Zandgrond verbetering door microben geïnduceerde calciet precipitatie (MICP) door onderdompeling
12 september 2019
Hier, microbieel geïnduceerde calciet neerslag (micp) technologie wordt gepresenteerd ter verbetering van de bodemeigenschappen door onderdompeling.
De onderdompeling methode aangetoond in dit protocol helpen onderzoeker verwijderen ongebroken MICP-behandelde bodemmonster voor mechanische testen door middel van verschillende schimmel. Deze techniek helpt MICP-behandeld bodemmonster krijgen meer uniforme neergeslagen calciumcarbonaat. Die MICP-behandelde bodemmonsters krijgen ook betere mechanische eigenschappen via deze methode.
Het belangrijkste aspect van deze techniek is om ervoor te zorgen dat de activiteit van bacteriën goed genoeg is voor MICP-proces om tijdrovende en materiële verspilling te voorkomen. Het ontwerpen van geschikte mallen voor verschillende toepassing wordt beschouwd als een ander belangrijk aspect voor onderzoekers die van plan zijn om deze techniek te selecteren voor de eerste keer. Om te beginnen, breng 0,1 milliliter bacteriële suspensie over naar een centrifugebuis gevuld met 10 milliliter vers groeimedium.
Meng goed door het omkeren en vervolgens los het deksel van de buis om aërobe omstandigheden te handhaven. Bereid zes buizen van bacteriële suspensies met groeimedium en een controle buis met 10 milliliter van verse groei medium alleen. Incubeer alle buizen in een shaker bij 200 RPM en 30 graden Celsius gedurende 48 tot 72 uur.
Als het groeimedium troebel wordt na 48 uur, stop dan de incubatie. Centrifugeren de buizen met bacteriën en groeimedium op 4.000 keer g gedurende 20 minuten. Verwijder de supernatant, vervang door 25 milliliter vers groeimedium en meng goed met behulp van een vortexmachine.
Dan, om de cultuur van bacteriën te verbeteren, breng 0,25 milliliter van de suspensie van de buizen in nieuwe buizen met 25 milliliter groeimedium om te inenten. Incubeer alle buizen in een shaker bij 200 RPM en 30 graden Celsius gedurende 48 uur. Centrifugeren de buizen met bacteriën en groeimedium op 4.000 keer g gedurende 20 minuten.
Verwijder de supernatant, vervang met vers groeimedium en meng goed met behulp van een vortexmachine. Meet de optische dichtheid van de ophanging op 600 nanometer op een spectrofotometer. Pas de bacterieconcentratie aan met vers groeimedium op een OD600 van 0,6.
Voeg ongeveer 140 gram droog Ottawa zand met 99,7% snoeren in mallen door de lucht pluviatie methode om een mediane dichte toestand met relatieve dichtheid te bereiken in het bereik van 42 tot 55%en zand droge dichtheid in het bereik van 1,58 tot 1,64 gram per kubieke centimeter. Plaats een deksel op de top van de monsters en bevestig het door naaien. Giet de bacteriële oplossing door de doorlaatbare geotextielbekleding in de monsters.
Wanneer stromende bacteriële oplossing wordt waargenomen op de bodem van bodemmonsters, worden ze beschouwd als verzadigd. Plaats vervolgens de monsters op de plank. Dompel de hele plank onder in een batchreactor gevuld met cementeringsmedia.
Zet de luchttoevoer aan en pas de luchtoutput aan om 100% luchtverzadiging te behouden. Wacht op zeven dagen van MICP reactie. Haal de monsters uit de reactor.
Gebruik een mes om de full-contact flexibele mal te snijden. Was vervolgens de monsters met water om de restoplossing in de porieruimten te verwijderen. Plaats de monsters in een oven van 105 graden Celsius gedurende 48 uur totdat hun gewichten constant blijven.
Voor de synthetische vezel, meng 2,7 gram van de vezels en 900 gram van het droge zand in kleine stappen met de hand om een uniform mengsel met 0,3% vezelgehalte te verkrijgen. Voor de natuurlijke palmvezel, bereid vier delen van zand met 190 gram per stuk. Bereid drie lagen vezels met ongeveer 1,8 gram per stuk.
