Summary
Этот протокол представляет собой простой и недорогой метод формирования сфер бактериальной целлюлозы (БК). Этот биоматериал может функционировать как инкапсуляционная среда для твердых материалов, включая биоуголь, полимерные сферы и отходы шахт.
Abstract
Бактериальные целлюлозные (BC) сферы все чаще исследуются с момента популяризации BC как нового материала. Данный протокол представляет собой доступный и простой метод производства сферы БК. В дополнение к получению этих сфер, был также идентифицирован метод инкапсуляции для твердых частиц. Для получения сфер BC вода, черный чай, сахар, уксус и бактериальная культура объединяются в сбитую колбу и содержимое перемешивают. После определения надлежащих условий культивации для формирования сферы БК, их способность инкапсулировать твердые частицы была проверена с использованием биоугля, полимерных шариков и шахтных отходов. Сферы были охарактеризованы с помощью программного обеспечения ImageJ и термического гравиметрического анализа (TGA). Результаты показывают, что сферы диаметром 7,5 мм могут быть изготовлены за 7 дней. Добавление различных частиц увеличивает средний диапазон размеров капсул BC. Сферы инкапсулируют 10 - 20% их сухой массы. Этот метод показывает недорогую сферу производства и инкапсуляции, что возможно с легко доступными материалами. Сферы BC могут быть использованы в будущем в качестве средства удаления загрязняющих веществ, покрытия удобрений с контролируемым высвобождением или изменения почвы.
Introduction
Бактериальная целлюлоза (BC) была отмечена за ее потенциальное использование в промышленности благодаря ее механической прочности, высокой чистоте и кристалличности, способности удерживать воду и сложной структуре волокна1,2,3,4. Эти характеристики делают BC благоприятным биоматериалом для различных применений, включая биомедицинские, пищевые и экологические восстановительные видыиспользования1. Формирование пленки BC может быть сделано с культурами отдельных организмов или смешанными культурами, такими как те, которые используются для чайного гриба5,ферментированного чайного напитка. Пивоварение чайного гриба опирается на «Симбиотическую культуру бактерий и дрожжей», широко известную как SCOBY. Используя эту симбиотическую культуру организмов, аналогичная техника используется для создания сфер БК. Этот биоматериал может быть использован для изоляции загрязнителей окружающей среды и закрепления сельскохозяйственных поправок, таких как биоуголь, для достижения более эффективного производства сельскохозяйственных культур.
В предыдущей литературе обсуждалось, как характеристики БК, полученные в перемешанные условия, сравниваются с характеристиками БК, полученными в стационарной культуре. Стационарная культура приводит к пленке, которая образуется на границе раздела жидкость-воздух, в то время как встряхнутая культура приводит к изменению частиц BC, нитей и сфер, взвешенных внутри жидкости6. Многие исследования ссылались на утверждение, что коммерческое производство БК более осуществимо в динамических условиях6,7,что дает обоснование для применения метода этой статьи. Кроме того, были проведены различные исследования структуры и свойств сфер БК. Toyosaki et al.6 сравнили сбитые с толку и гладкостенные колбы Эрленмейера в их перемешанных bc-производства. Исследование Hu и Catchmark4 определило условия для сфер BC, которые использовались в качестве ориентиров для текущего процесса производства сферы BC, и их результаты показывают, что размер сферы не продолжает увеличиваться через 60 часов. Обзор производства BC Mohammad et al.1 показывает, что встряхивание культуры BC обеспечивает равномерное снабжение и распределение кислорода, что необходимо для успешного роста BC. Holland et al.8 изучили кристалличность и химическую структуру БК с помощью рентгеновской дифракции и инфракрасной спектроскопии с преобразованием Фурье. Предполагается, что капсулы BC будут демонстрировать аналогичные характеристики, и будущие исследования будут изучать структурные свойства. Исследования также изучали полезные эффекты использования BC для получения улучшенных биокомпозитов. Используя эпоксидную смолу в качестве основы, исследователи показали, что добавление BC улучшает характеристики материала, такие как усталостный срок службы, ударная вязкость, а также прочность на растяжение и изгиб9,10. Как показали прошлые и текущие исследования, многие заинтересованы в коммерциализации использования BC.
