Дэлхий дээр маш олон төрлийн бактери байдаг. Эдгээр нь маш гайхамшигтай организмууд юм. Тэдгээрт маш олон янзын бодисын солилцоо явагдсанаар органик бус давснаас эхлээд металлын оксид  болон биополимер, өндөр идэвхтэй үйлчлэгч бодисуудыг ялгаруулдаг байна.

ХБНГУ-ын Заарбрүкен хотод байрлах Лейбницийн шинэ материалын хүрээлэнгийн эрдэмтэд бактерийн дээрхшинж чанаруудыг ашиглан техник болон анагаах ухаанд ашиглах шинэ төрлийн функци бүхий материалуудыг  гарган авч үйлдвэрлэлд нэвтрүүлэх чиглэлээр ажиллаж байна.

Үүний тулд бактери эсвэл хөрөнгө зэрэг амьд организмыг тодорхой зорилготойгоор программчилан тээгч материалд суулгах юм. Үүний дараа “Амьд материал” дахь идэвхтэй бүрэлдэхүүн хэсгүүдийн хувьд урьдчилан программчилсан үүргээ өөөрсдөө бие даан гүйцэтгэх бөгөөд гадна талаас зөвхөн тэжээл нийлүүлэх ажээ.

Зураг 1. Бактери суулгасан тээгч полимер материал

Амьд организмууд нь материал дотор үлдэх тул тэдгээр нь үүргээ удаан хугацаанд тогтвортой гүйцэтгэх болно.

Лаборторид нийлэгжүүлэн гарган авсан материалтай харьцуулахад “Амьд материал” нь өөрөө өөрийгөө анагаахчадвартай, хүрээлэн буй орчинтойгоо зохицох чадвартай төдийгүй ашиглалтын үедүйл ажиллагаа нь улам сайжрах давуу талтай байна.

Ийм төрлийнматериалыг ашиглах салбар нь өргөн хүрээнд хэлбэлзэх ажээ. Жишээ нь өөрийгөө агааржуулдаг спорт хувцас, өөрөө өөрийгөө засварладаг бетон хана, биологийн хоргүйжүүлэлт хийдэг мембран, хүний арьс хортой бодист хүрэхэд мэдэрдэг биомэдрэгчтэй шивээснүүд, архагшсан, хүнд өвчтэй хүнд хувь хүний онцлогт тохируулан нөхөн сэргээх эмчилгээ хийх боломж бүрдэх зэрэг нь зөвхөн эхлэл юм.

Бактери болон элстэй амьд бетон

Цемент болон бетоны технологид  хэдэн зуун жил өөрчлөлт гараагүй бөгөөд АНУ-ын Колорадогийн эрдэмтэд бетоныг жинхэнэ утгаар нь амилуулсан байна.

Тэдгээр эрдэмтэд өөрсдийн гарган авсан аргыг 2020 оны 1 дүгээр сарын 15-нд анх мэргэжлийн сэтгүүлд нийтлүүлснээр олон нийтэд мэдээлжээ. Бетоныг амилуулахын тулд элс ба бактерийг хослуулан даац болон биологийн функцтэй материал гарган авсан байна.

Зураг 2. Амьд бетон

Зураг 2-тэлс-гидрогель-бүтээц дотор урган талсжиж буй фотосинтезийн ногоон циано бактерийг(урьд нь хөх ногоон замаг нэртэй байсан) харуулсан байна. Энэхүү амьд материал нь цементтэй ижил бат бөхийг үзүүлдэг байна.

Тус багийн гишүүд бактерийг үржих боломжоор хангахын тулд элс болон гидрогелийн тусламжтайгаар каркас үүсгэсэн байна. Гидрогель нь чийг болон тэжээллэг бодисыг сайн хадгалдаг тул бактери нь үржиж, талсжих боломж бүрддэг. Тохиромжтой нөхцөл бүрдсэн тохиолдолд бактериуд нь кальцийн карбонат ялгаруулан элстэй нийлж бетон шиг батбөх материал үүсгэн бэхэждэг байна.

