتکثیرشونده نسبت به تغییرات میزان رطوبت واکنش نشان می‌دهند. این باکتری‌ها در شرایطی با رطوبت صددرصد بیشترین فعالیت زیستی و سریع‌ترین نرخ تکثیر را دارند، با این حال، کاهش رطوبت تا حدود پنجاه درصد تأثیر چشمگیری بر عملکرد سلولی آن‌ها ندارد. در عین حال، کاهش رطوبت باعث می‌شود مادهٔ حاصل استحکام بیشتری نسبت به زمانی که در رطوبت بالا قرار دارد، پیدا کند.

با افزایش جمعیت باکتری‌ها، فرایند کانی‌سازی زیستی آن‌ها نیز شدت می‌یابد و در نتیجه، توان تولید به‌صورت نمایی رشد می‌کند.

### خواص
ویژگی‌های سازه‌ای این ماده شباهت زیادی به ملات‌های مبتنی بر سیمان پرتلند دارد. مدول الاستیسیتهٔ آن برابر با ۲۹۳.۹ مگاپاسکال و مقاومت کششی آن حدود ۳.۶ مگاپاسکال است؛ رقمی که اندکی بالاتر از حداقل مقدار مورد نیاز برای بتن‌های پایهٔ سیمان پرتلند (تقریباً ۳٫۵ مگاپاسکال) است.با این حال، انرژی شکست این ماده برابر با ۱۷۰ نیوتن اندازه‌گیری شده است که به‌مراتب کمتر از بتن‌های معمولی است؛ زیرا در فرمولاسیون‌های استاندارد بتن، این مقدار می‌تواند به چندین کیلونیوتن نیز برسد.

### موارد استفاده
بتن خودتکثیرشونده قابلیت استفاده در کاربردها و شرایط محیطی گوناگونی را دارد؛ با این حال، تأثیر میزان رطوبت بر ویژگی‌های نهایی این ماده (همان‌گونه که پیش‌تر اشاره شد) سبب می‌شود که نحوهٔ استفاده از آن باید متناسب با محیط مورد نظر تنظیم شود.در محیط‌های مرطوب، این بتن می‌تواند برای ترمیم ترک‌ها و شکاف‌ها در سطوحی مانند جاده‌ها، دیوارها و پیاده‌روها به‌کار رود؛ به‌گونه‌ای که درون حفره‌ها نفوذ کرده و هم‌زمان با فرایند گیرش، به توده‌ای جامد تبدیل می‌شود.در مقابل، در محیط‌های خشک‌تر به دلیل افزایش مقاومت فشاری در شرایط کم‌رطوبت، می‌توان از این ماده به‌عنوان مصالح سازه‌ای استفاده کرد

برخلاف بتن معمولی که فرایند تولید آن مقادیر زیادی دی‌اکسید کربن را وارد جو می‌کند، باکتری‌های موجود در بتن خودتکثیرشونده دی‌اکسید کربن را جذب می‌کنند؛ در نتیجه، این ماده دارای ردپای کربنی بسیار پایین‌تری نسبت به بتن سنتی است.

این نوع بتن قرار نیست جایگزین بتن‌های مرسوم شود، بلکه هدف از توسعهٔ آن، ایجاد دسته‌ای نو از مصالح ساختمانی است که ترکیبی از استحکام مکانیکی، مزایای زیست‌محیطی و قابلیت‌های زیستی را در خود جای می‌دهد.

## سیمان زیستی کربنات کلسیم
بندانگشتی|کاربرد سیمان زیستی در لانه‌سازی زنبور عسل. شکل (الف) نمودار مجازی آجر سیمان زیستی و محل نگهداری زنبورها را نشان می‌دهد. شکل (ب) مقطع عرضی طرح و سوراخ‌هایی را که زنبورها می‌توانند در آنها لانه بسازند نشان می‌دهد. شکل (ج) نمونه اولیه بلوک زنبور عسل ساخته شده از سیمان زیستی را نشان می‌دهد.
سیمان زیستی، ماده‌ای دانه‌ای متشکل از شن و ماسه است که از طریق فرایند رسوب کلسیت ناشی از فعالیت میکروبی (Microbially Induced Calcite Precipitation یا MICP) تولید می‌شود. این ماده، سازگار با محیط زیست است و می‌توان آن را از منابع متنوعی تهیه کرد، از جمله ضایعات کشاورزی یا باطله‌های معدنی.

