Summary
이 프로토콜은 세균 성 셀룰로오스 (BC) 구체를 형성하는 쉽고 저렴한 방법을 제시한다. 이 생체 재료는 바이오차, 폴리머 구체 및 광산 폐기물을 포함한 고체 물질에 대한 캡슐화 매체로 기능할 수 있습니다.
Abstract
세균세포로오스(BC) 구체는 BC가 새로운 소재로 대중화된 이래로 점점 더 연구되고 있다. 이 프로토콜은 BC 구 생산을 위한 저렴하고 간단한 방법을 제공합니다. 이러한 구체를 생성하는 것 외에도 고체 입자에 대한 캡슐화 방법도 확인되었습니다. BC 구체, 물, 홍차, 설탕, 식초 및 세균 문화를 생성하기 위해 당황한 플라스크에 결합되고 내용물이 동요됩니다. BC 구형에 대한 적절한 배양 조건을 결정한 후, 고체 입자를 캡슐화하는 능력은 바이오차, 폴리머 구슬 및 광산 폐기물을 사용하여 테스트되었습니다. 구체는 ImageJ 소프트웨어 및 열 중력 분석(TGA)을 사용하여 특징지어졌습니다. 결과는 직경이 7.5mm인 구를 7일 안에 만들 수 있음을 나타낸다. 다양한 입자를 추가하면 BC 캡슐의 평균 크기 범위가 증가합니다. 구체는 건조 질량의 10 - 20 %를 캡슐화했습니다. 이 방법은 쉽게 얻을 수 있는 재료로 가능한 저비용 구체 생산 및 캡슐화를 보여줍니다. BC 구체는 미래에 오염 제거 보조제, 제어방출 비료 코팅 또는 토양 개정으로 사용될 수 있다.
Introduction
세균셀룰로오스(BC)는 기계적 강도, 고순도 및 결정성, 수질 보존 능력 및 복잡한 섬유 구조1,2,3,4로인해 잠재적인 산업 용으로 주목받고있다. 이러한 특성으로 인해 BC는 생체 의학, 식품 가공 및 환경 정화 용도를 포함한 다양한 응용 분야에 유리한 생체재료로 만든다 1. BC 필름의 형성은 발효 차 음료인 콤부차5,발효 차 음료에 사용되는 단일 유기체 배양 또는 혼합 배양으로 수행 될 수 있습니다. 양조 콤부차는 일반적으로 SCOBY로 알려진 "박테리아와 효모의 공생 문화"에 의존합니다. 유기체의 이 공생 문화를 사용하여, BC 구체를 만들기 위하여 유사한 기술이 채택됩니다. 이 생물 재료는 보다 효율적인 작물 생산을 달성하기 위해 환경 오염 물질을 분리하고 바이오차르와 같은 농업 개정을 앵커하는 데 사용할 수 있습니다.
이전 문학은 BC의 특성이 고정 된 문화에서 생산 된 BC와 비교하여 동요 된 조건에서 생산되는 방법을 논의했습니다. 고정된 배양은 액체 공기 인터페이스에서 형성되는 필름을 초래하고, 흔들리는 배양은 액체6내에서 중단된 다양한 BC 입자, 가닥 및 구체를 초래한다. 많은 연구는 BC의 상업적 생산이 동적 조건에서 더 실현 가능하다는 주장을 참조6,7,이 논문의 방법을 적용하기위한 근거를 제공. 또한 BC 구의 구조와 특성에 대한 다양한 조사가 수행되었습니다. Toyosaki 외.6 그들의 동요 BC 생산에 당황 하 고 부드러운 벽 에렌 마이어 플라스크 비교. Hu 와 Catchmark4에 의한 연구는 현재 BC 구 생산 공정에 대한 지침으로 사용된 BC 구체에 대한 조건을 결정했으며, 그 결과는 구 크기가 60시간 후에도 계속 증가하지 않는다는 것을 나타낸다. 모하마드 외1에 의해 BC 생산의 검토는 BC 문화를 흔들어 성공적인 BC 성장에 필요한 심지어 산소 공급 및 분포를 보장 한다는 것을 나타냅니다. Holland외. 8은 X선 회절및 Fourier 변형 적외선 분광법을 사용하여 BC의 결정성과 화학 구조를 연구했습니다. BC 캡슐은 유사한 특성을 나타낼 것으로 가정하고 향후 연구는 구조적 특성을 조사 할 것입니다. 연구는 또한 향상 된 바이오 합성을 생산 하기 위해 BC를 사용 하 여의 유익한 효과 탐구 했다. 에폭시 수지를 기지로 사용하여, 연구원은 BC의 추가가 피로 수명, 골절 인성, 인장 및 굴근 강도9,10과같은 물질적 특성을 향상시키는 것으로 나타났다. 과거와 현재의 연구에 따르면 많은 사람들이 BC 사용을 상용화하는 데 관심이 있습니다.
