Production et analyse de briques de biociment Sporosarcina pasteurii à l’aide de moules imprimés en 3D personnalisés pour des tests de compression en clair

La recherche étudie la précipitation de calcite induite par les microbes à l’aide de S. pasteurii pour produire des briques de biociment. Il explore l’efficacité des moules imprimés en 3D dans l’optimisation de la production de biociment et les tests de résistance. À l’heure actuelle, cette expérience nécessite un engagement de temps important car elle prend environ cinq jours du début à la fin, et il n’y a pas de moment idéal pour mettre l’expérience en pause une fois commencée.

Notre protocole utilise des moules réutilisables imprimés en 3D pour l’écoulement grâce au traitement MICP, ce qui permet d’obtenir des briques cylindriques standardisées pour des tests de compression non confinés tout en permettant des tests parallèles pratiques de plusieurs variables et répétitions. Pour commencer, filtrez 150 millilitres de milieu d’urée BHI et autoclavez une fiole de 250 millilitres. Préparez 250 millilitres de solution de scellement.

Ajoutez 1,6 millilitre de milieu d’urée BHI dans un tube de culture et inoculez le milieu avec une colonie à partir de la plaque de stries du jour zéro. Cultivez la culture de démarrage dans un agitateur à 150 tours par minute à 30 degrés Celsius pendant la nuit. Le lendemain, inspectez la culture de démarrage pour détecter la croissance, ce qui est confirmé par une turbidité accrue.

Maintenant, ajoutez 40 millilitres de milieu d’urée BHI dans la fiole autoclavée de 250 millilitres. Versez la culture de démarrage de 1,6 millilitre dans le ballon et incubez-la dans un agitateur à 30 degrés Celsius pendant sept heures. Après l’incubation, ajoutez 40 millilitres supplémentaires de milieu d’urée BHI dans le ballon et placez le ballon dans un agitateur à 20 degrés Celsius pendant la nuit ou pendant 16 heures.

Maintenant, ajoutez 40 millilitres supplémentaires de milieu d’urée BHI dans le flacon de culture de nuit et continuez à incuber Sporosarcina pasteurii à 20 degrés Celsius. Placez les joints en caoutchouc dans les espaces appropriés sur les moules. Connectez les deux moitiés des moules, en vous assurant que les joints sont scellés et que tous les aimants sont connectés.

Ajoutez un cercle de treillis métallique fin au fond du moule à brique cylindrique pour empêcher le sable de tomber à travers le trou. Maintenant, remplissez le moule de sable ou d’un autre matériau jusqu’à la ligne interne et tassez fermement. Ensuite, placez un autre cercle de treillis métallique sur le dessus du sable pour couvrir toute la surface et tassez à nouveau.

Maintenant, placez le moule sur un récipient à déchets pour récupérer le flux. Versez 40 millilitres de la culture sur le sable et laissez-la pénétrer pendant 45 minutes. Ensuite, versez 80 millilitres de solution de cimentation sur le sable.

Après 30 minutes, versez 40 millilitres de culture sur le sable et attendez encore 30 minutes. Encore une fois, versez 80 millilitres de solution de cimentation sur le sable, puis versez 40 millilitres de culture sur le dessus après 30 minutes. Après une demi-heure d’incubation, versez 80 millilitres de solution de cimentation sur le sable et laissez la brique intacte pendant au moins 48 heures ou jusqu’à ce que le sable semble sec.

Le cinquième jour, divisez le moule en deux et relâchez la pression des aimants pour retirer la brique du moule. Placez ensuite la brique sur une serviette en papier pour continuer à sécher pendant trois semaines avant d’effectuer un test de compression. Pour l’essai de compression, placez la brique sur la plaque de chargement inférieure de la machine d’essai de compression non confinée et une plaque de chargement plate sur le dessus de la brique.

À l’aide de la machine d’essai de compression, appliquez environ une livre de pression sur la brique, puis utilisez l’affichage numérique pour réinitialiser la mesure de pression. Enfin, appliquez une charge croissante en continu selon les spécifications de la machine jusqu’à ce que la brique atteigne une défaillance structurelle. Notez la charge portante maximale pour chaque brique.

Le moule imprimé en 3D a réussi à conserver la forme de la brique, produisant des briques qui semblaient solides après trois semaines de séchage avec une perte de matériau minimale lors de la manipulation. Les briques qui présentaient un effritement ou une perte importante de matière au contact indiquaient une erreur dans la préparation du milieu ou de la culture. Des moules ont été utilisés pour tester des substrats de sable grossier et fin, produisant quatre briques pour chaque type.

La charge maximale moyenne pour les briques de sable grossier était de 95,125 livres par pouce carré, tandis que les briques de sable fin ont résisté à une charge maximale moyenne de 49,625 livres par pouce carré. La possibilité d’imprimer en 3D des moules selon les besoins a permis d’effectuer des tests variables simultanés, réduisant ainsi les variations expérimentales.