Үүний тулд бактериуд нь агаарт агуулагдаж буй нүүрстөрөгчийн давхар оксидоор хооллодог тул хүлэмжийн хийг бууруулахад барилгын материал чухал хувь нэмэр оруулах боломж бүрдэж байна.

Амьд материал үүсэх процесс нь нөгөө талаас далайн дун үүсэхтэй ижил аж. Ингэж үүссэн материалын бат бөх нь цементийн зуурмагийн бат бөхтэй ижил байна.

Зураг3. Амьд материалыг хэвлэсэн байдал (эрдэмтэн Вил Шрубар, оюутан Сара Уильямс нар) 

Дэлхийн нийтээр барилгад хамгийн их хэрэглэгдэж буй материал бол ус бөгөөд хоёрдугаарт бетон ордог байна. Бетоны түүхий эд болох цементийн үйлдвэрлэл нь дэлхий даяар үйлдвэрлэгдэж буй хүлэмжийн хийн буюу С -ийн ялгаруулалтын 8%-ийг эзэлдэг,  үйлдвэрлэлийн үеийн эрчим хүчний хэрэглээ маш өндөртэй материал юм.

Иймээс цементийн хэрэглээг бууруулах тал дээр маш олон эрдэмтэн, судлаачид өнөө хэр ажиласаар байна.

Колорадогийн эрдэмтдийн гаргасан материал нь дээрх асуудлыг шийдэх нэг хувилбар байж болохюм. Гэвч энэхүү ногоон материалд сул тал бий.

Хамгийн сайн бат бөхийг үзүүлэхийн тулд уг материал нь бүрэн хатсан байх шаардлагатай. Гэтэл бактерийн амьдрах, үржих нөхцөлийг хангахын тулд тодорхой хэмжээний чийгтэй байх шаардлагатай. Бат бөхийн стандарт шаардлагыг хангахын зэрэгцээ бактерийн амьдрах нөхцөлийг нэгэн зэрэг бүрдүүлэхийн тулд хадгалалтын үеийн агаарын чийглэг болон хадгалалтын зохистой горимыг чанд сахих шаардлагатай ажээ.

Агаарын харьцангуй чийглэг болон хадгалалтын температурыг зөв тохируулснаар бактерийн үржих хугацаа болон материалын бэхжилтийг тохируулж чадсан байна. Эдгээр эрдэмтдийн тооцоогоор бетонд суулгасан бактериудын нийт бүлгийн 9-14% нь 30 хоногийн дарааа мьдарч байсан ба ердийн өөрийгөө анагаах чадвартай бетонд бактериудыг үржүүлэхэд 1% нь л амьдрах чадвартай байдаг байна.

Харин фотосинтезийн ногоон цианобактери нь хуурай орчинд амьдрах чадваргүй тул агаарын харьцангуй чийглэг багатай, эрс тэс уур амьсгалтай бүс нутгуудад хэрэглэхэд тохиромжгүй. Иймээс хуурай орчинг тэсвэрлэх чадвартай бактери гарган авах тал дээр эрдэмтэд ажиллаж байна.

Мөн бактери нь экспоненциалиар өсдөг тул 3D аргаар хэвлэх эсвэл цутгах аргаас өөр цоо шинэ үйлдвэрлэлийн технологи бий болж үйлдвэрлэлийн хурд бас экспоненциалиар өсөх аж.

Колорадогийн эрдэмтдийн цаашдын зорилго нь агаарын бохирдлыг мэдэрч хариу үйлдэл үзүүлдэг, хүрээлэн буй орчны нөлөөг бууруулдаг зэрэг олон төрлийн функци бүхий материалуудыг гарган авахыг зорьж буй ажээ.

Г.Саран, ШУТИС-ийн Материал судлалын төвийн захирал, доктор (Ph.D), дэд профессор

Р.Долгоржав, ШУТИС, Хэрэглээний шинжлэх ухааны сургуулийн ХИС-ын багш, МУ-ын мэргэшсэн инженер