많은 연구원은 통제된 방출 시스템에서 세균성 셀룰로오스를 조사하고, 여기에서 기술한 방법은 통제된 방출 시스템으로 이용될 수 있는 캡슐을 생성합니다. 이 연구의 대부분은 생물 의학 분야에서 제어 방출에 초점을 맞추고, 뿐만 아니라 제어 방출 비료에 일부 탐사 (CRF) 관리. BC의아목시실린(11)리도카인12,및 이부프로펜(13)의 제어방출의 성공에 기초하여, BC는 펠릿화 비료와 같은 다른 물질과 유사한 전달 특성을 나타낼 수 있다. Shaviv와 Mikkelsen14의 CRF에 대한 개요는 CRF가 보다 효율적이고 노동력을 절약하며 일반적으로 기존의 비료 응용 프로그램보다 환경 저하를 덜 일으킨다는 것을 인정합니다. 세균성 셀룰로오스는 CRF의 에 대한 유리한 캡슐화 재료로 작동 할 수 있습니다. 비료는 BC 막에서 침출되거나 BC 바이오 디그레이드15,16으로배출될 수 있다. BC의 높은 수분 팽창 용량은 또한 BC 구체의 적용을 통해 비료 영양소와 수분 모두 땅에 방출 될 수 있기 때문에 유익한 토양 개정17,18,19로 작용할 수 있습니다. 이러한 특성으로, BC 구 캡슐화에 의해 형성 된 CRF는 생산 및 폐기 단계에서 부정적인 영향을 미칠 수있는 다른 비료 코팅 재료에 비해 이점이있을 수 있습니다. BC를 비료 코팅에 적용하여 CRF 기술을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 비료 방출 속도를 낮춤으로써 작물은 비료를 흡수하고 물 체로 의 과도한 유출을 방지할 충분한 시간을 가지므로 부영양화및 비산소 구역을 감소시킵니다. 유사한 저속 방출 비료는 폴리머코팅(20)을사용하여 제조 및 조종되었다.
이전 연구에서 설명된 프로토콜과 달리, 이것은 높은 셀룰로오스 수율보다는 균일하고 응집력 있는 구체 생산에 중점을 둡니다. 더욱이, 다른 고형물의 BC 캡슐화는 셀룰로오스 필름으로 연구되었지만, 구체21은공부하지 않았다. 세균성 셀룰로오스 구체에 대한 연구를 확장함으로써 BC의 환경적으로 안전한 기능으로 인해 BC를 상업적으로 생산하기 위한 추가 단계를 만들 수 있습니다. BC 구 제작의이 방법은 저렴하고 쉽게 사용할 수있는 요리 재료를 사용합니다. 초기 어셈블리 후 BC 구는 간섭 없이 2일 이내에 형성되기 시작합니다. 이 전략을 통해 BC 구체를 생산하는 것은 공간이 거의 필요하지 않으며 식용 부산물인 발효차 '콤부차'가 있습니다. 다른 연구에서 언급된 캡슐화 기술은 상 반전기술(22,23,매트릭스 형성24,분무 건조25,및 합성26)동안 직접 캡슐화를 통해 형성된 코팅을 포함한다. 이 원고에 설명된 직접 캡슐화 방법은 쉽게 사용할 수 있는 재료를 활용하는 쉽고 저렴한 프로세스를 원하는 사람들에게 유용합니다.
이 연구를 통해 BC 구의 생산 및 캡슐화를 위한 성공적인 프로토콜이 만들어졌습니다. BC 구체는 생물차, 광산 꼬리, 폴리스티렌 마이크로비드의 고체 입자를 개별 구조 내에서 캡슐화할 수 있습니다. BC는 아직 업계에서 널리 사용되지는 않지만, 미래 응용 분야에 사용할 수 있는 실용적이고 지속 가능한 방식으로 제작되었으며 자연발생적인 재료입니다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. 세균 셀룰로오스 스타터 배양의 생성 및 유지 보수
- 세균 셀룰로오스의 스타터 배양을 약 50g, SCOBY의 형태로 획득한다. 그것은 상업적으로 구입할 수 있습니다 (예 : 건강을위한 문화). SCOBY를 종이 타월로 덮인 1 L 비커에 넣습니다.
