Alimlər nəfəs alan və özünü bərpa edən canlı tikinti materialı yaratdı

İkili Bioloji Mexanizm Vasitəsilə Karbon Tutma

Alimlər nəfəs alan və özünü - 2025-ci il Venesiya Memarlıq Biennalesindəki Kanada pavilyonunun xidmətçiləri növbəti doqquz ay ərzində qeyri-adi bir işlə məşğul olacaqlar: birbaşa divarların özlərinə qulluq edəcəklər. “Picoplanktonics” adlanan bu instalyasiya, yaşamaq üçün xüsusi kalibrlənmiş işıq, rütubət və temperatura ehtiyac duyan canlı sianobakteriyaların yerləşdirildiyi 3D çap edilmiş memarlıq strukturlarından ibarətdir. Əgər bu orqanizmlər məhv olarsa, bütün instalyasiya uğursuz olacaq.

Bu məkandan bir neçə kilometr aralıda, tamamilə fərqli zaman miqyasında işləyən bir laboratoriyada isə tədqiqatçılar 400 gündən artıqdır ki, hidrogel içinə yerləşdirilmiş oxşar sianobakteriyaları izləyirlər. “Nature Communications” jurnalında dərc olunan bir araşdırma, bu ikili karbon tutma prosesini təfərrüatlı şəkildə təsvir edir. Tədqiqat göstərir ki, kapsullaşdırılmış orqanizmlər qida maddələrinin dəyişdirilməsindən başqa heç bir aktiv müdaxilə olmadan bütün bu müddət ərzində karbon qazını udmağa davam edib. Orqanizmlər sadəcə sağ qalmır, həm də ətraflarını yavaş-yavaş dəyişdirərək materialın daxilində toplanan və zamanla onu potensial olaraq gücləndirən kalsium karbonat çöküntüsü yaradırdılar.

Fotosintetik Canlı Materialların Performansı

Fotosintetik canlı materiallar üzərində işləyən tədqiqatçıların rəhbərlik etdiyi “Nature Communications” tədqiqatı, sianobakteriya ilə zənginləşdirilmiş hidrogellər daxilində eyni vaxtda işləyən iki fərqli karbon tutma mexanizmini kəmiyyət baxımından dəyərləndirib. Birincisi biokütlənin toplanmasıdır: Synechococcus sp. PCC 7002 ştamının hüceyrələri çoxaldıqca, atmosferdəki CO₂-ni fotosintez vasitəsilə üzvi birləşmələrə çevirirlər. İkinci mexanizm isə mikrobial təsirli karbonat çöküntüsüdür. Bu prosesdə orqanizmlər qələvi bir mühit yaradır ki, bu da həll olmuş kalsium və maqnezium ionlarının həll olmayan karbonatlar şəklində çökməsinə səbəb olur.

Tədqiqatın məlumatlarına görə, canlı materiallar inkubasiyanın ilk 30 günündə hər qram hidrogel üçün 2,2 ± 0,9 milliqram CO₂ tutub. 400 gündən çox davam edən uzunmüddətli müşahidə nəticəsində isə hər qram üçün ümumi tutma həcmi 26 ± 7 milliqrama çatıb. Tədqiqatçılar, həm ekstruziya əsaslı 3D çap prosesinə, həm də sonradan struktur dayanıqlılığı üçün foto-çarpaz bağlanmaya imkan verən, uretan metakrilat qrupları ilə dəyişdirilmiş Pluronic F-127 əsaslı bir hidrogel matrisi hazırlayıblar. Optik ötürücülük ölçmələri göstərib ki, hidrogel görünən işığın 76 ± 3 faizini ötürür, lakin bakteriyalar yerləşdirildikdən sonra bu göstərici təxminən 30 faizə enib. İnkubasiya dövründə nümunələrin kalsiumla rənglənməsi, hidrogelin bütün həcmində çöküntülərin mütəmadi olaraq artdığını göstərib. Sianobakteriyaların olmadığı nəzarət nümunələrində isə belə bir yığılma müşahidə edilməyib. Hesabatda qeyd edilir ki, mineral faza canlı materialları mexaniki olaraq gücləndirir və tutulmuş karbonu tək biokütlədən daha dayanıqlı bir formada saxlayır.

Memarlıq Sərgisi Materialın Sərhədlərini Yoxlayır

Kanada İncəsənət Şurasının təqdim etdiyi pavilyona görə, “ArchDaily” tərəfindən 2025-ci ilin may ayında sənədləşdirilən Venesiya Biennalesindəki “Picoplanktonics” instalyasiyası canlı materiallardan təşkil olunmuş ən böyük memarlıq strukturu hesab edilir. Memarlar, alimlər və təhsil işçilərindən ibarət “Living Room Collective” qrupu tərəfindən dörd il ərzində hazırlanan bu instalyasiya, ETH Sürix Universitetində yaradılmış və canlı materialları memarlıq miqyasında çap etməyə qadir olan bir bioistehsal platformasından istifadə edir.