### سنتز و ساخت
میکروارگانیسم‌ها نقش اصلی را در تشکیل بتن زیستی ایفا می‌کنند، زیرا محل‌هایی برای هسته‌زایی کلسیم کربنات (CaCO₃) روی سطح فراهم می‌آورند.برخی از گونه‌ها مانند Sporosarcina pasteurii در این فرایند بسیار مؤثر هستند، زیرا محیط‌های بسیار قلیایی ایجاد می‌کنند که در آن‌ها کربن معدنی محلول (DIC) به مقدار بالایی وجود دارد. این شرایط برای رسوب کلسیت ناشی از فعالیت میکروبی (MICP)، که مکانیسم اصلی تشکیل بتن زیستی است، ضروری می‌باشد.علاوه بر این، سایر میکروارگانیسم‌ها نیز می‌توانند این فرایند را القا کنند، از جمله ریزجلبک‌ها، سیانوباکتری‌ها و باکتری‌های کاهندهٔ سولفات (SRB) مانند Desulfovibrio desulfuricansهستند. .

فرایند هسته‌زایی کربنات کلسیم به چهار عامل اصلی وابسته است:

# غلظت یون کلسیم
# غلظت کربن معدنی محلول (DIC)
# سطح pH محیط
# دسترسی به محل‌های مناسب هسته‌زایی

تا زمانی که غلظت یون‌های کلسیم به اندازه کافی بالا باشد، میکروارگانیسم‌ها می‌توانند با استفاده از فرآیندهایی مانند اورئولیز، محیط مناسبی برای رسوب کلسیم کربنات ایجاد کنند.

همچنین پیشرفت‌های اخیر در بهینه‌سازی روش‌ها برای بهره‌گیری از میکروارگانیسم‌ها به منظور تسهیل رسوب کربنات با سرعت در حال توسعه است.

### خواص
سیمان زیستی به دلیل وجود موادی مانند باکتری‌ها، لاکتات کلسیم، نیتروژن و فسفر که در ترکیب آن گنجانده شده‌اند، توانایی خودترمیمی دارد. این مواد می‌توانند تا حدود ۲۰۰ سال درون سیمان زیستی فعال و زنده باقی بمانند. همانند هر نوع بتن دیگر، سیمان زیستی نیز ممکن است بر اثر فشارها و نیروهای بیرونی دچار ترک‌خوردگی شود؛ اما تفاوت اساسی آن با بتن معمولی در این است که میکروارگانیسم‌های موجود در آن با تماس با آب فعال می‌شوند. آب باران معمولاً منبعی است که این شرایط را فراهم می‌کند. پس از ورود آب به ترک‌ها، باکتری‌ها فعال شده و از لاکتات کلسیم موجود در مخلوط به‌عنوان منبع تغذیه استفاده می‌کنند. این فرایند تغذیه نیازمند مصرف اکسیژن است و همین امر باعث می‌شود لاکتات کلسیمِ محلول در آب، به سنگ‌آهک (لیمسِتون) نامحلول تبدیل شود. سپس این سنگ‌آهک در محل ترک رسوب کرده و سخت می‌شود؛ در نتیجه فضای خالی ترک را پر کرده و آن را ترمیم می‌کند.