- 700mL의 탈온화된 물을 끓이고, SCOBY를 포함하는 것과 분리된 용기로 옮기고, 85g의 자당을 넣습니다.
- 자당이 녹으면 홍차 2봉지(4.87g)를 넣습니다. 차를 1시간 동안 우려낸 다음, 저어주봉을 사용하여 티백을 조심스럽게 제거합니다.
- 차에 증류된 흰 식초 200mL를 넣습니다. 혼합물을 25°C로 식힙니다. 식으면 실온 차 700mL를 SCOBY가 함유된 비커에 넣습니다.
주의: 너무 뜨거워지는 동안 산성 차를 추가하면 SCOBY의 유기체에 해를 끼칠 수 있습니다. - 비커를 종이 타월로 덮고 탄성 밴드로 고정하고 비커를 25°C의 온도를 유지하는 저장 영역에 배치합니다. 이 선박은 일반적으로 주식 문화 또는 호텔이라고합니다.
- SCOBY를 건강하게 유지하기 위해서는 한 달에 약 2회 유지 보수가 필요합니다.
- 장갑을 낀 손을 사용하여 SCOBY 매트를 잡고 호텔에서 액체를 별도의 비커로 빼넣습니다. 액체가 있는 용기에 총 700mL의 용액을 충분히 첨가하십시오.
- 산성 차와 함께 용기에 자당 65 g를 녹입니다. 자당이 녹기를 기다리는 동안, 조심스럽게 DI 물에 SCOBY 매트를 헹구.
- 자당이 완전히 용해되면 헹구는 SCOBY 매트가 들어있는 비커에 액체를 첨가 할 수 있습니다. 비커를 덮고 인큐베이션 영역으로 되돌려 보입니다.
2. 세균 셀룰로오스 구체 의 생산
참고: 끓는 물로 작업할 때주의하십시오. 유리 제품이 끓는 수온을 견딜 수 있고 결함이 없으며 적절한 크기인지 확인하십시오. 그림 1에서BC 구체의 생산을 설명하는 회로도가 주어집니다.
- 차 주전자를 사용하여 350mL의 탈온물을 끓입니다. 뜨거운 물을 500mL 비커로 옮습니다. 저조봉을 사용하여 42.5 g의 과립자당을 뜨거운 물에 녹입니다.
- 자당이 완전히 용해되면, 1 시간 동안 자당과 물을 포함하는 플라스크에 홍차 (2.54 g)의 1 봉지를 우려내세요. 그런 다음, 티백을 저어주면서 티백을 꺼내 티백을 열어두지 않도록 주의를 기울인 다음 쓰레기통에 버리면 됩니다.
- 증류된 흰색 식초 100mL를 비커에 넣고 혼합물을 철저히 저어줍니다. 산성 차 혼합물의 80mL를 250mL 의 당황플라스크로 옮기다. 차 혼합물을 실온, 20 - 25 °C로 식힙니다.
참고 : 이 시점에서, 혼합물은 하룻밤 냉각 하거나 다음 단계에 대 한 준비 될 때까지 남아 있을 수 있습니다. - 액체 온도가 실온 (20 - 25 °C)에 있으면 당황한 플라스크에 미생물 스타터 배양 액의 20 mL을 추가하십시오. 이 액체는 SCOBY 호텔에서 얻을 수 있습니다. 파라필름으로 플라스크를 덮습니다.
- 당황한 플라스크를 궤도 쉐이크 테이블에 놓고 속도를 분당 125회전(rpm)으로 설정합니다. 혼합물이 BC 구체를 생산하기 위해 20 - 25 °C의 온도와 함께 방 이나 인큐베이터에서 3 일 동안 흔들어 주세요.
참고: 불규칙한 모양이 플라스크 내용에서 형성되거나 셀룰로오스 덩어리가 플라스크의 벽에 달라붙는 경우, 추가 불규칙한 BC 질량이 형성되는 것을 방지하기 위해 제거해야 합니다. 핀셋을 사용하여 얇은 문자열, 링, 관 모양 및 기타 명확하게 구형이 아닌 모양을 포함하여 원치 않는 BC 질량을 제거합니다. - 구체가 형성되면 플라스크에서 부드럽게 붓고 분석, 폐기 또는 이 백서에 설명되지 않은 방식으로 사용합니다.
3. 세균 셀룰로오스 구체를 사용하여 입자 또는 오염 물질을 캡슐화합니다.
- 위의 2.1-2.5 단계를 따르십시오.
