Vật liệu này được tạo thành từ sự kết hợp giữa vi khuẩn lam (cyanobacteria) – loài sinh vật quang hợp cổ xưa có hiệu suất cao – và hydrogel, một loại gel sinh học chứa nhiều nước, được thiết kế đặc biệt để tạo môi trường sống tối ưu cho vi khuẩn. Chính mối quan hệ cộng sinh này đã tạo nên một hệ thống sống có khả năng tăng trưởng, quang hợp và đồng thời hấp thụ CO₂ theo hai cơ chế khác nhau.

Hydrogel đóng vai trò như một "bộ khung sinh học", cho phép ánh sáng, khí CO₂, nước và dưỡng chất dễ dàng thẩm thấu, đồng thời giữ cho vi khuẩn lam phân bố đều bên trong mà không bị rửa trôi. Trong khi đó, cyanobacteria thực hiện chức năng quang hợp, hấp thụ CO₂ từ không khí để tạo sinh khối, đồng thời làm thay đổi môi trường hóa học bên ngoài tế bào, thúc đẩy quá trình kết tủa khoáng chất dưới dạng các hợp chất carbonat như canxi carbonat. Đây chính là cơ chế hấp thụ CO₂ kép – vừa lưu giữ CO₂ trong sinh khối sống, vừa lưu trữ bền vững ở dạng khoáng rắn – giúp vật liệu này trở nên vượt trội so với các giải pháp sinh học đơn thuần hiện nay.

Vật liệu có thể được tạo hình linh hoạt bằng công nghệ in 3D và chỉ cần ánh sáng mặt trời, nước biển nhân tạo cùng một lượng nhỏ dưỡng chất để phát triển. Trong các thử nghiệm tại phòng thí nghiệm, vật liệu cho thấy khả năng hấp thụ CO₂ ổn định trong suốt 400 ngày, với hiệu suất lên tới 26 mg CO₂ trên mỗi gam vật liệu – cao hơn nhiều lần so với nhiều phương pháp sinh học truyền thống và gần bằng hiệu quả của quá trình khoáng hóa trong bê tông tái chế. Nhờ khoáng chất hình thành trong lòng vật liệu, các cấu trúc mềm ban đầu dần trở nên cứng hơn, gia tăng độ bền cơ học theo thời gian.

Để tối ưu hóa hoạt động của vi khuẩn lam, nhóm nghiên cứu đã thiết kế các hình khối in 3D có bề mặt lớn, cho phép ánh sáng xuyên sâu và tạo dòng chảy thụ động của dung dịch dưỡng chất bằng lực mao dẫn. Nhờ thiết kế này, vi khuẩn được duy trì ở trạng thái hoạt động hiệu quả trong thời gian dài, mang lại tiềm năng ứng dụng cao trong kiến trúc và công nghiệp vật liệu xanh.

Không dừng lại ở quy mô phòng thí nghiệm, các nhà nghiên cứu đã phối hợp cùng giới kiến trúc để đưa vật liệu sống này vào thực nghiệm không gian thật. Tại Triển lãm Kiến trúc Venice Biennale, hai khối trụ sống cao tới ba mét đã được lắp đặt trong gian trưng bày của Canada, sử dụng vật liệu chứa cyanobacteria. Mỗi khối có thể hấp thụ tới 18 kg CO₂ mỗi năm – tương đương khả năng hấp thụ của một cây thông 20 năm tuổi. Trong khi đó, tại Milan, dự án “Dafne’s Skin” đã thử nghiệm lớp phủ sinh học chứa vi sinh vật lên các bề mặt gỗ truyền thống, tạo nên lớp patina xanh rêu sống động, đồng thời là một cơ chế hấp thụ CO₂ theo thời gian.

Nhóm nghiên cứu kỳ vọng loại vật liệu sống