اکسیژن یکی از عوامل اصلی ایجاد خوردگی در موادی مانند فلزات به شمار می‌آید. زمانی که سیمان زیستی در سازه‌های بتن مسلح فولادی به‌کار گرفته می‌شود، میکروارگانیسم‌های موجود در آن با مصرف اکسیژن محیط، موجب کاهش فرایندهای خوردگی و در نتیجه افزایش مقاومت سازه در برابر آن می‌شوند.این ویژگی علاوه بر کاهش خوردگی، موجب افزایش مقاومت در برابر نفوذ آب نیز می‌شود، زیرا مصرف اکسیژن توسط باکتری‌ها فرایند ترمیم طبیعی را تحریک کرده و میزان آسیب‌پذیری سازه را کمتر می‌کند.برای جلوگیری از خوردگی، از سنگدانه‌های مناسب بتن در محیط‌های مرطوب استفاده می‌شود؛ سنگدانه‌هایی که این قابلیت را دارند که پس از استفاده نیز بازیافت شوند.روش‌های مختلفی برای تولید این نوع سنگدانه‌ها وجود دارد، از جمله خردکردن یا آسیاب‌کردن سیمان زیستی به‌عنوان مادهٔ اولیه.

نفوذپذیری سیمان زیستی نسبت به سیمان‌های معمولی بیشتر است، و این موضوع به تخلخل بالاتر این ماده بازمی‌گردد. تخلخل افزایش‌یافته می‌تواند موجب گسترش ترک‌های بزرگ‌تر در صورت وارد شدن نیروهای شدید شود. در ترکیب امروزی سیمان زیستی، حدود ۲۰ درصد از حجم ماده را عامل خودترمیم‌کننده تشکیل می‌دهد که این موضوع به‌صورت طبیعی باعث کاهش مقاومت مکانیکی آن می‌شود. مقاومت مکانیکی و در نتیجه مقاومت فشاری بیوسمان تقریباً ۲۵ درصد کمتر از بتن معمولی گزارش شده است.برخی میکروارگانیسم‌ها—از جمله سودوموناس آئروژینوزا—در تولید سیمان زیستی کارایی بالایی دارند، اما به دلیل ناسازگاری و خطرات بهداشتی برای انسان، استفاده از آن‌ها در محیط‌های انسانی توصیه نمی‌شود.
بندانگشتی|تصویر میکروسکوپ الکترونی روبشی، خوشه‌هایی از کریستال‌های کربنات کلسیم را نشان می‌دهد که از طریق رسوب کلسیت القا شده توسط میکروب‌ها (MICP) تشکیل شده‌اند. این توده‌های کریستالی، مورفولوژی‌های چندوجهی سازگار با رشد محدود به انتشار در شرایط فوق اشباع متوسط را نشان می‌دهند. الگوهای رسوب در مقیاس بزرگ مانند این، تحت تأثیر انتقال یونی از طریق محیط متخلخل و هسته‌زایی موضعی در اطراف سلول‌های میکروبی قرار دارند.

مشاهدات میکروسکوپی کلسیت تشکیل‌شده از طریق رسوب کلسیت القاشده میکروبی (MICP) اغلب ریخت‌شناسی‌های (مورفولوژی‌های) مشخصی را نشان می‌دهد. سطوح باکتری‌ها و غلاف‌های پلیمرهای خارج‌سلولی آن‌ها یون‌های Ca²⁺ و CO₃²⁻ را در خود متمرکز کرده و به‌عنوان مکان‌های هسته‌زاییِ باردار عمل می‌کنند.در نتیجه، رسوبات ایجادشده معمولاً به شکل توده‌های متراکم (“raft”) یا خوشه‌های سوزنی‌شکل کلسیت ظاهر می‌شوند، همان‌گونه که در تصویر دیده می‌شود، و نه به صورت بلورهای منفرد و صاف. این نوع بافت‌ها با هسته‌زایی ناهمگن سازگار هستند؛ بدین صورت که بلورها به‌طور اپیتاکسیال بر روی الگوهای سلولی رشد می‌کنند، الگوهایی که موجب افزایش موضعیِ میزان فوق‌اشباع می‌شوند.