- 3 일 동안 흔들후, 당황 플라스크에 미세하게 접지 미립자 물질의 약 0.01 g를 추가합니다. 적절한 고형에는 바이오차(260 ± 140 μm), 광산 폐기물(350 ± 140 μm), 폴리스티렌 마이크로비드(3μm)가 포함됩니다. 이러한 자료에 대한 데이터는 대표 결과 섹션에 설명되어 있습니다. 바이오차, 광산 폐기물 및 마이크로비드에 대한 자세한 설명은 첨부된 재료 테이블을 참조하십시오.
- 플라스크를 파라필름으로 다시 덮고 동일한 속도와 주변 온도(20 - 25°C)를 사용하여 궤도 셰이커에 다시 놓습니다. 분석, 폐기 또는 기타 용도를 위해 BC 캡슐화된 입자를 제거합니다.
그림 1. 세균 셀룰로오스 구 제조 및 고체 입자의 캡슐화. 1단계는 세균성 스톡 문화와 홍차, 설탕 및 식초 미디어를 당황한 플라스크에 결합하는 것을 포함합니다. 주식 문화권의 디스크는 BC 매트를 나타냅니다. 그런 다음 당황한 플라스크가 3일 동안 궤도 쉐이크 테이블에 놓입니다. 중간 단계는 BC 구가 형성되면 플라스크에 솔리드를 추가하는 것을 보여줍니다. 플라스크는 3 일 동안 더 흔들립니다. 마지막 단계에서 BC 구체의 크기는 계속 증가하고 고체 입자를 캡슐화했습니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
BC구는 문화의 첫 48h 동안 가장 빠른 성장률을 가지고있다(그림 2). 그림 2는 또한 구가 최대 평균 크기에 도달한 다음 일정하게 유지하는 방법을 보여줍니다. 이 실험에서 구체는 평균 직경 7.5± 0.2mm에 도달했습니다. BC 구체는 10일 간의 성장 기간 내에 완전히 악화되지 는 않았지만, 8일 전후로 구체의 본체를 확장하는 tendrils을 형성하기 시작했습니다. 이것은 그림 2E에서볼 수 있습니다, 가장 눈에 띄게 왼쪽 상단에 큰 구에.
본 논문에 설명된 캡슐화 방법을 적용하면 직경이 3~12mm(도3)에이르는 57± 4개의 세균셀룰로오스 구체의 평균을 초래한다. 또한 도 3에서 BC 구체에 고체를 첨가하는 것은 구크기 또는 주파수에 일관된 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있다. 궤도 흔들림 속도, 주변 온도 및 불규칙한 입자의 형성은 구형 입자의 모양, 크기 및 주파수에 영향을 미치는 주요 요인인 것으로 보입니다. 도 4는 실온이 너무 높고 불규칙한 질량의 부적절한 제거가 그대로 구체(도4B)에서입자(도4A)또는 끈적끈적한덩어리(도 4C)로BC를 바꿀 수 있는지를 나타낸다.
BC 구체에서 캡슐화된 고형물의 분수를 결정하기 위해 BC의 4가지 샘플에서 열 중력 분석이 수행되었습니다. 테스트된 4개의 견본은 BC, biochar를 가진 BC, 폴리스티렌 마이크로비드를 가진 BC, 및 광산 폐기물을 가진 BC이었습니다. 도 5는 질소 가스의 고온에 노출될 때 개별 샘플이 어떻게 행동하는지 를 보여줍니다. 그 샘플의 18.7 %가 체중에 의해 광산 폐기물이었다 광산 폐기물과 구체 BC를 나타내는 대시 라인에서 볼 수 있습니다, 성공적인 캡슐화를 공개. 점선은 그 견본의 14.5%가 biochar를 포함하고 있다는 것을 보여줍니다. 이 백분율은 추가 된 고체와 샘플의 질량 %에서 일반 BC 질량 %를 빼서 계산하였다. BC와 폴리스티렌이 유사한 온도에서 분해되기 때문에, 유도질량 곡선은 중합체의 분해를 셀룰로오스(그림6)와분리하도록 분해하였다. 이 분석은 이 샘플에서 질량 손실의 13%가 폴리스티렌의 열 분해에 해당한다는 것을 보여줍니다. 깔끔한 폴리스티렌의 열 분해가 약 100%27의질량 손실로 이어지기 때문에, 샘플 질량의 모든 13%가 캡슐화된 폴리스티렌 비드에 해당하는 것으로 추정된다. 도 7은 파란색 폴리스티렌 마이크로비드 용액이 파란색BC(도 7D)를초래했다는 것을 나타낸다. 이 건조한 BC 질량은 TGA에 사용된 견본입니다.
