Vi khuẩn hàn kín bê tông

Một nhóm sinh viên Đại học Newcastle, Anh, vừa phát triển thành công một loại vi khuẩn có khả năng hàn kín những vết nứt xuất hiện trong các kết cấu xây dựng bằng bê tông. Phát hiện này hướng tới cách xử lý các khe nứt nhỏ bằng chính hoạt động sinh học của vi khuẩn, thay vì chỉ dựa vào những vật liệu sửa chữa thông thường. Loại vi khuẩn đặc biệt ấy mang tên BacillaFill, được biến đổi về mặt di truyền để thực hiện nhiệm vụ lấp đầy khoảng trống bên trong bê tông. BacillaFill không hoạt động ngay dưới dạng vi khuẩn thông thường, mà bắt đầu quá trình bằng những bào tử có khả năng tồn tại trước khi gặp điều kiện thích hợp. Khi các bào tử nảy mầm, những vi khuẩn mới hình thành sẽ kết thành nhóm, tạo nên một tập thể có khả năng di chuyển bên trong các khe nứt nhỏ. Nhờ cách tổ chức này, chúng không phân tán ngẫu nhiên mà hướng đến khu vực cần được hàn kín trong cấu trúc bê tông. Các tế bào vi khuẩn tự di chuyển dọc theo vết nứt, tiến sâu vào bên trong cho đến khi chạm đáy của khoảng hở. Vị trí này rất quan trọng, bởi vật liệu do chúng tạo ra cần lấp đầy khe nứt từ phía sâu nhất thay vì chỉ phủ kín bề mặt bên ngoài. Khi đến đáy, BacillaFill bắt đầu sản xuất một hỗn hợp kết dính gồm nhiều thành phần phối hợp với nhau. Thành phần đầu tiên trong hỗn hợp là các tinh thể canxi carbonat, vật liệu giúp lấp vào những khoảng trống và làm cho vùng nứt dần trở nên đặc chắc hơn. Thành phần thứ hai gồm các tế bào vi khuẩn dạng sợi, đóng vai trò tương tự những sợi gia cường bên trong vật liệu xây dựng. Sự kết hợp giữa tinh thể khoáng và cấu trúc dạng sợi giúp hỗn hợp có thêm khả năng liên kết, thay vì chỉ tạo một lớp phủ mỏng trên bề mặt. BacillaFill còn tạo ra một loại keo có tên Levans, góp phần kết dính các thành phần trong hỗn hợp với nhau. Các tinh thể canxi carbonat, tế bào vi khuẩn dạng sợi và Levans cùng lấp đầy phần không gian bị rỗng bên trong vết nứt. Khi khoảng trống được lấp kín, hai phần bê tông bị tách ra bởi khe nứt có thể khít lại thành một khối liên tục hơn. Theo mô tả của nhóm phát triển, những kết cấu được xử lý bằng cơ chế này có độ cứng và độ bền chắc tương tự các khối bê tông bình thường. Điểm đáng chú ý nằm ở việc vi khuẩn không chỉ tạo ra chất kết dính, mà còn tự tìm đến nơi cần sửa chữa trước khi thực hiện quá trình lấp đầy. Cách hoạt động ấy biến các sinh vật cực nhỏ thành lực lượng sửa chữa có khả năng tiếp cận những vị trí hẹp trong vật liệu xây dựng. Tuy nhiên, BacillaFill không được thiết kế để tồn tại lâu dài ngoài môi trường sau khi hoàn thành nhiệm vụ. Loại vi khuẩn biến đổi gene này mang một gene tự hủy bẩm sinh, khiến chúng không thể tiếp tục sống sót và phát triển tự do bên ngoài. Đặc điểm đó cũng nhằm bảo đảm vi khuẩn không gây hại cho con người trong quá trình ứng dụng ý tưởng hàn kín bê tông. Công trình của nhóm sinh viên Đại học Newcastle cho thấy vi khuẩn có thể được biến đổi để đảm nhận một nhiệm vụ sửa chữa vật liệu rất cụ thể. BacillaFill sử dụng quá trình nảy mầm, tập hợp, di chuyển, tạo tinh thể, hình thành sợi và tiết Levans để lấp kín các vết nứt nhỏ. Nhờ cơ chế này, bê tông có thêm một hướng tiếp cận sinh học, trong đó khả năng tự tìm đến khe nứt kết hợp với hỗn hợp kết dính tạo nên hiệu quả hàn kín đáng chú ý.