Многие исследователи исследовали бактериальную целлюлозу в системах с контролируемым высвобождением, и метод, описанный здесь, генерирует капсулы, которые могут быть использованы в качестве систем контролируемого высвобождения. Большая часть этих исследований сосредоточена на контролируемом высвобождении в биомедицинской области, а также на некоторых исследованиях в области администрирования удобрений с контролируемым высвобождением (CRF). Основываясь на успехе контролируемого высвобождения BC амоксициллина11,лидокаина12и ибупрофена13,BC может демонстрировать аналогичные характеристики доставки с другими веществами, такими как гранулированное удобрение. Обзор ОФД от Shaviv и Mikkelsen14 признает, что ОФД более эффективны, экономят трудозатраты и, как правило, вызывают меньшую деградацию окружающей среды, чем обычное применение удобрений. Бактериальная целлюлоза может работать как благоприятный инкапсулирующий материал для ХПН. Удобрения могут выщелачиваться из мембран БК или разряжаться по мере биоразложенияБК 15,16. Высокая набухающая способность BC может также выступать в качестве полезной почвенной поправки17,18,19, потому что как питательные веществаудобрения,так и влага могут выделяться в землю при применении сфер BC. С этими признаками ОФД, образованный сферной инкапсуляцией BC, может иметь преимущество перед другими материалами для покрытия удобрениями, которые могут иметь негативные последствия на этапах их производства и утилизации. Адаптация BC в удобрение может еще больше улучшить технологии CRF. Снижая скорость высвобождения удобрений, культуры будут иметь достаточно времени для поглощения удобрения и предотвращения избыточного стока в водоемы, тем самым уменьшая эвтрофикацию и некисообразные зоны. Аналогичные удобрения с медленным высвобождением были подготовлены и опробованы с использованием полимерных покрытий20.
В отличие от протоколов, изложенных в предыдущих исследованиях, этот фокусируется на равномерном, сплоченном производстве сферы, а не на высоком выходе целлюлозы. Кроме того, инкапсуляция BC других твердых веществ была изучена с помощью целлюлозных пленок, но не сфер21. Расширяя исследования бактериальных целлюлозных сфер, можно сделать дальнейшие шаги для коммерческого производства BC, что выгодно из-за экологически безопасных характеристик BC. Этот метод изготовления сферы BC использует недорогие, легкодоступные кулинарные ингредиенты. После первоначальной сборки сферы БК начинают формироваться в течение 2 дней без помех. Производство сфер BC с помощью этой стратегии требует небольшого пространства и имеет продукт, ферментированный чайный гриб. Методы инкапсуляции, упомянутые в других исследованиях, включают покрытия, образованные с помощью метода инверсии фаз22,23,матричного образования24,распылительной сушки25и прямой инкапсуляции во время синтеза26. Метод прямой инкапсуляции, описанный в этой рукописи, полезен для тех, кто хочет простого и недорогого процесса, использующем легкодоступные материалы.
Благодаря этому исследованию был создан успешный протокол для производства и инкапсуляции сферы БК. Сферы BC могут инкапсулировать твердые частицы биоугля, шахтных хвостов и полистирольных микрошариков в их отдельных структурах. Хотя BC еще не широко используется в промышленности, он является практичным, устойчиво изготовленным и естественным материалом, который может быть использован для будущих применений.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Создание и поддержание закваски бактериальной целлюлозы
- Получают заквасочную культуру бактериальной целлюлозы, примерно 50 г, в виде SCOBY. Его можно приобрести в коммерческих целях (например, у Cultures for Health). Поместите SCOBY в 1-литный муляж, накрытый бумажным полотенцем.
- Отварить 700 мл деионизированной воды, переложить ее в отдельный сосуд от того, который содержит SCOBY, и добавить 85 г сахарозы.
- Как только сахароза растворится, добавьте 2 пакетика черного чая (4,87 г). Заварите чай в течение 1 ч, затем аккуратно извлеките чайные пакетики с помощью стержня для перемешивания.