그림 2. 세균성 셀룰로오스 성장. (A) 시간이 지남에 따라 세균성 셀룰로오스 캡슐의 직경; (B)1일,(C) 3일,(D),7일,(E)10일 세균셀룰로오스 캡슐의 사진. 세균성 셀룰로오스는 125 rpm에서 궤도 셰이커에 당황 에를렌마이어 플라스크에서 20 - 25 °C에서 성장했다. 세균셀룰로오스 구체의 이미지는 Gel Doc XR로 촬영되었고 크기 분석은 ImageJ를 사용하여 수행되었다. 패널 A의 데이터는 표준 편차를 나타내는 오류 막대(n ≥ 8)를 나타내는 의미로 표시됩니다. 배율 막대는 10mm를 나타냅니다.
그림 3. 7 일 캡슐의 크기 분포. (A)첨가 된 고체없음; (B)바이오차르; (C)플라스틱 마이크로비드; 및(D)고체 광산 폐기물. 세균성 셀룰로오스는 145 rpm에서 궤도 셰이커에 당황 에를렌마이어 플라스크에서 20 - 25 °C에 이르기까지 온도에서 성장했다. 성장매체는 0.0101-0.0114% 첨가제를 함유했다. 세균셀룰로오스 구체의 이미지는 Gel Doc XR로 촬영되었고 크기 분석은 ImageJ를 사용하여 수행되었다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 4. 최적이 아닌 실험에서 가능한 결과. (a)세균셀룰로오스 의 입자가 30°C 및 140 rpm에서 형성; (B)기원전 구형 구체는 20-25°C 및 125 rpm에서 형성; 및(C)BC 소구는 20-25°C 및 140 rpm에서 형성되며 불규칙한 모양이 플라스크에서 제거되지 않을 때 형성된다. 흑백 이미지는 Gel Doc XR으로 촬영되었으며 컬러 사진은 Surface Pro와 함께 촬영되었습니다. 모든 이미지는 ImageJ를 사용하여 분석되었으며 모든 스케일 바는 10mm를 나타냅니다.
그림 5. 캡슐화된 고체의 분수. (A)캡슐의 열 중력 흔적; (B)첨가 고체; (C)바이오차르; (D)플라스틱 마이크로비드; 및(E)광산 폐기물. TGA 이전에는 과도한 물을 제거하기 위해 3 일 동안 종이 타월에 샘플을 건조했습니다. 열 중력 분석은 질소 가스에서 4 °C / min내지 800 °C의 가열 램프로 수행되었다. 세균성 셀룰로오스 구체의 이미지는 젤 닥 XR로 촬영되었습니다. 빨간색 화살표는 고정된 고체 입자를 가리킵니다. 배율 막대는 10mm를 나타냅니다.
그림 6. 폴리스티렌 마이크로비드와(B)일반 BC와 의 차동 TGA 프로파일의 비교에 의해결정된 캡슐화의 질량 퍼센트. 일반 BC의 차동 TGA 프로파일에는 폴리스티렌 구슬이 있는 BC의 거의 동일한 크기로 나타나는 4개의 가우시안 곡선이 장착될 수 있습니다. 그러나 폴리스티렌의 분해 온도를 중심으로 다섯 번째 피크(빨간색으로 도시됨)도 후자에 나타난다. 이 피크는 폴리스티렌 구슬과 관련된 열 분해에 기인했습니다. 아래 영역, 13%, 폴리스티렌과 관련된 % 질량 손실에 해당합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
그림 7. BC 샘플은 덮여 페트리 접시에 종이 타월에 건조. (A)및(B)일반 세균 셀룰로오스; (C)바이오차와 BC; (D)플라스틱 마이크로비드와 BC; 및(E)광산 폐기물BC. 이미지는 Surface Pro로 촬영하였고 ImageJ를 사용하여 분석했습니다. 배율 막대는 1cm를 나타냅니다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
이 프로토콜은 수행하기 쉽고 비용 효율적인 BC 구 생산 및 캡슐화 방법을 간략하게 설명합니다. 원래 프로토콜에 대한 다양한 조정을 통해 적절한 프로세스가 확인되었습니다. 실행 가능한 구를 보장하기 위해 중요한 단계를 수행해야 합니다. BC 형성에 관련된 모든 성분은 구체의 건강과 내구성에 중요한 역할을합니다. 자당은 유기체에게 먹이를 주고, 차는 질소를 제공하고, 식초는 원치 않는 오염물질을 방지하기 위해 최적의 조건으로 pH를낮춥다(28). 이 방법의 또 다른 중요한 변수는 온도입니다. 차는 미생물 스타터 문화를 추가하기 전에 실온 (약 25 °C)으로 냉각해야합니다. 유기체가 고온에 노출되면 BC 구의 성장이 억제될 수 있다. 플라스크가 흔들리는 방의 온도도 구의 성장3,28,29에영향을 미친다. 30 °C 이상의 실내 온도에서 흔들면 불규칙한 BC 모양이 형성됩니다(그림 4A). 캡슐화 공정에서 핵심 단계는 고체 입자를 추가하기 전에 BC 구가 형성되도록 하는 것입니다. 이는 플라스크에 이물질이 존재하면 BC 성장을 저해한다는 관측 때문입니다.
