2026年9月10日，国际学术期刊《Chem Circularity》发表了一项来自香港科技大学的研究。研究团队开发出一套可用于火星3D打印房屋的材料配方，把火星表面的风化层与地球上的明胶、工程酵母混合在一起。材料在模拟火星的极低温与低压环境中通过冻干固化，硬化后的抗压强度达到10至12兆帕，与低标号混凝土相当，并且可以被分解、回收、重新调配用于新的建造工程。
一、灵感来自冻干水果：把火星的严寒变成制造工具
火星并不是一个适合盖房子的地方。那里极度寒冷，饱受辐射侵袭，大气近乎真空。更现实的问题是，即便只是建造一座简陋的庇护所，建筑材料也可能需要在太空中飞行数月才能抵达。长期来看，任何可持续的火星基地都必须尽可能就地取材。
香港科技大学土木与环境工程系副教授仇霁申的思路，来自一个非常日常的现象。他注意到冷冻干燥后的水果会变得更硬，而火星极低的温度与极低的气压，恰好创造了类似冻干的条件。于是他提出一个问题：能否利用这一点来制造材料。
这条思路与主流的火星建材方案走了完全不同的方向。许多建造外星城市的提案，是把火星岩石或月球尘埃加热熔化成砖块和梁材，问题在于需要消耗大量能源，也需要把重型加热设备运上太空。生物基材料则完全绕开了高温环节。研究团队在模拟火星条件下进行打印，温度约零下30摄氏度，气压约0.01个大气压。混合物从喷嘴挤出后，水直接由固态升华为气态，留下微小孔隙，最终形成类似泡沫的轻盈多孔结构。
仇霁申在论文发布时表示，这种材料的强度足以在地球上建造一座一到两层的建筑，而地球的重力是火星的三倍，因此用它在火星上建造多层建筑应该比较容易。
二、配方拆解：风化层做骨料，工程酵母做胶水
这套配方由三部分组成，各自的角色分工明确。第一部分是火星风化层，也就是覆盖火星表面的岩石材料层，由细粉尘、沙粒、砾石和岩石碎屑构成，作为结构基体提供质量与体积。第二部分是明胶，作为黏结剂把各组分紧密结合在一起，同时为细胞生长提供空间与养分。第三部分则是最关键的工程酵母。
研究团队对酵母进行了改造，在其表面包覆高黏附性蛋白质，其中就包括贻贝用来附着在岩石上的天然黏附蛋白。这种仿生思路解决了生物材料与无机颗粒之间的界面结合问题。沙子赋予材料质量与结构，明胶负责黏结与供养，工程酵母则提供黏附能力，三者缺一不可。
值得关注的是，明胶在这套体系中承担双重角色。它既是胶水，又是培养基。正因为酵母在材料内部仍然具备活性，这种建材才被称为活体建筑材料，也才有了被拆解后重新培育的可能。研究团队把这种设计逻辑概括为：材料不只是被制造出来的，它本身还保留着再生的能力。
| 材料组分 | 来源 | 在体系中的作用 |
|---|---|---|
| 火星风化层 | 火星表面就地取材 | 提供质量与结构骨架 |
| 明胶 | 地球原料 | 黏结各组分，为细胞提供生长空间 |
| 工程酵母 | 地球原料，可回收再培养 | 表面包覆高黏附性蛋白，实现界面结合 |
从制备流程看，团队需要精确调配沙子与胶水的比例。胶水由明胶与特殊酵母制成，比例失当就会影响可打印性。这一步的工艺窗口并不宽，也是后续放大到工程尺度时必须解决的工程问题。
三、10到12兆帕：强度比肩低标号混凝土
实验室数据是这项研究最有说服力的部分。论文显示，硬化后的材料平均抗压强度约为12兆帕，抗弯强度约为6兆帕。以地球常用建材作参照，这一水平大致相当于低标号混凝土。香港科技大学对外给出的抗压强度区间则是10至12兆帕。
目前打印出的结构件尺寸还很小，是类似葡萄酒软木塞大小的穹顶，高45毫米、宽30毫米。但研究团队认为材料本身具备放大潜力。原因在于强度来源并不依赖构件尺寸，而是来自冻干过程中形成的多孔结构与生物黏结网络。
能耗对比是另一项关键指标。研究指出，与把火星或月球尘土高温加工成建筑材料相比，这套生物基路线的能量需求要低一到两个数量级。对于任何需要把每一公斤载荷都算进成本的深空任务来说，这个差距具有决定性意义。