- Добавьте в чай 200 мл дистиллированного белого уксуса. Дайте смеси остыть до 25 °C. После охлаждения добавьте 700 мл чая комнатной температуры в замок, содержащий SCOBY.
ВНИМАНИЕ: Добавление кислого чая, когда он слишком горячий, может нанести вред организмам в SCOBY. - Накройте щупер бумажным полотенцем и закрепите его резинкой, а затем поместите его в зону хранения, которая поддерживает температуру 25 °C. Это судно обычно называют стоковой культурой или гостиницей.
- Чтобы сохранить SCOBY здоровым, требуется техническое обслуживание около 2 раз в месяц.
- Используя руки в перчатках, чтобы удерживать коврики SCOBY, сливите жидкость из отеля в отдельный замок. В емкость с жидкостью добавьте достаточно кислый чай на 700 мл раствора.
- Растворить 65 г сахарозы в емкости с кислым чаем. Ожидая, пока сахароза растворится, тщательно промойте коврики SCOBY в воде DI.
- Как только сахароза полностью растворится, жидкость может быть добавлена в замок, содержащий промывные маты SCOBY. Накройте замок и верните его в зону инкубации.
2. Производство бактериальных целлюлозных сфер
ПРИМЕЧАНИЕ: Соблюдайте осторожность при работе с кипятком. Убедитесь, что стеклянная посуда выдерживает температуру кипящей воды, не содержит дефектов и соответствует размеру. Схема, описывающая производство сфер БК, приведена на рисунке 1.
- Вскипятите 350 мл деионизированной воды с помощью чайника. Переложите горячую воду на 500 мл. Растворите 42,5 г гранулированной сахарозы в горячей воде с помощью стержня.
- Когда сахароза полностью растворится, заварите 1 пакетик черного чая (2,54 г) в колбе, содержащей сахарозу и воду, в течение 1 ч. После этого удалите чайный пакетик с помощью стержня, позаботившись о том, чтобы не сломать чайный пакетик, а затем выбросите его в мусорное ведро.
- Добавьте в щупер 100 мл дистиллированного белого уксуса, а затем тщательно перемешайте смесь. Переложите 80 мл кислой чайной смеси в 250 мл перегородивую колбу. Дайте чайной смеси остыть до комнатной температуры, 20 - 25 °C.
ПРИМЕЧАНИЕ: На этом этапе смесь можно оставить остывать на ночь или до тех пор, пока она не будет подготовлена к следующему этапу. - Как только температура жидкости будет при комнатной температуре (20 - 25 °C), добавьте 20 мл жидкости для микробной закваски в сбитую с толку колбу. Эту жидкость можно получить в отеле SCOBY. Накройте колбу парапленкой.
- Поместите сбитую с толку колбу на орбитальный встряхивающий стол и установите скорость до 125 оборотов в минуту (об/мин). Дайте смеси встряхнуться в течение 3 дней в помещении или инкубаторе с температурой от 20 - 25 °C для получения сфер BC.
ПРИМЕЧАНИЕ: Если в содержимом колбы образуются неправильные формы или если целлюлозные сгустки прилипают к стенкам колбы, их следует удалить, чтобы предотвратить дальнейшее образование неправильных масс BC. Используйте пинцет для удаления нежелательных масс BC, включая тонкие струны, кольца, трубчатые формы и другие явно несферические формы. - Как только сферы сформируются, аккуратно вылейте их из колбы и проанализируйте, утилизируйте или используйте их способом, не описанным в этой статье.
3. Использование бактериальных целлюлозных сфер для инкапсуляции частиц или загрязняющих веществ
- Выполните шаги 2.1-2.5 выше.
- После встряхивания в течение 3 дней добавить в сбитую колбу около 0,01 г мелко измельченных твердых частиц. Соответствующие твердые вещества включают биоуголь (260 ± 140 мкм), шахтные отходы (350 ± 140 мкм) и полистирольные микрошары (3 мкм). Данные для этих материалов приведены в разделе «Репрезентативные результаты». Пожалуйста, ознакомьтесь с прилагаемой таблицей материалов для получения дополнительных описаний биоугля, отходов шахт и микрошарусов.