다른 문화 조건은 또한 Hu와 Catchmark4에의해 표시된 바와 같이 BC 구 생산의 성공에 영향을 미칩니다. BC는 궤도 흔들림 테이블에 당황 플라스크에서 가장 잘 형성되었다. 배플의 존재는 매끄러운 벽 플라스크6에비해 구개발을 가속화. 마그네틱 바와 기존의 교반은 구체 형성을 방지했다. 또한, 미생물 스타터 배양과 차 혼합물의 비율이 다르면 구체 생성과 풍요로움에 영향을 미쳤습니다. 처음에는 140mL의 차 미디어에 스타터 배양 3mL(용액의 질량 2.10%)가 추가되었습니다. 실험을 계속한 후, 차 매체의 부피를 감소시키면서 미생물 스타터 배양량이 증가했습니다. 사용된 최종 금액은 미생물 스타터 배양 20mL(20 질량%)와 차 혼합물 80mL이었다. 회전 속도의 경우 BC 구체 형성은 100rpm 미만의 속도로 흔들릴 때 성공하지 못했습니다. 125, 140 및 150 rpm의 속도는 구체를 생성하지만 이전에 보고된 바와같이 구체 크기, 숫자 및 모양의 차이가있습니다.
BC 형성 과정으로서, 교반된 배양은 이전에 언급된2와같이 정적 배양에 바람직하다. 다른 연구에서 설명 된 방법에 비해,이 사람은 덜 복잡하고 적은 재료가 필요합니다. 다른 문헌은 먼저 정또는 교반된 매체를 발효한 다음주요배양3,4,6,28,29,30에서접종을 위해 BC 세포를 수확함으로써 BC의 주식 배양을 준비시키는 것을언급한다. 일부 세포 수확 방법은 격렬한 흔들림을 포함한 다음여과(30)를혼합하고, 그 다음 여과4,원심분리3,29를혼합한다. 이 생산 공정에 통합된 BC 세포는 항상 미생물 스타터 배양 용기에서 사용할 수 있으므로 세포 수확이 필요하지 않습니다. 더욱이, 기존 문헌에 BC 구형성의 또 다른 방법을 기여함으로써, 상업적 BC 사용은 더 달성할 수 있다. 이것은 BC의 환경 친화적 인 재료 특성29,31때문에 유익합니다.
BC는 흥미롭고 잠재적으로 가치있는 생물 재료이지만, 이전 연구가18,32를나타내는 바와 같이 광범위한 사용에 대한 도전은 여전히 있다. 이 메서드에서는 BC 구 의 크기 및 셰이프와 불일치가 있습니다. 관 과 가닥 같은 구조는 때때로 미디어2,18,32에서형성된다. BC는 또한 플라스크의 벽에 붙어, 때로는 액체에 매달린 반지를 형성하고, 형성에서 추가 부정을 방지하기 위해 제거되어야한다. 균일한 구체는 일관된 과학적 분석을 가능하게 하지만 일부 산업용도에는 필요하지 않을 수 있습니다. 또 다른 과제는 최소 2일 이상의 기간이 있는 문화 시간입니다. 대기 기간을 극복하기 위해 제조업체는 BC 구체의 꾸준한 공급을 위해 엇갈린 배치 또는 연속 유량 반응기의 구체를 생산할 수 있습니다. 이러한 과제를 감안할 때 BC 구체는 박테리아 셀룰로오스의 지속 가능한 생산과 BC 매트릭스 내에서 다양한 물질을 캡슐화하는 능력에 대한 흥미로운 방법을 제시합니다.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
저자는 공개 할 것이 없습니다.