با کاهش فوق‌اشباع در اثر رسوب‌گذاری سریع، یون‌های کلسیم از سیال اطراف به ناحیه رسوب‌گذاری نفوذ (دیفوزیون) می‌کنند و بدین ترتیب هسته‌زایی و رشد مداوم بلورها در اطراف میکروارگانیسم را حفظ می‌کنن

مشاهدات میکروسکوپی کلسیت تشکیل‌شده از طریق رسوب کلسیت القاشده میکروبی (MICP) اغلب ریخت‌شناسی‌های (مورفولوژی‌های) مشخصی را نشان می‌دهد. سطوح باکتری‌ها و غلاف‌های پلیمرهای خارج‌سلولی آن‌ها یون‌های Ca²⁺ و CO₃²⁻ را در خود متمرکز کرده و به‌عنوان مکان‌های هسته‌زاییِ باردار عمل می‌کنند.[۱] در نتیجه، رسوبات ایجادشده معمولاً به شکل توده‌های متراکم (“raft”) یا خوشه‌های سوزنی‌شکل کلسیت ظاهر می‌شوند، همان‌گونه که در تصویر دیده می‌شود، و نه به صورت بلورهای منفرد و صاف. این نوع بافت‌ها با هسته‌زایی ناهمگن سازگار هستند؛ بدین صورت که بلورها به‌طور اپیتاکسیال بر روی الگوهای سلولی رشد می‌کنند، الگوهایی که موجب افزایش موضعیِ میزان فوق‌اشباع می‌شوند. با کاهش فوق‌اشباع در اثر رسوب‌گذاری سریع، یون‌های کلسیم از سیال اطراف به ناحیه رسوب‌گذاری نفوذ (دیفوزیون) می‌کنند و بدین ترتیب هسته‌زایی و رشد مداوم بلورها در اطراف میکروارگانیسم را حفظ می‌کنند.

## سینتیک رشد
بندانگشتی|تصویر SEM با بزرگنمایی بالا از رسوب کربنات کلسیم القاشده توسط میکروارگانیسم‌ها. بلورهای کالسیت با شکل میله‌ای (p) در حال رشد بر روی یک ماتریکس خارج‌سلولی (e) دیده می‌شوند که احتمالاً از بیوفیلم باکتریایی یا مواد آلی تشکیل شده است. این واسط، هسته‌زایی ناهمگن روی سطوح زیستی را نشان می‌دهد؛ جایی که اکسوپلیمرهای باکتریایی موجب فوق‌اشباع موضعی و رشد جهت‌دار بلورها می‌شوند.
پس از انجام هسته‌زایی، بلورهای کلسیت با جذب یون‌ها در سطح خود به رشد ادامه می‌دهند. در علم مواد معمولاً دو رژیم محدودکننده‌ی رشد بلور از یکدیگر تفکیک می‌شود: رشد مارپیچی که توسط منابع نابجایی تغذیه می‌شود، و هسته‌زایی لایه‌ای دوبعدی (2D) روی تراس‌های کریستالی.مطالعات سینتیکی نشان می‌دهد که اندازهٔ بلور و نرخ انتقال یون تعیین می‌کنند کدام مکانیسم بر دیگری غلبه دارد. برای نمونه، مشخص شده است که بلورهای کلسیت با اندازه‌ای بیش از حدود یک میکرومتر عمدتاً از طریق گام‌های مارپیچی رشد می‌کنند، در حالی که بلورهای کوچک‌تر بیشتر به هسته‌زایی دوبعدی سطحی متکی‌انداین وابستگی به اندازه از آن‌جا ناشی می‌شود که انتقال یون از لایهٔ مرزی سیال محدود است: در ابعاد بزرگ‌تر، انتشار یون کندتر است و همین امر موجب کاهش فوق‌اشباع مؤثر در سطح بلور می‌شود؛ در نتیجه شرایط به‌گونه‌ای تغییر می‌کند که رشد مارپیچی پایدار بر سایر سازوکارها ترجیح داده می‌شود.