- Снова накройте колбу парапленкой и поместите ее обратно на орбитальный шейкер, используя ту же скорость и температуру окружающей среды (20 - 25 ° C) еще на 3 дня. Удалите инкапсулированные частицы BC для анализа, удаления или других целей.
Рисунок 1. Изготовление бактериальной целлюлозной сферы и инкапсуляция твердых частиц. Шаг 1 включает в себя сочетание бактериальной культуры с черным чаем, сахаром и уксусом в сбитой с толку колбе. Диски в биржевой культуре представляют собой маты BC. Затем сбитую с толку колбу помещают на орбитальный встряхивающий стол на 3 дня. На среднем шаге показано, как твердые тела добавляются в колбу после образования сфер BC. Колбу встряхивают еще 3 дня. На заключительном этапе сферы BC продолжали увеличиваться в размерах и инкапсулировали твердые частицы. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Сферы БК имеют самые быстрые темпы роста в течение первых 48 ч культуры(рисунок 2). На рисунке 2 также показано, как сферы имеют тенденцию достигать максимального среднего размера, а затем остаются постоянными. В этом эксперименте сферы достигли среднего диаметра 7,5 ± 0,2 мм. Хотя сферы BC никогда полностью не ухудшались в течение 10-дневного периода роста, они начали формировать усики, которые простираются от основного тела сферы примерно на восьмой день. Это видно на рисунке 2E,наиболее заметно на большой сфере в левом верхнем углу.
Применение метода инкапсуляции, описанного в данной работе, приводит в среднем к 57 ± 4 бактериальным целлюлозным сферам диаметром от 3 до 12 мм(рисунок 3). На рисунке 3 также видно, что добавление твердых тел к сферам BC не оказывает последовательного влияния на размер или частоту сферы. Скорость орбитального сотрясения, температура окружающей среды и образование неправильных частиц, по-видимому, являются основными факторами, которые влияют на форму, размер и частоту сферических частиц. На рисунке 4 показано, как слишком высокая комнатная температура и неправильное удаление неправильных масс могут изменить BC из неповрежденнойсферы (рисунок 4B)в звездчатые частицы(рисунок 4A)или нитевидные сгустки(рисунок 4C).
Для определения фракции инкапсулированных твердых веществ в сферах БК был проведен термический гравиметрический анализ на четырех различных образцах БК. Четыре проверенных образца были BC, BC с биоугля, BC с полистирольными микрошарусами и BC с отходами шахты. На рисунке 5 показано, как вели себя отдельные образцы при воздействии высокой температуры в газообразном азоте. Из пунктирной линии, представляющей сферы БК с отходами шахты, видно, что 18,7% этого образца составляли отходы шахты по весу, что свидетельствует об успешной инкапсуляции. Пунктирная линия показывает, что 14,5% этого образца содержали биоуголь. Эти проценты были рассчитаны путем вычитания простого массового процента BC из массового процента образцов с добавленными твердыми телами. Поскольку BC и полистирол разлагаются при одинаковых температурах, кривые массы производных были деконволютированы, чтобы отделить разложение полимера от разложения целлюлозы(рисунок 6). Этот анализ показывает, что 13% потерь массы в этом образце соответствует термической деградации полистирола. Поскольку термическая деградация аккуратного полистирола приводит к потере массы примерно на 100%27,по оценкам, все 13% массы образца соответствуют инкапсулированным полистирольным шарикам. На рисунке 7 показано, что раствор микробусина синего полистирола привел к синему BC(рисунок 7D). Эти высушенные массы BC являются образцами, которые использовались для TGA.
