编辑推荐：
微生物殖民建筑表面从有害过程（生物污垢）转向可编程生物催化源的再概念化，探讨了嵌入建筑材料的微生物和真菌群落策略，包括生物反应基面、工程化涂层、真菌复合材料及益生菌表面，结合计算建模与数字制造实现自适应建筑系统。挑战涉及生物过程规模化、材料耐久性及代谢活动与工程约束的协调。
雷切尔·阿姆斯特朗
鲁汶大学建筑学院建筑系，圣卢卡斯校区，Hoogstraat 51号，9000根特，比利时
本文探讨了建筑物上微生物定植的重新概念化：从一种有害过程（生物污染）转变为一种有益的、可编程的生物催化来源。文章研究了将微生物和真菌群落嵌入建筑材料中的策略，以实现生物修复、生物矿化和能量生成等功能。分析内容包括生物接受性基底的多尺度设计、工程化活涂料、菌丝复合材料以及益生菌表面，这些材料能够将被动结构转变为具有代谢活性的界面。这些方法被称为“工程化生态装饰”，其中表面设计有意支持微生物生态和城市代谢。文章还考虑了将这些生物系统与计算建模和数字制造相结合，以创建适应性建筑系统。主要挑战包括将生物过程规模化应用于建筑领域、确保材料的长期耐久性，以及使代谢活动与实际施工条件相协调。通过解决这些挑战，功能性设计的生物催化表面成为更具再生性和生态整合性的建筑的基础研究领域。
部分摘录
从静态定植到工程化生物催化：新的设计前沿
建筑环境正从被动背景转变为通过微生物定植实现生物催化过程的主动界面，从而创造出动态且可控的表面[1]。虽然生物污染是由于微生物和隐花植物（包括细菌、藻类、真菌、地衣、苔藓和角苔）的自然定植而发生的，但它通常与生物劣化相关联，例如“微生物影响腐蚀”[2]。然而，被定植的表面也可以……
建筑保护中的生物催化
尽管生物污染与建筑保护之间的关系仍存在争议[5, 8]，但人们对支持遗产结构生物保护的微生物相互作用越来越感兴趣[6]。这促使人们评估生物制剂作为传统修复方法的可持续替代方案的优势[4]。在保护科学中，生物催化主要关注三个功能：预防（限制损害）、修复（微生物清除损害或污染物）……
生物接受性设计
在当代建筑中，生物接受性表面旨在促进微生物定植[11]，通过使用有图案、有纹理的惰性基质[12,13]来增加表面积并优化微生物附着，从而促进生物膜的生长[5,14,15]。这种有意识的表面图案设计可以被视为一种“生态装饰”——一种将建筑性能与生态过程相协调的设计策略。与现代建筑中典型的光滑、无菌表面不同，后者更注重便利性……
活涂料
“活涂料”通过工程化涂层提高生物催化剂的效率、可扩展性，并增强其与建筑材料的结合能力[3]。基于水的聚合物乳液（乳胶）将浓缩的微生物应用于基底，从而实现持续的代谢活动[21]。例如，蓝细菌可以通过消耗空气中的二氧化碳（CO?）来沉淀碳酸钙（CaCO?），将表面转化为生物碳捕获系统[6,22]……从生物催化表面到三维应用
生物接受性生产技术本质上是三维的，允许将微生物定植嵌入结构系统中进行维护[12]。微裂纹增加了表面积，并使Bacillus pseudofirmus和B. cohnii的休眠孢子或冻干的Sporosarcina pasteurii细胞中的生物催化活性得以激活[32]，这些细胞利用MICP技术密封裂缝并恢复自修复混凝土的完整性[20,31]。真菌物种也被用于……
菌丝复合材料作为内在的网状生物催化表面
丝状真菌在木质纤维素农业废弃物中的菌丝生长创造了广阔的生物催化表面积[37]。在商业应用中，菌丝复合材料（MBCs）中的真菌细胞在使用前会通过加热或干燥进行减弱处理，然后用于轻质室内材料，如绝缘材料、面板和家具[9]。然而，为了保持其活性，可以通过脱水来阻止真菌生长——这一过程不会导致细胞死亡[38,39]。随后重新加水可以恢复……
用于病原体控制的益生菌表面
益生菌表面旨在调节室内空间的微生物健康状况，这些微生物主要由人体微生物组构成——即来自皮肤、呼吸道和消化系统的微生物[45,46]。它们代表了一类新型生物催化材料，通过与构成建筑环境微生物组的人类相关微生物相互作用来促进更健康的室内生态系统。嵌入了益生菌Bacillus subtilis的墙板旨在……
生物催化表面设计的数字工具集
随着生物催化表面在可持续建筑中的重要性日益凸显，需要新的数字工具来管理使用生物系统进行设计的复杂性[53]。虽然像建筑信息模型和计算机辅助设计这样的软件可以根据物理和环境参数模拟材料行为，但它们无法模拟被微生物定植的适应性、共生表面的生物动态。需要基于生物技术的工具来模拟微生物行为和代谢过程……
超越表面的生物催化：利用厌氧环境
除了有氧建筑外部，室内厌氧环境（如废水系统）中也存在生物催化和生物处理的进一步机会——在这些环境中，电活性生物膜（EABs）会在导电表面（如生物电化学系统（BES）的阳极上定植[59,60]。在这里，像Geobacter[61]、Shewanella[62]和真菌[25]这样的微生物会进行细胞外电子转移[63]，将液体废物转化为清洁水，实现生物修复并生产生物分子……
结论与展望
具有纹理、多孔性和生物接受性的表面的出现标志着从现代主义建筑光滑、无菌美学向工程化生态装饰实践的重大转变。生物接受性面板、活涂料、生物焊接菌丝复合材料和益生菌涂层的应用开启了一个可控生物催化表面的新时代，使建筑物能够生物修复污染并处理废物流。关键挑战在于进一步完善这些技术……
参与同意
不适用。
资助
本工作得到了欧盟欧洲创新委员会Pathfinder Challenges计划的支持，授予协议编号：101114746。
CRediT作者贡献声明
对于手稿“建筑中的生物催化表面”，作为唯一作者，我负责所有工作方面，包括：概念化、方法论、软件开发、验证、形式分析、研究、资源管理、数据整理、初稿撰写、审稿与编辑、可视化、项目监督以及资金获取。
术语表
- 生物电化学系统（BES）
- 一种利用微生物代谢（例如在微生物燃料电池中）将有机废物转化为电能或化学物质的装置。
- 生物膜
- 嵌入自产基质中的结构化微生物群落，附着在表面上并表现出代谢分区（例如有氧/厌氧层）。
- 生物催化
- 由生物体（例如微生物、真菌）或其酶加速的化学反应，从而实现污染物降解等功能。