Acknowledgments
이 작품은 아돌포 마르티네즈, 캐서린 멀홀랜드, 타일러 서머빌, 월계수 비터먼의 몬태나 기술 연구 보조 멘토링 프로그램 프로젝트의 연속이다. 연구는 그랜트 번호에서 국립 과학 재단에 의해 후원되었다. OIA-1757351 및 전투 능력 개발 사령부 육군 연구 실험실 (협력 계약 번호 W911NF-15-2-0020). 이 자료에 표현된 의견, 사실 인정 및 결론 또는 권고사항은 저자의 의견이며 반드시 국립 과학 재단이나 육군 연구소의 견해를 반영하지는 않습니다. 에이미 쿠엔지, 리 리차즈, 케이틀린 앨리, 크리스 감몬스, 맥스 월제넌트, 크리스 보쉬에게 도셔서 감사드린다.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 100 mL graduated cylinder | |||
| 1000 mL beaker | |||
| 25 mL graduated cylinder | |||
| 250 mL Erlenmeyer baffled flask | Chemglass | CLS-2040-02 | |
| 500 mL beaker | |||
| Balance | |||
| Biochar | Ponderosa pine heat treated under argon gas, heated at 15 °C per minute to 800 °C | ||
| Black tea | |||
| Deionized water | |||
| Distilled white vinegar | |||
| Elastic band | |||
| Microbial starter culture | Cultures for Health | ||
| Mine waste | Collected from Butte, MT: 46.001978,-112.582465. Mine waste contains soil and metals originating from past copper mining. Mn, Si, Ca, Al, and Fe were the five most prevalent elements measured in the mine waste through x-ray diffraction. | ||
| Mortar and pestle | |||
| Orbital shaker | Used various brands | ||
| Paper towel | |||
| Polystyrene microbeads | Polybead | 17138 | 3 micron diameter |
| Stir rod | |||
| Sucrose | |||
| Tea kettle | |||
| TGA | TA Instruments | TA Q500 | 400 °C/min to 800 °C, 100 mL/min N2 |
| Thermometer | |||
| XRF Analyzer | ThermoFisher Scientific | 10131166 |
References
- Mohainin Mohammad, S., Abd Rahman, N., Sahaid Khalil, M., Rozaimah Sheikh Abdullah, S. An Overview of Biocellulose Production Using Acetobacter xylinum Culture. Advances in Biological Research. 8 (6), 307-313 (2014).
- Dufresne, A.
- Czaja, W., Romanovicz, D., Brown, R. M. Structural investigations of microbial cellulose produced in stationary and agitated culture. Cellulose. 11 (3-4), 403-411 (2004).
- Hu, Y., Catchmark, J. M. Formation and characterization of spherelike bacterial cellulose particles produced by acetobacter xylinum JCM 9730 strain. Biomacromolecules. 11 (7), 1727-1734 (2010).
- Goh, W. N., Rosma, A., Kaur, B., Fazilah, A., Karim, A. A., Bhat, R. Microstructure and physical properties of microbial cellulose produced during fermentation of black tea broth (kombucha). International Food Research Journal. 19 (1), 153-158 (2012).
- Toyosaki, H., Naritomi, T., Seto, A., Matsuoka, M., Tsuchida, T., Yoshinaga, F. Screening of Bacterial Cellulose-producing Acetobacter Strains Suitable for Agitated Culture. Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 59 (8), 1498-1502 (1995).
- Shi, Z., Zhang, Y., Phillips, G. O., Yang, G.
- Holland, M. C., Eggensperger, C. G., Giagnorio, M., Schiffman, J. D., Tiraferri, A., Zodrow, K. R. Facile Postprocessing Alters the Permeability and Selectivity of Microbial Cellulose Ultrafiltration Membranes. Environmental Science and Technology. 54 (20), 13249-13256 (2020).
- Le Hoang, S., Vu, C. M., Pham, L. T., Choi, H. J. Preparation and physical characteristics of epoxy resin/ bacterial cellulose biocomposites. Polymer Bulletin. 75 (6), 2607-2625 (2018).
- Vu, C. M., Nguyen, D. D., Sinh, L. H., Pham, T. D., Pham, L. T., Choi, H. J. Environmentally benign green composites based on epoxy resin/bacterial cellulose reinforced glass fiber: Fabrication and mechanical characteristics. Polymer Testing. 61, 150-161 (2017).
- Pavaloiu, R. D., Stoica, A., Stroescu, M., Dobre, T. Controlled release of amoxicillin from bacterial cellulose membranes. Central European Journal of Chemistry. 12 (9), 962-967 (2014).
