近日，苏黎世联邦理工学院的研究人员展示了一种由水凝胶和嵌入其中的蓝藻组成的活性材料，该材料旨在帮助减少未来建筑物和基础设施的碳足迹。

在威尼斯双年展和米兰三年展上，有两个展览探索了生物材料在建筑领域的应用。苏黎世联邦理工学院不同学科的研究人员携手合作，将传统材料与细菌、藻类和真菌结合，目标是创造出能通过微生物新陈代谢获得有用特性的活性材料，如具备通过光合作用吸收空气中二氧化碳的能力。

如今，由苏黎世联邦理工学院大分子工程教授马克·蒂比特(Mark Tibbitt)领导的跨学科研究团队已将这一愿景变为现实。他们将光合细菌(蓝藻)稳定整合到可打印凝胶中，开发出一种具有生命力、能生长并主动从空气中去除碳的材料。研究人员最近在《自然通讯》杂志上发表了相关研究成果。

这种材料可通过3D打印成型，仅需阳光、富含营养物质的人工海水以及二氧化碳即可生长。蒂比特表示，作为一种建筑材料，它未来有望将二氧化碳直接储存在建筑物中。该材料的特殊之处在于，其吸收的二氧化碳比通过有机生长吸收的更多。这是因为蓝藻不仅能以生物质形式储存碳，还能以矿物质形式储存碳，细菌通过光合作用改变细胞外化学环境，使固体碳酸盐(如石灰)沉淀下来，这些矿物质构成额外碳汇，能以更稳定形式储存二氧化碳，且矿物质沉积会机械强化材料，使最初柔软的结构慢慢变硬。

该研究的两位主要作者之一崔一帆解释，蓝藻是世界上最古老的生命形式之一，光合作用高效，能利用最微弱光线将二氧化碳和水转化为生物质。实验室测试表明，该材料在400天内持续吸收二氧化碳，大部分以矿物形式存在，每克材料约吸收26毫克二氧化碳，超过许多生物方法，与再生混凝土的化学矿化(每克约吸收7毫克二氧化碳)相当。

承载活细胞的载体材料是水凝胶，蒂比特团队选择的聚合物网络能运输光、二氧化碳、水和营养物质，并让细胞在材料内部均匀分布。为确保蓝藻尽可能长时间存活并保持高效，研究人员利用3D打印工艺优化结构几何形状，增加表面积、光穿透力和营养物质流动。共同第一作者Dalia Dranseike称，这种方式能创造让光线穿透并通过毛细管力将营养液被动分配到整个结构的设计，得益于此，被封装的蓝藻能高效存活一年多。

研究人员认为，这种活性材料是低能耗、环保的吸收大气二氧化碳方法，可补充现有碳封存化学过程。蒂比特展望，未来希望研究如何将其用作建筑外墙涂层，在建筑整个生命周期内吸收二氧化碳。

Dranseike D, Cui Y, Ling AS 等. 利用光合生物材料进行双重碳封存。《自然通讯》16, 3832 (2025)