中國香港科技大學(xué)研究團(tuán)隊在《Chem Circulariy》期刊發(fā)表成果，成功研發(fā)出一種適用于火星環(huán)境的3D打印生物建材。該材料由沙土、明膠與基因改造酵母混合而成，可在模擬火星極寒與極低氣壓條件下通過3D打印成型并自然固化。

材料固化的核心機(jī)制借鑒了凍干技術(shù)。濕潤的打印材料接觸低溫環(huán)境后迅速結(jié)冰，在極低氣壓下冰直接升華為水蒸氣而不經(jīng)過液態(tài)階段。升華過程留下多孔骨架將沙粒粘結(jié)在一起。在更極端的模擬條件下，較大尺寸樣品需靜置48小時完成硬化。

團(tuán)隊采用表面修飾有貽貝仿生蛋白（如AGA2蛋白）的釀酒酵母作為生物粘合劑成分。實驗顯示，當(dāng)生物成分占固體粘合劑比例約四分之一時性能。該配方平均抗壓強(qiáng)度達(dá)12兆帕，抗彎強(qiáng)度達(dá)6兆帕，彎曲性能優(yōu)于同類輕質(zhì)波特蘭水泥混凝土。相比不含生物成分的對照版本，Zui優(yōu)配方的抗壓強(qiáng)度提升約170%。明膠仍為必需組分，目前依賴地球供應(yīng)的豬皮提取明膠及外部營養(yǎng)源。

在能耗方面，該工藝的材料處理階段預(yù)計每立方米僅需0.02至0.12吉焦耳能量，理論上比傳統(tǒng)需要加熱至1000攝氏度以上的火星土壤燒結(jié)法節(jié)省數(shù)十倍能源。不過，當(dāng)前計算未涵蓋酵母培養(yǎng)、生物反應(yīng)器運行、水泵、溫控及水處理等全生命周期能耗，實際綜合節(jié)能效果尚待評估。

該建材展現(xiàn)出良好的可回收性。實驗室將已硬化的樣本粉碎后重新制成新材料，歷經(jīng)四次循環(huán)再生后，抗壓強(qiáng)度仍維持在約11.8兆帕，彈性模量保持約430兆帕，且樣本內(nèi)仍有活體酵母細(xì)胞存活。研究人員指出，只要存在活細(xì)胞即可實現(xiàn)原位繁殖，未來火星基地或可借此減少從地球持續(xù)運輸粘合劑的負(fù)擔(dān)。

盡管實驗室數(shù)據(jù)積極，但該技術(shù)距離建造宜居建筑仍有顯著差距。目前3D打印驗證結(jié)構(gòu)僅高25毫米、寬15毫米，屬微型規(guī)模。團(tuán)隊強(qiáng)調(diào)，還需針對火星輻射耐受性、內(nèi)部保溫與承壓能力、長期強(qiáng)度與酵母活性維持、抗裂性及防微隕石撞擊等關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行實地測試。若用于居住艙，預(yù)計仍需額外加裝氣密內(nèi)襯膜，且抗拉強(qiáng)度、透氣性、導(dǎo)熱系數(shù)及長期耐久性均需進(jìn)一步驗證。

除太空探索外，酵母基建材在地球應(yīng)用也在推進(jìn)。瑞典查爾姆斯理工大學(xué)研究團(tuán)隊已開發(fā)出完全生物基的3D打印材料，使用面包酵母、木纖維、藻類和水混合。該材料在室溫下即可打印成型，目前主要應(yīng)用于墻板、隔斷及遮陽板等輕型室內(nèi)構(gòu)件。與火星方案不同，地球版材料中的酵母在加工前經(jīng)熱處理失活，主要提供生物質(zhì)與結(jié)構(gòu)支撐，未來有望利用啤酒廠或農(nóng)業(yè)廢棄物作為原料。