Voeg de vier delen van zand en drie lagen vezels in stijve full-contact mal met tussenpozen. Herhaal vervolgens de MICP-behandeling zoals voorheen. In dit protocol werd neergeslagen calciumcarbonaat waargenomen in het met MICP behandelde monster.
Het met MICP behandelde monster was verdeeld in drie verschillende gebieden. Het calciumcarbonaatgehalte van het met MICP behandelde monster door de onderdompelingsmethode varieerde van 9,0 tot 9,5%, wat aangeeft dat het neergeslagen calciumcarbonaat gelijkmatig over het bodemmonster werd verdeeld. De stress stam curven van bio-baksteen versterkt met drie lagen van palmvezel en onversterkte bio-baksteen toonde de flexure sterkte van onversterkte bio-baksteen was 1, 150 kilopascals, terwijl die van versterkte bio-baksteen was 980 kilopascals.
De flexurest werd aanzienlijk verbeterd door toevoeging van de palmvezel. Het is zeer belangrijk om de activiteit van bacteriën oplossing voor MICP proces te waarborgen. Zo niet, dan is het onzeker om succesvol te zijn in het experiment.
Zodra het experiment mislukt, moet het een verspilling van tijd en materialen. Na deze procedure kunnen verschillende mallen worden ontworpen voor verschillende experimentele doeleinden door middel van MICP techniek. De invloed van MICP op verschillende soorten structuur of verschillende materialen kan worden gesimuleerd door deze mallen.
Bekijk het volledige transcript en krijg toegang tot duizenden wetenschappelijke video's
Overzicht
Dit artikel presenteert een methode voor de technologie van microbieel geïnduceerde calcietprecipitatie (MICP), gericht op het verbeteren van bodemeigenschappen via immersie. De immersietechniek maakt het mogelijk om MICP-behandelde bodemmonsters effectief te verwijderen voor mechanisch onderzoek, wat resulteert in een meer uniforme precipitatie van calciumcarbonaat.
Belangrijkste studiecomponenten
Wetenschappelijk vakgebied
- Bodemkunde
- Microbiologie
- Milieutechniek
Achtergrond
- Microbiële geïnduceerde calcietprecipitatie (MICP) is een proces dat de sterkte en stabiliteit van de bodem verbetert.
- De immersiemethode is van cruciaal belang voor het verkrijgen van uniforme, met MICP behandelde bodemmonsters.
- Het behoud van bacteriële activiteit is essentieel voor het succes van het MICP-proces.
- Het ontwerpen van geschikte mallen voor verschillende toepassingen is noodzakelijk voor een effectieve implementatie.
Doel van de studie
- Om de immersiemethode voor met MICP behandelde bodemmonsters te demonstreren.
- Om de mechanische eigenschappen van behandelde bodem te verbeteren door uniforme neerslag van calciumcarbonaat.
- Om richtlijnen te bieden voor onderzoekers die voor het eerst MICP-technologie gebruiken.
Gebruikte methoden
- Bereiding van een bacteriële suspensie in een groeimedium.
- Onderdompeling van bodemmonsters in het MICP-proces.
- Mechanische beproeving van met MICP behandelde bodemmonsters.
- Ontwerpen van mallen voor diverse toepassingen in bodembehandeling.
Belangrijkste resultaten
- De immersiemethode levert een meer uniforme neerslag van calciumcarbonaat op.
- Bodemmonsters die met MICP zijn behandeld, vertonen verbeterde mechanische eigenschappen.
- Actieve bacteriële culturen zijn cruciaal voor een effectieve MICP.
- Een goed ontwerp van de mal verbetert de toepassing van de MICP-technologie.
Conclusies
- De immersiemethode is effectief voor MICP bij bodembehandeling.
- Met deze techniek is een uniforme precipitatie van calciumcarbonaat haalbaar.
- Onderzoekers moeten rekening houden met de bacteriële activiteit en het ontwerp van de mal voor een succesvolle implementatie.