- Trovatti, E., et al. Biocellulose membranes as supports for dermal release of lidocaine. Biomacromolecules. 12 (11), 4162-4168 (2011).
- Trovatti, E., et al. Bacterial cellulose membranes applied in topical and transdermal delivery of lidocaine hydrochloride and ibuprofen: In vitro diffusion studies. International Journal of Pharmaceutics. 435 (1), 83-87 (2012).
- Shaviv, A., Mikkelsen, R. L. Controlled-release fertilizers to increase efficiency of nutrient use and minimize environmental degradation - A review. Fertilizer Research. 35 (1-2), 1-12 (1993).
- Eggensperger, C. G., et al.
- Schröpfer, S. B., et al. Biodegradation evaluation of bacterial cellulose, vegetable cellulose and poly (3-hydroxybutyrate) in soil. Polimeros. 25 (2), 154-160 (2015).
- Orts, W. J., Glenn, G. M. Reducing soil erosion losses with small applications of biopolymers. ACS Symposium Series. 723, 235-247 (1999).
- Mohite, B. V., Patil, S. V. A novel biomaterial: Bacterial cellulose and its new era applications. Biotechnology and Applied Biochemistry. 61 (2), 101-110 (2014).
- Mikkelsen, R. L. Using hydrophilic polymers to control nutrient release. Fertilizer Research. 38 (1), 53-59 (1994).
- Du, C. W., Zhou, J. M., Shaviv, A. Release characteristics of nutrients from polymer-coated compound controlled release fertilizers. Journal of Polymers and the Environment. 14 (3), 223-230 (2006).
- Serafica, G., Mormino, R., Bungay, H. Inclusion of solid particles in bacterial cellulose. Applied Microbiology and Biotechnology. 58 (6), 756-760 (2002).
- Tomaszewska, M., Jarosiewicz, A. Use of polysulfone in controlled-release NPK fertilizer formulations. Journal of Agricultural and Food Chemistry. 50 (16), 4634-4639 (2002).
- González, M. E., et al. Evaluation of biodegradable polymers as encapsulating agents for the development of a urea controlled-release fertilizer using biochar as support material. Science of the Total Environment. 505, 446-453 (2015).
- Shavit, U., Shaviv, A., Shalit, G., Zaslavsky, D. Release characteristics of a new controlled release fertilizer. Journal of Controlled Release. 43 (2-3), 131-138 (1997).
- Kolakovic, R., Laaksonen, T., Peltonen, L., Laukkanen, A., Hirvonen, J. Spray-dried nanofibrillar cellulose microparticles for sustained drug release. International Journal of Pharmaceutics. 430 (1-2), 47-55 (2012).
- Zaharia, A., et al. Bacterial cellulose-poly(acrylic acid-: Co-N, N ′-methylene-bis-acrylamide) interpenetrated networks for the controlled release of fertilizers. RSC Advances. 8 (32), 17635-17644 (2018).
- Peterson, J. D., Vyazovkin, S., Wight, C. A. Kinetics of the thermal and thermo-oxidative degradation of polystyrene, polyethylene and poly(propylene). Macromolecular Chemistry and Physics. 202 (6), 775-784 (2001).
- Goh, W. N., Rosma, A., Kaur, B., Fazilah, A., Karim, A. A., Bhat, R. Fermentation of black tea broth (kombucha): I. effects of sucrose concentration and fermentation time on the yield of microbial cellulose. International Food Research Journal. 19 (1), 109-117 (2012).
- Zhu, H., Jia, S., Yang, H., Jia, Y., Yan, L., Li, J. Preparation and application of bacterial cellulose sphere: A novel biomaterial. Biotechnology and Biotechnological Equipment. 25 (1), 2233-2236 (2011).
- Nguyen, V. T., Flanagan, B., Gidley, M. J., Dykes, G. A. Characterization of cellulose production by a Gluconacetobacter xylinus strain from Kombucha. Current Microbiology. 57 (5), 449-453 (2008).
- Costa, A. F. S., Almeida, F. C. G., Vinhas, G. M., Sarubbo, L. A. Production of bacterial cellulose by Gluconacetobacter hansenii using corn steep liquor as nutrient sources. Frontiers in Microbiology. 8, 1-12 (2017).
- Watanabe, K., Tabuchi, M., Morinaga, Y., Yoshinaga, F. Structural features and properties of bacterial cellulose produced in agitated culture. Cellulose. 5 (3), 187-200 (1998).