Рисунок 2. Рост бактериальной целлюлозы. (A) Диаметр капсул бактериальной целлюлозы с течением времени; фотографии капсул бактериальной целлюлозы в(B)1 день,(C) 3 дня,(D),7 дней и(E)10 дней. Бактериальную целлюлозу выращивали при 20 - 25 °C в сбитой с толку колбе Эрленмейера на орбитальном шейкере при 125 об/мин. Изображения бактериальных целлюлозных сфер были сделаны с помощью Gel Doc XR, а анализ размеров был выполнен с использованием ImageJ. Данные на панели А представлены в виде среднего значения с полосами погрешночности, обозначающими стандартное отклонение (n ≥ 8). Шкала представляет собой 10 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 3. Распределение капсул по размерам через 7 дней. С (A) без добавления твердых веществ; (B)биоуголь; (C)пластиковые микроволнники; и(D)твердые шахтные отходы. Бактериальную целлюлозу выращивали при температуре от 20 до 25 °C в сбитой с толку колбе Эрленмейера на орбитальном шейкере при 145 об/мин. Питательные среды содержали 0,0101-0,0114% добавок. Изображения бактериальных целлюлозных сфер были сделаны с помощью Gel Doc XR, а анализ размеров был выполнен с использованием ImageJ. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 4. Возможные результаты неоптимальных экспериментов. (A)Частицы звездчатого целлюлозы бактериального целлюлозы, образующиеся при 30 °C и 140 об/мин; (B)СФЕРИЧЕСКИЙ ШАР BC, образованный при 20 - 25 °C и 125 об/мин; и(C)глобулы BC образуются при 20 - 25 °C и 140 об/мин, когда неправильные формы не удаляются из колбы по мере их формирования. Черно-белые изображения были сделаны с помощью Gel Doc XR, а цветная фотография была сделана с помощью Surface Pro. Все изображения были проанализированы с помощью ImageJ, и все шкалы представляют 10 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 5. Фракция инкапсулированных твердых веществ. (A)Термические гравиметрические следы капсул; с (B) без добавления твердых веществ; (C)биоуголь; (D)пластиковые микроволнники; и(E)шахтные отходы. До TGA образцы сушили на бумажном полотенце в течение 3 дней, чтобы удалить лишнюю воду. Термические гравиметрические анализы проводили с нагревом рампы от 4 °C/мин до 800 °C в газообразном азоте. Изображения бактериальных целлюлозных сфер были сделаны с помощью Gel Doc XR. Красные стрелки указывают на инкапсулированные твердые частицы. Шкала представляет собой 10 мм. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 6. Массовый процент инкапсуляции определяется путем сравнения дифференциальных профилей TGA (A)BC с полистирольными микробусиками и(B)равнинными BC. Дифференциальный профиль TGA равнины BC может быть оснащен четырьмя кривыми Гаусса, которые выглядят в почти одинаковых величинах в BC с полистирольными шариками. Однако пятый пик (показан красным цветом), сосредоточенный вокруг температуры разложения полистирола, также появляется в последнем. Этот пик был приписан термическим разложением, связанным с полистирольными шариками. Площадь под ним, 13%, соответствует процентам потерь массы, связанным с полистиролом. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Рисунок 7. BC образцы сушат на бумажном полотенце в покрытой чашке Петри. (A)и(B)Простая бактериальная целлюлоза; (C)BC с биоугом; (D)BC с пластиковыми микробусиками; и(E)BC с отходами шахт. Изображение было сделано с помощью Surface Профессиональная и проанализировано с помощью ImageJ. Шкала представляет 1 см. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
В этом протоколе описываются методы производства и инкапсуляции сферы BC, которые просты в проведении и экономически эффективны. Благодаря различным корректировкам первоначального протокола был определен адекватный процесс. Необходимо предпринять важнейшие шаги для обеспечения жизнеспособности сфер. Все ингредиенты, участвующие в формировании BC, играют ключевую роль в здоровье и долговечности сфер. Сахароза питает организмы, чай обеспечивает азот, а уксус понижает рН до оптимальных условий для предотвращения нежелательных загрязнений28. Другой важной переменной в этом методе является температура. Чай необходимо охладить до комнатной температуры (около 25 °C) перед добавлением микробной закваски. Если организмы подвергаются воздействию высоких температур, рост сферы БК может быть ингибирован. Температура помещения, в котором трясется колба, также влияет на ростсферы 3,28,29. Встряхивание при комнатной температуре выше 30 °C приводит к образованию неправильных форм BC(рисунок 4A). В процессе инкапсуляции ключевым шагом является создание сфер BC перед добавлением твердых частиц. Это связано с наблюдением, что присутствие посторонних предметов в колбе тормозило рост БК.