,  انتقال یون‌ها به سوی جبههٔ رشد براساس قوانین فیک توصیف می‌شود. ساده‌ترین بیان آن، قانون اول فیک است که به‌صورت J=-D \frac{dC}{dx}  , نوشته می‌شود و نشان می‌دهد که شار انتشاری J (برحسب mol·m⁻²·s⁻¹) متناسب با گرادیان غلظت یون است و ضریب تناسب نیز ضریب نفوذ (D) می‌باشد. در فرآیند MICP، واکنش‌هایی مانند اوره‌کافت باکتریایی یا فتوسنتز سبب ایجاد نواحی با غلظت‌های بالای Ca2+ و HCO3−​ می‌شوند. با آغاز رسوب‌گذاری کلسیت، نواحی کاهش غلظت موضعی شکل می‌گیرد و یون‌ها از محیط اطراف برای جبران این کمبود به سمت سطح در حال رشد پخش می‌شوند. اگر سرعت رسوب‌گذاری به دلیل فعالیت بالای آنزیمی یا فوق‌اشباع زیاد بسیار بالا باشد، آنگاه انتشار به عامل محدودکنندهٔ سرعت تبدیل می‌شود؛ زیرا مقدار D و شیب غلظت، میزان شار یون را تعیین می‌کنند و رشد کریستال کند می‌شود.در مقابل، در شرایط فوق‌اشباع کمتر یا زمانی که اختلاط کافی در محیط وجود دارد، این‌بار واکنش‌های سطحی شامل سینتیک اتصال یون‌ها به سطح کریستال می‌توانند کنترل‌کنندهٔ اصلی نرخ رشد باشند.

در مقیاس میکروسکوپی، ریخت‌شناسی رشد بلورها بازتابی از همین رفتارهای سینتیکی است. در تصویر SEM ارائه‌شده، بلورهای کلسیت دارای ساختارهای کشیده و سوزنی‌شکل هستند که نشان‌دهندهٔ رشد لایه‌ای مرحله‌به‌مرحله در سطح بلور است. نتایج سینتیک‌های تجربی نشان می‌دهد که هنگامی که اندازهٔ بلور از یک حد بحرانی فراتر می‌رود، تأمین پیوستهٔ یون‌ها از طریق انتشار می‌تواند یک جبههٔ رشد مارپیچی پایدار را حفظ کند. در مقابل، بلورهای کلسیت در ابعاد زیرمیکرونی عمدتاً از طریق هسته‌زایی مکرر لایه‌های جدید بر سطح خود رشد می‌کنند. پژوهش‌ها نشان داده‌اند که رشد کلی کلسیت را می‌توان به‌طور مؤثر به‌عنوان ترکیبی از رشد مارپیچی و هسته‌زایی لایه‌های تازه مدل‌سازی کرد.

### موارد استفاده
در حال حاضر از سیمان زیستی در کاربردهایی مانند پیاده‌روها و سنگفرش‌های ساختمان‌ها استفاده می‌شود. ایده‌هایی نیز در مورد سازه‌های ساختمانی بیولوژیکی وجود دارد. کاربردهای سیمان زیستی هنوز گسترده نیست زیرا در حال حاضر روش عملی برای تولید انبوه سیمان زیستی به این میزان وجود ندارد. همچنین آزمایش‌های قطعی‌تری وجود دارد که باید انجام شود تا با اطمینان از سیمان زیستی در چنین کاربردهای بزرگی که در آن مقاومت مکانیکی قابل به خطر افتادن نیست، استفاده شود. هزینه سیمان زیستی نیز دو برابر بتن معمولی است. با این حال، کاربردهای مختلف در کاربردهای کوچکتر شامل میله‌های اسپری، شیلنگ‌ها، خطوط لوله و لانه زنبور عسل است. سیمان زیستی هنوز در مراحل توسعه خود است، اما پتانسیل آن برای کاربردهای آینده امیدوارکننده است.

## کامپوزیت‌های میسلیوم
بندانگشتی|یکی از نمونه‌های ساختار کامپوزیت مبتنی بر میسلیوم.
کامپوزیت‌های میسلیوم موادی هستند که بر پایه میسلیوم ساخته شده‌اند - توده‌ای از ریسه‌های منشعب و نخ‌مانند که توسط قارچ‌ها تولید می‌شوند. روش‌های مختلفی برای سنتز و ساخت کامپوزیت‌های میسلیوم وجود دارد که به خواص و موارد استفاده مختلف محصول نهایی منجر می‌شود. کامپوزیت‌های میسلیوم اقتصادی و پایدار هستند.

