香港科技大學研發新型酵母基建材 以應對火星極端環境建設挑戰

如果人類將來在火星上建立家園，酵母可能成為最重要的包裝清單項目。這是來自香港科技大學的一項新研究的結論，研究人員揭示了一種用於在紅色星球上進行 3D 打印居住空間的新生物配方。這項可打印的生物基建材旨在適用於火星上的建設。

在火星上建造家園的難度有目共睹。那裡的氣氛近乎真空，輻射致命，氣溫驟降至令人絕望的低點。將鋼鐵或混凝土等重型建材運送數百萬英里到深空在經濟上是無法承受的。過去大部分提議建議使用極高的熱量將火星土壤熔化成磚，但這需要大量的能量，而早期的定居者將缺乏這些能量。現在，土木工程師邱基深及其團隊想知道，工程師是否能夠利用火星的惡劣氣候，而不是對抗該星球極低的氣溫。

新材料的靈感與製作

邱基深表示：「我的靈感來自於冷凍乾燥的水果變得更堅硬。」火星的環境像是一個「天然的冷凍乾燥機」。低於零度的氣溫和微不足道的大氣壓力使得冰直接昇華為水蒸氣而不會融化。邱基深使用沙子和生物膠（明膠和工程酵母）創造了一種可打印的材料。團隊用海洋貽貝啟發的黏性蛋白質包裹酵母。明膠將混合物粘合在一起並為增長的細胞提供養分，而沙子則提供結構質量。

在模擬的火星條件下進行打印時，寒冷的真空瞬間冷凍乾燥潮濕的化合物。冰直接轉變為水蒸氣，形成輕質、多孔的泡沫。該團隊目前生產的測試圓頂大約相當於一個酒塞的大小。儘管這些結構體積微小，但其強度達到了低級混凝土的標準。測試顯示，這種生物材料的抗壓強度可達到 10 至 12 兆帕。「因此，這實際上足以在地球上建造一棟一層或兩層的建築，因為地球的重力是火星的三倍，」邱基深表示。

「因此，您可能可以輕鬆地在火星上用這種材料建造多層建築。」

環保系統的潛力

不過，仍需進一步研究。大多數太空建設構想使用熔化當地岩石製作磚塊，這消耗大量能量。這種生物方法克服了高熱處理的需求，並創造出一個環保的系統。當建築不再需要時，定居者可以將其拆解，收穫活酵母細胞，並在生物反應器內重新培養它們。當然，挑戰仍然存在。科學家仍需證明酵母能夠在真實的火星輻射和大氣壓力下存活。早期項目也需要從地球運送數百噸的原材料，才可在當地生產完全啟動。

然而，基本科學是可行的。邱基深表示：「我總是問自己：是否有任何物理法則或基本機制防止我們這樣做？」他指出：「目前我看不出有任何限制。我們對擴大生產充滿信心。如果未來的火星工程材料不會像地球工程中那樣多樣化，那將讓我感到驚訝，而生物學必將作出貢獻。」

看來，生物學可能是生存於外星球的藍圖。雖然酵母是一種單細胞真菌，但其絲狀真菌的親戚（蘑菇）在美國國家航空航天局艾姆斯研究中心的 Mycotecture Off-Planet 項目中扮演著核心角色。科學家們在火星土壤模擬物和有機廢物周圍培養真菌根系（菌絲體）。經過烘焙和密封後，這些生長的結構形成輕質、耐火和輻射防護的建築材料。相關研究結果已於 9 月 10 日發表於《Chem Circularity》期刊。

酵母基建材的未來展望

這項研究展示了生物材料在極端環境下的應用潛力，尤其是在火星建設中。傳統建材的運輸成本高昂，而新型酵母基建材則可利用當地資源，減少能源消耗。這不僅符合可持續發展的理念，還能在未來的太空探索中提供更靈活的建設方案。雖然仍需解決酵母在火星環境中的存活問題，但這一創新為人類在外星建立家園提供了新的可能性。