Sərgi məkanı sianobakteriyaların bioloji tələblərinə cavab vermək üçün xüsusi olaraq dəyişdirilib. Rəsmilər bildiriblər ki, sərgi müddətində baxıcılar məkanda daimi olaraq qalacaqlar ki, bu da uzunmüddətli qayğının vacibliyini vurğulayır. İnstalyasiya 2025-ci il noyabrın 23-dək davam edəcək. Kollektivə rəhbərlik edən kanadalı memar və biodizayner Andrea Şin Linq sərgi materiallarında layihənin canlı sistemlərlə birlikdə tikilmiş mühitlərin potensialını araşdırdığını bildirib. Komanda təbii sistemlərə əsaslanan dizayn üsulları inkişaf etdirərək, istismarçı istehsal modellərindən uzaqlaşmağa çalışır. Bu strukturlar həm nümayiş, həm də təcrübə rolunu oynayır. Orqanizmlər sərgi boyunca həyat qabiliyyətini qorumalı olduğundan, layihə memarlıq miqyasında olan canlı materialların günlər deyil, aylar ərzində saxlanılıb-saxlanıla bilməyəcəyini sınaqdan keçirir.

Ölçülən Performans və Mövcud Çətinliklər

Laboratoriya məlumatları bu materialların nəzarət edilən şəraitdəki ilkin performansını müəyyən etsə də, rəqəmlər eyni zamanda mühəndislik probleminin miqyasını da ortaya qoyur. 30 günlük məlumatlara əsasən, bir metrik ton hidrogel materialı optimal işıq və qida şəraitində ayda təxminən 2,2 kiloqram CO₂ tuta bilər. Atmosferə əhəmiyyətli dərəcədə təsir göstərmək üçün mövcud istehsal imkanlarından qat-qat böyük material həcmləri tələb olunacaq.

“Nature Communications” tədqiqatçıları açıq şəkildə qeyd edirlər ki, belə sistemlər vasitəsilə bioloji karbon tutma üsulu, adətən, yüksək enerji tələb edən şərait və emissiya mənbələrinə yaxınlıq tələb edən sənaye üsullarından daha yavaşdır. Lakin canlı materiallar yanaşmasının üstünlüyü onun passivliyindədir: hazırlandıqdan və quraşdırıldıqdan sonra bu sistemlər heç bir xarici enerji tələb etmir və zəhərli əlavə məhsullar yaratmır. Bu, materialların gücləndirilməsinə yönəlmiş digər bioloji yanaşmalardan fərqlənir. Hesabatda qeyd edilir ki, ureolitik mikrobial təsirli karbonat çöküntüsü qısa inkubasiya müddətlərinə görə cəlbedici olsa da, külli miqdarda ammonyak istehsalı ilə əlaqəli ciddi ekoloji narahatlıqlar yaradır. Həmçinin, bu üsul daimi karbamid təchizatı tələb edir. Fotosintetik MICP isə heç bir əlavə xammala ehtiyac duymur və zəhərli məhsullar əmələ gətirmir.

Materialın Uzunmüddətli Davranışı

Nə laboratoriya tədqiqatı, nə də memarlıq instalyasiyası bu materialların aylar deyil, onilliklər ərzində necə davranacağı ilə bağlı fundamental suallara cavab vermir. “Nature Communications” məlumatları göstərir ki, biokütlənin toplanması təxminən 25 gündən sonra bir sabit səviyyəyə çatır. Bu, böyümə ilə ölüm arasında nəticədə yaranacaq bir tarazlıq vəziyyətini göstərir ki, bu da karbonun udulmasını məhdudlaşdıra bilər. Dövrü məhsul yığımı və ya strukturun yenidən dizayn edilməsinin tutma müddətini uzadıb-uzatmayacağı hələ müəyyən edilməyib. Tədqiqatçılar hidrogellər daxilində toplanan mineral fazanın zamanla canlı materialları mexaniki olaraq gücləndirdiyini müşahidə ediblər. Bu, öz-özünü möhkəmləndirən tikinti materialları üçün potensial vəd etsə də, bu güclənmənin proqnozlaşdırıla bilən mühəndislik parametrlərinə uyğun olub-olmadığı uzunmüddətli sınaqlar nəticəsində müəyyən edilməlidir.

24 saat