- 科學家開發的「活沙」能減慢水分滲透速度。
- 微生物纖維可用於穩定土壤，並減少風蝕。
- 實驗室研究顯示纖維素能有效連結沙粒。
- 目前技術仍在實驗室階段，未測試實際應用。
能夠旋轉細纖維素纖維的細菌，能將鬆散的沙漠沙子綁合成一種更堅固的材料，該材料的排水速度遠比普通沙子慢，儘管目前這項研究仍停留在實驗室階段。阿聯酋哈里法大學、瑞士的 Empa 及蘇黎世聯邦理工學院的科學家們測試了微生物纖維是否能像植物根系、真菌絲以及微生物分泌物在土壤中一樣，將沙粒黏合在一起並改變水在其中的流動方式。
活沙的製造方法
研究團隊採用了兩種製造「活沙」的方法。第一種方法是直接在沙子中培養微生物，創造所謂的「活沙」，這在排水測試中使透水性降低約六倍。第二種方法則是分別培養薄片狀的細菌纖維素，並將其夾在沙層之間，這使透水性降至未處理沙子的約二十八分之一。研究人員使用了能夠產生纖維素的細菌 Komagataeibacter medellinensis 及兩種真菌 Schizophyllum commune 的菌株，所用的沙子來自阿聯酋阿萊因附近的沙丘，以及標準化的實驗室沙子以進行一些強度測試。
他們在添加微生物和營養溶液之前對沙子進行了消毒。顯微鏡圖像顯示，纖維素附著在沙粒表面並連結相鄰的沙粒。
Empa 的纖維素與木材材料實驗室負責人古斯塔夫·尼斯特龍（Gustav Nyström）稱這一成果為「一種自然複合材料」。細菌產生的樣品更為堅固。在七天內，一根約 6 釐米（2.4 英寸）高的沙柱就能夠穩固地從模具中取出並切成小塊，這些小塊在水中保持完整。雖然真菌樣品也能綁合沙粒，但更為脆弱，有些在從模具中取出或經過乾燥和切割後會破裂。纖維素薄片的作用類似於加強布，能有效分散施加的力量。
在一次施加 10 千克（22 磅）重物的演示中，未處理的沙塊比使用纖維素薄片的沙塊倒塌得更嚴重，而長時間培養的薄片通常能提供更堅固的樣品，這些薄片也顯著降低了水的透過性。
微生物纖維的潛在應用
該團隊認為，微生物纖維可為某些用於穩定土壤的合成材料提供可生物降解的替代品，而更強的沙粒連接也可能有助於減少風蝕。實驗並未測量塵埃排放。尼斯特龍表示，這種方法使研究人員能夠將有機物和水引入沙子中並在某種程度上穩定它。對於纖維在沙粒之間生長的沙子，其持水能力從約 20.2%上升至 25.5%，這一增幅被科學家稱為輕微。三名研究人員已披露申請中的專利。
不過，這項研究仍然處於實驗室階段。微生物在受控條件下獲得水分和營養，其生長需要氧氣。細菌沙柱的生長並不均勻，頂部的強度遠低於底部。實驗並未測試作物生長或確定該材料在沙漠條件下的生存時間。相關研究已發表於《碳水化合物聚合物》期刊。
活沙技術的未來潛力與挑戰
這項研究展示了微生物纖維素在沙漠環境中的應用潛力，尤其是在減少水分滲透和穩定土壤方面。隨著全球氣候變化的影響，沙漠化問題日益嚴重，這項技術提供了一種可持續的解決方案。然而，該技術目前仍處於實驗室階段，缺乏實際應用的數據和長期效果的評估，未來需進一步研究以確保其在自然環境中的有效性和可行性。