Veelgestelde vragen
Relevantie voor de industrie
Deze methode maakt uniforme biomineralisatie in bodemmatrices mogelijk en biedt een biologisch gestuurde benadering voor materiaalsstabilisatie. De immersietechniek ondersteunt reproduceerbare depositie van calciumcarbonaat, wat cruciaal is voor het evalueren van de functionele prestaties in geomateriaaltoepassingen. Een dergelijke controle over de distributie van het precipitaat helpt bij het beperken van risico's met betrekking tot biologische materiaalinteracties tijdens de screening van formuleringen in een vroeg stadium.
Strategische Toepassingen in Biofarmaceutische R&D
Vroege Ontdekking & Targetvalidatie
- Wetenschappelijke waarde: Maakt onderzoek mogelijk naar microbiële metabole activiteit als drijfveer voor de vorming van anorganische neerslagen.
- Operationele waarde: Ondersteunt de gestandaardiseerde beoordeling van bacterieel gemedieerde materiaalaanpassingen onder gecontroleerde immersieomstandigheden.
Screening & Assayontwikkeling
- Wetenschappelijke waarde: Faciliteert de kwantitatieve meting van de distributie van het precipitaat als een functionele readout van de microbiële effectiviteit.
- Operationele waarde: Maakt gestandaardiseerde monstervoorbereiding over verschillende schimmeltypen mogelijk om de reproduceerbaarheid van de assay te verbeteren.
Translationeel & Preklinisch Onderzoek
- Wetenschappelijke waarde: Demonstreert de continuïteit van de bereiding van de microbiële cultuur tot de uiteindelijke beoordeling van de materiaaleigenschappen.
- Operationele waarde: Benadrukt het ontwerp van de mal als een schaalbare variabele om de methode aan te passen aan verschillende structurele formaten.
Integratie van pijplijn & workflow
De methode past binnen vroege discovery-workflows waarbij biologische activiteit gekoppeld moet worden aan tastbare materiële output, wat het toetsen van hypothesen over microbiële functies in materiaalsystemen mogelijk maakt.
- Ontdekkingsbiologie: Valideert de gereedheid van de bacteriële cultuur via waarneembare neerslagvorming als indicator voor metabole functie.
- Screening: Garandeert een uniforme blootstelling van monsters aan cementatiemedia, waardoor variabiliteit in functionele resultaten wordt verminderd.
- Analytica: Levert een meetbaar calciumcarbonaatgehalte als kwantitatieve output voor het vergelijken van condities.
- Translationeel Onderzoek: Verbindt microbiële procescontrole met downstream mechanische prestaties, ter ondersteuning van beslissingen over materiaalaanpassingen.
- Bedrijfsbrede Hergebruik: Vestigt een herbruikbaar kader voor het testen van microbiële invloeden op materiaaleigenschappen over verschillende formuleringen heen.
Operationele & Bedrijfsimpact
- Wetenschappelijke waarde: Biedt een biologisch onderbouwd mechanisme voor materiaalstabilisatie, waardoor de afhankelijkheid van synthetische additieven wordt verminderd.
- Operationele waarde: Verbetert de reproduceerbaarheid door gestandaardiseerde immersie en monsterbereiding met behulp van mallen.
- Strategische waarde: Ondersteunt go/no-go-beslissingen door microbiële activiteit te koppelen aan meetbare materiaalresultaten.
- Impact op portfolio: Maakt een risico-gecorrigeerde evaluatie van biologische systemen mogelijk voor toepassingen in materiaalmodificatie.
Overwegingen voor implementatie
- Vereist expertise in het onderhoud van microbiologische culturen en aseptische technieken.
- Afhankelijk van incubatie-infrastructuur met gecontroleerde temperatuur en schudcapaciteit.
- Vereist een gestandaardiseerd vormontwerp om een consistente monstergeometrie over verschillende experimenten te waarborgen.
- Omvat het monitoren van de optische dichtheid en het verwijderen van het supernatant om de levensvatbaarheid van de cultuur te behouden.
- Beperkt door de afhankelijkheid van aanhoudende bacteriële activiteit voor een effectieve generatie van het precipitaat.