需要说明的是，论文也给出了清晰的边界。团队表示，这种材料能否长期保持火星居住所需的承压能力，并不在本次研究范围之内。论文同时强调，一个实用的月球或火星栖息地必须同时满足压力保持、气密性、机械支撑、热调节、辐射屏蔽、防尘、可维修与资源循环等多重要求，这些需求很可能需要混合架构，也就是把这种酵母泡沫结构与更传统的结构方案组合使用。
四、可回收的活体材料与火星循环经济
这项研究在可持续性上的设想，比强度数据更值得琢磨。由于材料中的酵母仍然保持活性，被拆解的结构可以回收酵母，在生物反应器中重新培养，再与新调配的基体混合，用于下一轮建造。研究团队的表述很直白：只要还有一株酵母存活，就能重新培育它们。
这实际上是把地球上的循环建筑理念推向了极端场景。在火星上，任何材料都无法依赖持续补给，回收利用不是加分项而是生存条件。相比之下，熔融制砖路线虽然制品稳定，但一旦成型就难以拆解重制，且每次加工都要重新消耗大量热能。
生物基建材的研究并非始于今天。瑞典查尔姆斯理工大学此前就用面包酵母与纤维素开发出水凝胶，用于制造可降解的建筑构件，思路同样指向利用食品工业副产物推动循环建筑。香港科技大学这一研究的不同之处，在于把生物基路线与外星环境条件结合起来，利用火星本身的低温低压完成固化，把环境劣势转化成了工艺优势。
研究者对这一方向的态度相当乐观。仇霁申表示，他一直在问自己是否存在某种物理规律或基本原理阻止这件事发生，目前看不到任何障碍，团队对放大这项技术有信心。他甚至预判，未来火星工程使用的材料种类，不会比地球工程更少，而生物学一定会参与其中。
五、从实验室到火星，还差哪些验证
距离真正在火星上盖房子，这项研究还有几道必须跨过的门槛。
第一道是生物存活问题。迄今为止，这种基于生物的材料仅在地球实验室的模拟环境中完成了测试，研究团队尚不清楚这些工程酵母能否在真实的火星环境中存活。火星表面的强辐射、极端温差与高氯酸盐土壤，都可能对微生物造成致命影响。
第二道是原料依赖问题。尽管用量已经有所减少，这种活体建筑材料仍然依赖来自地球的明胶与酵母。仇霁申估算，若要开展有意义的现场工程，可能需要从地球运送数百吨的货物，而这一切取决于火箭技术的进步与运输成本的下降。
第三道是系统集成问题。如前所述，承压、气密、热控、辐射屏蔽这些功能都需要与传统结构配合才能实现，单一材料无法独立完成栖息地的全部任务。这意味着即便材料本身成熟，它在整体方案中也只能是其中一层。
放眼整个航天领域，工业界与学术界的探索正在并行推进。美国航空航天局近年来为面向月球与火星永久基础设施的Olympus项目投入约5720万美元，其中一项落地成果是位于休斯顿、面积约150平方米的3D打印火星模拟栖息地Mars Dune Alpha，已被用于模拟火星生活的载人试验。这些项目与香港科技大学的材料研究处在同一条技术链条的不同环节，前者解决结构与系统，后者解决材料与工艺。
把这两端连起来看，火星3D打印的路径逐渐清晰：用当地土壤做骨料，用可再生的生物材料做黏结剂，用现场环境条件完成固化，再用可回收的设计延长材料寿命。这条路线的价值不止于火星。它提示了一种在地球上同样成立的制造思路，即在能源受限、运输不便的场景里，材料可以更轻、更省能、更可循环。
从冻干水果到火星穹顶，这项研究最打动人的地方不是强度数字，而是制造逻辑的转向。人类过去建造的思路是把原料加工成材料，再把材料运到现场；而活体建筑材料给出的答案是，让材料自己带着生长能力抵达现场。10到12兆帕的抗压强度已经追平低标号混凝土，真正的难题仍在酵母能否在真实火星环境中存活。当生物学真正参与火星工程的那一天，建材清单大概会比我们想象的更长。
来源：中国科学报、EurekAlert、Euronews