### سنتز و ساخت
کامپوزیت‌های مبتنی بر میسلیوم معمولاً با استفاده از گونه‌های مختلف قارچ، به‌ویژه قارچ‌های کلاه‌دار، تولید می‌شوند. در این فرایند، ریزاندامگان قارچی بر انواع گوناگون مواد آلی وارد می‌شوند تا یک کامپوزیت شکل گیرد. انتخاب گونهٔ قارچی نقش مهمی در دستیابی به محصولی با ویژگی‌های معین دارد. از جمله گونه‌های رایج برای تولید این کامپوزیت‌ها می‌توان به G. lucidum، گونه‌های Ganoderma، P. ostreatus، گونه‌های Pleurotus، T. versicolor و Trametes اشاره کرد.

### خواص
یکی از مزیت‌های مهم کامپوزیت‌های مبتنی بر میسلیوم این است که خواص آن‌ها را می‌توان بسته به فرایند ساخت و گونهٔ قارچی مورد استفاده تغییر داد. ویژگی‌های نهایی کامپوزیت به گونهٔ قارچ و شرایط رشد آن وابسته‌اند.افزون بر این، قارچ‌ها قابلیت تجزیهٔ سلولز موجود در مواد گیاهی را دارند و از این طریق، ساخت کامپوزیت را به شکلی کارآمد تسهیل می‌کنند. بسیاری از خواص مکانیکی کلیدی—از جمله مقاومت فشاری، مورفولوژی، مقاومت کششی، آب‌گریزی و مقاومت خمشی—با توجه به نوع کاربرد قابل تنظیم‌اند.به‌عنوان نمونه، فشاردهی حرارتی (heat pressing) یکی از روش‌های رایج برای افزایش مقاومت کششی است.

خواص فیزیکی کامپوزیت به‌شدت تحت تأثیر بستر آلی آن قرار می‌گیرد. برای مثال، کامپوزیتی که با ۷۵ درصد وزنی پوستهٔ برنج ساخته شده باشد، چگالی حدود ۱۹۳ kg/m³ دارد، در حالی که کامپوزیتی با ۷۵ درصد وزنی دانهٔ گندم چگالی بسیار بالاتر، حدود ۳۵۹ kg/m³ ایجاد می‌کند.یکی دیگر از روش‌های افزایش چگالی، حذف ژن هیدروفوبین در قارچ است که منجر به تغییر ویژگی‌های پیوندی میسلیوم می‌شود.

این کامپوزیت‌ها همچنین دارای توانایی خودجوشی (self-fusion) هستند، یعنی قطعات جداگانهٔ میسلیوم می‌توانند هنگام تماس دوباره به یکدیگر متصل شوند و این امر استحکام ساختار را افزایش می‌دهد.

کامپوزیت‌های مبتنی بر میسلیوم به‌طور معمول فشرده، متخلخل، سبک‌وزن و عایق حرارتی خوب هستند. ویژگی بنیادی آن‌ها این است که کاملاً طبیعی‌اند و بنابراین پایدار، زیست‌سازگار و قابل تجدید محسوب می‌شوند. افزون بر این، چنین کامپوزیت‌هایی عایق، ضدحریق، غیرسمی، مقاوم در برابر آب، دارای رشد سریع و قادر به اتصال به محصولات میسلیومی مجاور هستند.

دو نوع رایج از این مواد شامل فوم‌های مبتنی بر میسلیوم (MBF) و اجزای ساندویچی است.فوم‌های میسلیومی به‌ویژه به دلیل چگالی پایین، کیفیت مناسب و پایداری بالا بسیار کارآمد به شمار می‌آیند.چگالی MBFها را می‌توان با استفاده از بسترهایی که اندازهٔ ذرات آن‌ها کمتر از ۲ میلی‌متر باشد کاهش داد.همچنین این فوم‌ها معمولاً رسانایی حرارتی بالاتری دارند.

### موارد استفاده
یکی از رایج‌ترین کاربردهای کامپوزیت‌های مبتنی بر میسلیوم، استفاده از آن‌ها به‌عنوان جایگزین مواد نفت‌پایه و پلی‌استایرنی است.ین فوم‌های زیستی عمدتاً در طراحی پایدار و تولید محصولات معماری سازگار با محیط‌زیست به کار می‌روند. کاربرد کامپوزیت‌های میسلیومی به ویژگی‌های منحصربه‌فرد آن‌ها—از جمله پایداری زیستی، سبکی، و قابلیت شکل‌پذیری—وابسته است. در حال حاضر، چندین شرکت فعال در حوزهٔ فناوری‌های زیست‌پایدار از این کامپوزیت‌ها برای توسعهٔ مواد سازگار با محیط‌زیست استفاده می‌کنند.