Различные условия культуры влияют на успех производства сферы BC, как также показано Hu и Catchmark4. BC лучше всего сформировался в сбитых с толку колбах на орбитальном встряхиваемом столе. Наличие загородок ускорило развитие сферы по сравнению с гладкостенными колбами6. Обычное перемешивание магнитным стерженом предотвращало образование сфер. Кроме того, различные соотношения микробной закваски и чайной смеси повлияли на генерацию и изобилие сфер. Первоначально к 140 мл чайной среды добавляли 3 мл закваски (2,10 массового процента раствора). После продолжения испытаний количество микробной закваски было увеличено при одновременном уменьшении объема чайной среды. Конечными использованными количествами были 20 мл микробной закваски (20 масс.%) и 80 мл чайной смеси. Для скорости вращения формирование сферы BC не было успешным при встряхивания на скоростях ниже 100 об/мин. Скорости 125, 140 и 150 об/мин создают сферы, но имеют дисперсию в размере, количестве и форме сферы, как сообщалосьранее 6,29.
Как процесс формирования БК, агитированная культура предпочтительнее статической культуры, как было сказаноранее 2. По сравнению с методами, описанными в других исследованиях, этот менее сложен и требует меньше материалов. В другой литературе упоминается приготовление запасной культуры BC путем сначала ферментации статической или перемешиваемойсреды,а затем сбора клеток BC для инокуляции в основной культуре3,4,6,28,29,30. Некоторые методы сбора клеток включают энергичное встряхивание, затем фильтрацию30,смешивание, затем фильтрацию4и центрифугирование3,29. Клетки BC, включенные в этот производственный процесс, всегда доступны в контейнерах для микробных заквасок, поэтому сбор клеток не требуется. Более того, внося в существующую литературу еще один метод формирования сферы БК, более достижимо коммерческое использование БК. Это выгодно из-за экологически чистых свойств bc29,31.
Хотя BC является интересным и потенциально ценным биоматериалом, все еще существуют проблемы для его широкого использования, поскольку предыдущие исследования указывают на18,32. В этом методе имеются несоответствия с размером и формой сферы БК. Трубчатые и прядеподобные структуры иногда образуются всредах2,18,32. BC также прилипает к стенкам колбы, образуя кольца, которые иногда становятся взвешенными в жидкости, и должны быть удалены, чтобы предотвратить дальнейшее образование неровностей. Хотя однородные сферы обеспечивают последовательный научный анализ, они могут не требоваться для некоторых промышленных применений. Другой проблемой является время культуры, с минимальной продолжительностью не менее 2 дней. Чтобы преодолеть период ожидания, производители могли бы производить сферы в шахматном порядке или реактор непрерывного потока для стабильной поставки сфер BC. Даже учитывая эти проблемы, сферы BC представляют собой интересный метод устойчивого производства бактериальной целлюлозы и способности инкапсулировать различные материалы в матрицу BC.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Авторам нечего раскрывать.
Acknowledgments
Эта работа является продолжением проекта Montana Tech Research Assistant Mentorship Program Адольфо Мартинеса, Кэтрин Малхолланд, Тайлера Сомервилля и Лорел Биттерман. Исследование было спонсировано Национальным научным фондом в рамках гранта No. OIA-1757351 и Научно-исследовательская лаборатория Командования по развитию боевых возможностей армии (соглашение о сотрудничестве No W911NF-15-2-0020). Любые мнения, выводы и заключения или рекомендации, выраженные в этом материале, являются мнениями авторов и не обязательно отражают взгляды Национального научного фонда или Армейской исследовательской лаборатории. Мы также хотели бы поблагодарить Эми Куэнци, Ли Ричардса, Кейтлин Элли, Криса Гэммонса, Макса Вольгенанта и Криса Боша за их вклад.
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).
