В октябре 2025 года опубликовано исследование, сравнивающее выживаемость и эффективность Bacillus subtilis1 и других бактерий в “самозалечивающемся” бетоне. Эти данные подкрепляют растущий интерес к микробиологическим методам продления срока службы бетонных конструкций.
Исследования самозалечивающегося бетона (self-healing concrete), основанного на механизме биоминирализации —— MICP2, продолжают активно развиваться. Одним из перспективных направлений является использование бактерии Bacillus subtilis, способной выживать в щелочной среде цементных материалов и индуцировать осаждение карбоната кальция (CaCO₃), что способствует закрытию трещин.
В сравнительном исследовании, опубликованном в журнале Innovative Infrastructure Solutions, группа учёных проверила эффективность разных бактерий: B. subtilis, Bacillus sphaericus и Escherichia coli. Результаты показали, что B. subtilis демонстрирует хорошую способность к осаждению CaCO₃, что помогает заполнить трещины и восстанавливать механические свойства бетона — прочность при сжатии, растяжении и изгибе.
В другом исследовании (2021) в журнале Construction and Building Materials авторы использовали щелочестойкий штамм B. subtilis M93. Они показали: трещина шириной примерно 0,3 мм может быть эффективно заделана в течение 28 дней, а восстановление изгибной прочности составило порядка 14 %. Микроскопический анализ (SEM, рентгеновская дифракция) подтвердил, что осадок — это кристаллический CaCO₃ в форме кальцита.
Еще один подход — инкапсуляция спор B. subtilis в наночастицы оксида железа (IONP) — показал высокую эффективность самозалечивания. В исследовании на образцах биобетона при концентрациях бактерий 10³, 10⁶ и 10⁹ клеток/мл трещины шириной до ~1,7 мм (в самом большом эксперименте) успешно заживали. При этом осаждённый CaCO₃ имел форму кубических кристаллов (кальцит), что указывает на стабильность структуры и потенциальную долговечность такого покрытия.
Механические свойства самозалечивающегося бетона также исследуются в разных контекстах. В статье Bulletin of the National Research Centre (2025) проверяли прочность и восстановление свойств в цементном растворе с B. subtilis в локальных лабораторных условиях. Результаты показали значительное восстановление после трещин и снижение проницаемости воды, что свидетельствует о возможном практическом применении.
Микроскопический и химический анализ цементного раствора, содержащего B. subtilis, также подтверждает рост CaCO₃ в матрице. В исследовании из Beni-Suef University была зафиксирована прибавка примерно 15% к прочности на сжатие при 28-дневной выдержке и дальнейшее укрепление к 56 дням. Анализ методом FTIR и XRD показал, что бактерии стимулируют образование карбонатов, которые заполняют микропоры и трещины, повышая плотность раствора.
Механизм работы MICP связан с метаболизмом бактерий: B. subtilis гидролизует мочевину, что приводит к локальному повышению pH и образованию карбонат-ионов. Эти ионы связываются с кальцием и образуют карбонат кальция на поверхности клеток — это создаёт ядра кристаллов. Такая биоиндуцированная минерализация служит основой самозалечивающегося эффекта.
Тем не менее технология сталкивается с рядом ограничений. Во-первых, долгосрочная стабильность остаётся под вопросом. Несмотря на успешные лабораторные эксперименты в течение нескольких недель или месяцев, данные о поведении бактерий и их способности к восстановлению в течение многих лет ограничены. Во-вторых, условия окружающей среды — особенно температурные колебания — могут влиять на активность бактерий. В микромасштабных исследованиях показано, что скорость и форма осадков MICP зависят от температуры в диапазоне от 4 °C до 50 °C. Также остаётся техническая проблема распределения спор по бетонной матрице и обеспечения их активации в нужный момент.
С точки зрения экономической целесообразности, самозалечивающийся бетон требует дополнительных затрат — на культуру бактерий, питательные вещества, инкапсуляцию (например, инкапсуляция спор B. subtilis в наночастицах оксида железа показана в исследовании с восстановлением прочности через 28 дней). Однако потенциальные преимущества — длительный срок службы конструкции, снижение затрат на ремонт и обслуживание — делают этот подход привлекательным: в исследовании на B. subtilis-бетоне продемонстрированы улучшенная герметичность и механические свойства, что может уменьшить потребность в частом обслуживании.
Экологический аспект также значим. Увеличение срока службы бетонных конструкций может снизить необходимость частой перестройки или замены, что, в свою очередь, уменьшает производство нового цемента — а цемент является источником выбросов CO₂. Поскольку технологии с B. subtilis способствуют саморемонту и снижению деградации структуры (через биоминерализацию карбоната кальция), они могут внести вклад в устойчивое строительство, улучшая долговечность и уменьшая углеродный след.
Bacillus subtilis остаётся одним из наиболее перспективных кандидатов для реализации биологического самозалечивающегося бетона. Научные публикации демонстрируют его способность выживать в щелочной среде, формировать стабильный CaCO₃ и восстанавливать трещины в лабораторных условиях (например, микроинтеркапсуляция, осаждение кристаллов кальцита). Однако для перехода к промышленному применению необходимы дальнейшие исследования: долгосрочные испытания выживаемости (есть данные о выживании бактерий до двух лет в некоторых системах), оптимизация инкапсуляции, подтверждение эффективности в реальных конструкциях и анализ экономики (включая жизненный цикл и устойчивость).
Специалист по иноязычной журналистике, в центре моего профессионального интереса находятся передовые темы на стыке технологий и общества, промышленности и институциональных механизмов. Мои публикации посвящены искусственному интеллекту, умному производству, биоматериалам, энергетическим технологиям, а также вопросам технологической этики и государственной политики.
