将活的微生物注入建筑材料已经赋予无生命的物体新的力量。例如，自我修复的混凝土使用细菌或真菌来修复自身的裂缝。现在，研究人员开发出一种活的物质，可以从粘稠的沙子混合物转化为坚固的砖块，然后帮助建造更多自身的复制品。支持者说，它可以用来制造一种需要较少资源并吸收温室气体而不是释放温室气体的建筑材料。
“我们使我们选择的细菌能够帮助实际材料的制造过程，”科罗拉多大学博尔德分校的材料科学家和建筑工程师威尔·斯鲁巴尔说。他的团队使用了一种来自蓝藻属的聚球藻。这些微生物通过光合作用吸收阳光、营养物质和二氧化碳，并产生碳酸钙——贝壳和水泥中发现的刚性化合物。研究人员在人工海水和其他营养物质的浴液中培养蓝藻，加热到非常温暖的夏日温度30摄氏度，然后将这种液体与明胶和沙子混合。倒入模具后，混合物冷却，明胶开始凝固，形成一个胶状“支架”，支持更多的细菌生长。聚球藻在这种结构中播种碳酸钙，将软泥浆转化为较硬的矿化物质，从而固定沙子。结果于周三发表在《物质》杂志上。
目前在马萨诸塞大学洛厄尔分校担任客座讲师的机械工程师莉娜·冈萨雷斯说：“我认为使用蓝藻来制造这种材料的想法，特别是这种材料，真是个好主意。” 她指出，蓝藻会吸收二氧化碳。传统的制造水泥的过程通常恰恰相反：它需要大量的热量，通常来自燃烧化石燃料，这些化石燃料会将温室气体排放到大气中。一些估计表明，水泥约占全球碳排放量的 7%。 冈萨雷斯说：“你可以将[更环保的]建筑材料视为解决当前环境中大量二氧化碳问题的一种方法。”
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这种环境优势也激发了其他研究人员的灵感，并且已经有使用沙子和细菌以比传统制造方法排放更少二氧化碳的工艺制成的市售水泥。但是，“我想说我们的方法从根本上是不同的，因为我们正在使用光合作用细菌和二氧化碳以及阳光来制造这种材料，”斯鲁巴尔说。“而且我们的生存能力比传统水泥基材料中看到的要高几个数量级。” 通过“生存能力”，他指的是他团队材料中的微生物比目前用于自我修复水泥的微生物存活时间更长：在砖块固化后经过 30 天后，其中 9% 到 14% 的微生物仍然存活。相比之下，根据《物质》论文，自我修复水泥中的细菌在同一时间段内的生存能力只有百分之几。
延长的生存能力使斯鲁巴尔的砖块能够发挥独特的作用：部分自我复制。将一块完成的砖块分开，将其一半放回模具中，再加入一批新的明胶和沙子，原始块中的细菌就会生长到其中并使其硬化，从而产生一块全新的砖块。“我们在这里表明，最多可以从一个“母”代培育出三代“子”代活的建筑材料，”斯鲁巴尔说。“因此，我们有效地取出一个母块；将其分成两块，然后长成完整的两块；将其分成两半，然后得到四块，然后是八块。从理论上讲，这个过程可以永远持续下去。”
虽然这种制造方法比许多传统方法更环保，但斯鲁巴尔并不认为细菌砖会完全取代更传统的材料。相反，他认为他的工作可以帮助人们在资源匮乏的地区建造建筑物，例如沙漠中的军事设施或其他星球上的人类定居点。他解释说：“我们建造基础设施的动力来自资源非常有限的环境。” 如果“你有阳光（免费的）和二氧化碳——也许还有一些水和少量的营养物质——你就可以有一种方法来生长可用于建造基础设施的物理材料。”
但实验过程也有其局限性。首先，细菌只有在周围空气中含有足够的水分时才能生长：当研究人员测试砖块中微生物的存活时间时，他们将材料保持在 50% 的相对湿度。冈萨雷斯认为，在环境压力时形成保护性孢子的细菌种类可能会更具弹性。
其次，这种材料的强度最好更高。研究人员测试了活砖块，施加压力以查看它们可以承受多大的压力并测量它们的抗裂性。与不含蓝藻的类似材料相比，在抗断裂方面，活砖块的韧性高出 15%。但是，它没有达到标准砖块或水泥的韧性，性能更像低强度水泥或硬化砂浆。斯鲁巴尔的团队计划尝试沙子以外的材料，希望使砖块更坚固。
还有一种有趣的可能是，不同类型的细菌可以让活砖块与其周围环境相互作用。冈萨雷斯和斯鲁巴尔都从事活体材料的研究，他们一致认为，这种前景可能会提供广泛的应用。“主要的一点是，生物体有感知环境的能力，”冈萨雷斯说。“他们可以看到是否有光，或者环境中的 pH 值是否较高等等。此外，您可以对它们进行基因工程改造”，以便它们以特定方式响应它们所感知的事物，从而“做你想让他们做的任何事情”。
“当你将这种方法和这种材料视为一种平台技术时，”斯鲁巴尔说，“你就可以开始设想多种具有不同功能的细菌，它们可以用于[建筑材料]的生产：可以自我修复材料或可以感知并响应空气中的毒素以改变颜色——并且可能在某些类型的光线下发出荧光的细菌。”