[論文レビュー] Interactions of Fungi with Concrete: Significant Importance for Bio-Based Self-Healing Concrete

Jing Luo, Xiaobo Chen+6 more|arXiv (Cornell University)|Aug 4, 2017

Microbial Applications in Construction Materials参考文献 85被引用数 14

ひとこと要約

本研究では、石灰石結晶を菌糸に析出させ、高pH環境に耐える能力を活かして、コンクリートにおけるバイオベース自己修復剤としての *Trichoderma reesei* の利用を提案している。Ca(OH)2のリークによりpHが6.5から13.0に上昇しても、*T. reesei* の胞子は発芽し、効果的に成長した。XRDおよびSEMによる分析で炭酸カルシウムの析出が確認され、コンクリート構造物における持続可能な亀列修復の強力な可能性が示された。

ABSTRACT

The goal of this study is to explore a new self-healing concept in which fungi are used as a self-healing agent to promote calcium mineral precipitation to fill the cracks in concrete. An initial screening of different species of fungi has been conducted. Fungal growth medium was overlaid onto cured concrete plate. Mycelial discs were aseptically deposited at the plate center. The results showed that, due to the dissolving of Ca(OH)2 from concrete, the pH of the growth medium increased from its original value of 6.5 to 13.0. Despite the drastic pH increase, Trichoderma reesei (ATCC13631) spores germinated into hyphal mycelium and grew equally well with or without concrete. X-ray diffraction (XRD) and scanning electron microscope (SEM) confirmed that the crystals precipitated on the fungal hyphae were composed of calcite. These results indicate that T. reesei has great potential to be used in bio-based self-healing concrete for sustainable infrastructure.

研究の動機と目的

• 持続可能なインfra構造を実現するため、真菌を自己修復剤として利用できるかを調査すること。
• 硬化コンクリートに特徴的な高アルカリ環境下での真菌の生存および成長能力を評価すること。
• コンクリート表面における真菌の鉱物析出能力を評価すること。
• アルカリ環境下で炭酸カルシウムを析出できる真菌種を同定すること。

提案手法

• さまざまな種の真菌の菌糸ディスクを、滅菌状態で硬化コンクリート板に接種した。
• 栄養吸収およびpH変化の評価を目的として、コンクリート表面に真菌の成長培地を重ね塗布した。
• コンクリートからのCa(OH)2の溶解に伴うアルカリ度変化を追跡するため、成長培地のpHを時間経過とともにモニタリングした。
• 析出した鉱物の結晶相を同定するためにX線回折（XRD）を用いた。
• 真菌の菌糸および鉱物堆積物の可視化のために走査型電子顕微鏡（SEM）を用いた。
• 初期スクリーニングの結果に基づき、*Trichoderma reesei*（ATCC13631）を詳細分析の対象に選定した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 コンクリートのCa(OH)2のリークによって生じる高アルカリ環境でも、真菌は生存し、成長できるか？
• RQ2 コンクリートに特徴的なアルカリ条件下で、炭酸カルシウムを析出できる真菌種はどれか？
• RQ3 真菌の成長が、コンクリート亀列を閉じるのに寄与する炭酸カルシウム結晶の形成を促進するか？
• RQ4 コンクリートのリークに起因する成長培地のpH上昇はどの程度か？また、真菌はその環境に耐えられるか？
• RQ5 真菌の菌糸は、コンクリートにおける炭酸カルシウム析出の核となることができるか？

主な発見

• コンクリート基板からのCa(OH)2の溶解に起因し、真菌の成長培地のpHが6.5から13.0に上昇した。
• *Trichoderma reesei* の胞子は、高pH環境下でも効果的に発芽し、菌糸のマイセリウムへと発達した。
• X線回折（XRD）分析により、真菌の菌糸に析出した結晶が炭酸カルシウムであると確認された。
• 走査型電子顕微鏡（SEM）の観察で、炭酸カルシウム結晶が真菌の菌糸に直接付着していることが判明し、菌糸が核となる役割を果たしていることが示された。
• *T. reesei* が極度のアルカリ性環境下でも成長し、炭酸カルシウムを析出できる能力は、バイオベース自己修復コンクリートへの応用における強力な可能性を示している。
• コンクリートの有無にかかわらず真菌の成長に顕著な差は認められず、アルカリ環境に対する耐性があることが示された。