## کاربردهای بیشتر
فراتر از استفاده از مصالح ساختمانی زنده، کاربرد رسوب کربنات کلسیم القاشده توسط میکروارگانیسم‌ها (MICP) این امکان را دارد که به حذف آلاینده‌ها از فاضلاب، خاک و هوا کمک کند. در حال حاضر، فلزات سنگین و رادیونوکلئیدها از چالش‌های اصلی در حذف آلاینده‌ها از منابع آب و خاک به شمار می‌روند. رادیونوکلئیدها در آب‌های زیرزمینی به روش‌های سنتی پمپاژ و تصفیه پاسخ نمی‌دهند و در مورد خاک‌های آلوده به فلزات سنگین، گرچه روش‌هایی مانند گیاه‌پالایی و شست‌وشوی شیمیایی کارآمد هستند، اما هزینه‌بر بوده، دوام طولانی ندارند و می‌توانند باروری خاک را برای استفاده‌های آینده کاهش دهند.

با استفاده از باکتری‌های اورئولیتیک که قادر به رسوب‌دهی کربنات کلسیم هستند، آلاینده‌ها می‌توانند در ساختار CaCO₃ تثبیت شوند و به این ترتیب از آب یا خاک حذف گردند. این فرآیند از طریق جایگزینی یون‌های کلسیم با آلاینده‌ها انجام می‌شود؛ آلاینده‌ها سپس به‌صورت ذرات جامد در می‌آیند و قابل جداسازی می‌شوند. گزارش شده است که با استفاده از این نوع باکتری‌ها، تا ۹۵٪ از این ذرات جامد قابل حذف هستند.

با این حال، در شرایطی که رسوب کلسیم در خطوط لوله رخ می‌دهد، MICP به دلیل ماهیت کلسیمی خود قابل استفاده نیست. در چنین مواردی می‌توان به‌جای کلسیم، از غلظت‌های کم اوره استفاده کرد که امکان حذف تا ۹۰٪ یون‌های کلسیم را فراهم می‌کند.

یکی دیگر از کاربردهای دیگر شامل یک فونداسیون خودساخته است که در پاسخ به فشار از طریق استفاده از باکتری‌های مهندسی شکل می‌گیرد. باکتری‌های مهندسی‌شده می‌توانند برای تشخیص افزایش فشار در خاک و سپس چسباندن ذرات خاک در جای خود و در نتیجه سفت کردن مؤثر خاک استفاده شوند. در خاک، فشار منفذی از دو عامل تشکیل شده است: میزان تنش اعمال شده و سرعت تخلیه آب در خاک. از طریق تجزیه و تحلیل رفتار بیولوژیکی باکتری‌ها در پاسخ به بار و رفتار مکانیکی خاک، می‌توان یک مدل محاسباتی ایجاد کرد.  با این مدل، می‌توان ژن‌های خاصی را در باکتری‌ها شناسایی و اصلاح کرد تا به روشی خاص به فشار خاصی پاسخ دهند. با این حال، باکتری‌های مورد تجزیه و تحلیل در این مطالعه در یک آزمایشگاه بسیار کنترل‌شده رشد داده شدند، بنابراین محیط‌های واقعی خاک ممکن است به اندازه ایده‌آل نباشند.  ین یک محدودیت مدل و مطالعه‌ای است که از آن سرچشمه گرفته است، اما همچنان یک کاربرد احتمالی برای مصالح ساختمانی زنده باقی می‌ماند.

## جستارهای وابسته
زیست‌تقلید 

بتن‌خودترمیم شونده

بیومینرالیزاسیون

میسلیوم

مدول الاستیسیته

## منابع

رده:مقاله‌های ایجادشده توسط ایجادگر