混凝土是人类最常见的建筑材料之一，但其内部潜藏的微生物世界仍远未被完全了解。广岛大学和京都大学的研究人员近期发现，混凝土在硬化后，会将随原材料一同带入的微生物“封存”在内部，形成与外表面几乎隔绝的独立群落。这些群落的DNA特征甚至能够在常规取芯钻探过程中产生的约 70°C 高温下保持稳定。

研究成果发表在期刊《建筑材料案例研究》（Case Studies in Construction Materials）上。研究团队指出，这些结果表明，混凝土中的微生物有望成为结构隐性劣化的早期预警信号。

在日本，老旧建筑的日常安全管理正越来越多地由建筑管理者、普通维护人员甚至居民承担。研究人员设想，未来如果能将微生物信息转化为简单易用的诊断工具，非专业人士也可能像使用体温计、血压计那样，对建筑“健康状况”进行初步判断。

本研究第一作者、广岛大学先进科学与工程研究生院博士生倉富千奈表示，她的研究动机之一，就是希望让混凝土结构的维护变得更易被大众掌握。

她说：“就像我们通过体温等日常指标感知自身健康变化，并在必要时就医一样，我希望建筑的状态也能通过多种指标被理解，在需要时再由专家进行更深入的诊断。”

微生物能否提示混凝土何时开始劣化？

科学界早已确认混凝土中存在微生物。以往相关研究多集中在向混凝土中添加特定细菌，以改善材料性能或实现自愈等功能。而这一次，研究团队关注的是：原本就存在于混凝土中的微生物群落，是否能够反映材料开始劣化的时间点。

为回答这一问题，研究人员首先需要建立“未损伤混凝土”的基线微生物特征，并评估不同采样方式是否会扭曲数据，同时确认微生物是否能够在材料内部自行迁移。

团队通过测序细菌通用的 16S rRNA 基因来描绘这些群落的组成。该基因存在于所有细菌中，同时具有足够的变异度，可用于区分不同微生物类型。研究人员分别从混凝土表面、内部以及其原材料中采集样本，并比较了两种内部取样方式：钻芯取样和锤击破碎。

通讯作者、广岛大学 IDEC 研究所特聘研究员兼京都大学工学研究科副教授寺本敦史指出：“近年来，混凝土微生物组在材料劣化和自愈技术研究中越来越受到关注，但目前的采样方法尚未统一。如果不了解采样方式如何影响微生物数据，我们就难以正确解读结果，也难以将这些信息真正用于混凝土诊断。”

实验结果显示，钻芯过程中产生的高温并未显著改变细菌群落结构。即便温度升至约 70°C，样本中的细菌谱系仍保持稳定，这说明在常规工程取芯条件下，混凝土中的微生物证据依然可以可靠保留。

微生物迁移或成为损伤信号

分析结果表明，混凝土内部的微生物群落与表面群落存在明显差异。表面微生物主要反映来自周围环境的输入，而内部微生物群落则主要源自混合时使用的原材料。水泥、砂、砾石和水等每一种成分，都携带了各自特有的微生物群。

然而，在混凝土凝固之后，大部分微生物难以长期存活。强碱性、养分极度匮乏的环境对多数微生物极为不利，再加上材料内部孔隙细小且连通性差，进一步限制了微生物的移动。最终，原始群落中主要残留的是变形菌门和放线菌门等耐受性较强的类群。

“一个特别出乎意料的发现，”寺本表示，“尽管混凝土本身是多孔材料，但在密实且未受损的混凝土中，几乎看不到微生物从表面向内部迁移的迹象，内部不同区域之间的迁移也非常有限。”

他补充说：“这意味着，一旦检测到微生物在混凝土内部出现异常迁移，就可能暗示存在裂缝或孔隙连通性增强等缺陷，从而凸显微生物信息作为劣化诊断新指标的潜力。”

接下来，研究团队计划进一步确定：混凝土需要损坏到何种程度，微生物才有机会穿透结构；以及这些迁移行为究竟反映了内部正在发生的哪些细微变化。

本研究团队还包括广岛大学的丸山史人和藤吉壮，其中藤吉壮同时隶属于富山县立大学。