Name: Produkcja i analiza cegieł biocementowych Sporosarcina pasteurii przy użyciu niestandardowych form drukowanych w 3D do nieograniczonych testów ściskania (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2025-03-07T14:40:00.000+00:00
Duration: 5 min 38 s
Description: Poznaj produkcję biocementu z wykorzystaniem bakterii Sporosarcina pasteurii i niestandardowych form drukowanych w 3D. Ta metoda umożliwia standaryzowane testy wytrzymałościowe cegieł w biotechnologii mikroorganizmów.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Ten materiał jest oparty na badaniach sponsorowanych przez Akademię Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych i Laboratorium Badawcze Sił Powietrznych na podstawie umowy numer FA7000-24-2-0005 (MG). Rząd Stanów Zjednoczonych jest upoważniony do powielania i rozpowszechniania przedruków do celów rządowych, niezależnie od wszelkich informacji o prawach autorskich na nich.

Szczegóły dotyczące używanych odczynników, sprzętu i oprogramowania są wymienione w Tabeli Materiałów.
1. Przygotowanie roztworów i mediów
<ol>
	<li>Brain-Heart Infusion (BHI) - podłoże mocznikowe (1 L)
	<ol>
		<li>Odważyć 37 g proszku BHI za pomocą wagi i dodać do kolby lub zlewki o pojemności 1 l.</li>
		<li>Odważyć 20 g mocznika za pomocą wagi i dodać do tej samej 1 litrowej kolby lub zlewki zawierającej proszek BHI. 
		UWAGA: Nie sterylizować w autoklawie ani nie dodawać wybielacza do materiałów zawierających mocznik. Mocznik rozpada się na amoniak, który może być szkodliwy jako gaz ulatniający się i może reagować z wybielaczem, tworząc toksyczny gaz musztardowy. Wszystkie odpady należy utylizować jako odpady niebezpieczne zgodnie z protokołami bezpieczeństwa instytucji.</li>
		<li>Napełnić 1 litrową kolbę lub zlewkę zawierającą proszek BHI i mocznik 1 litremH2O.</li>
		<li>Wymieszać i przefiltrować, wysterylizować pożywkę za pomocą filtra 0,45 μM do autoklalawowanej kolby lub zlewki.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Roztwór cementowy (1 l)
	<ol>
		<li>Odważyć 20 g mocznika za pomocą wagi i dodać do 1 litrowej kolby lub zlewki.</li>
		<li>Odważyć 10 g NH4Cl (chlorku amonu) za pomocą wagi i dodać do tej samej 1 l kolby lub zlewki zawierającej mocznik. 
		UWAGA: Nie sterylizować w autoklawie ani nie dodawać wybielacza do materiałów zawierających chlorek amonu. Chlorek amonu utworzy równowagę z gazowym amoniakiem, który może być szkodliwy jako gaz ulatniający się i może reagować z wybielaczem, tworząc toksyczny gaz musztardowy. Pozbądź się wszystkich odpadów jako odpadów niebezpiecznych zgodnie z protokołami bezpieczeństwa Twojej instytucji.</li>
		<li>Odważyć 49 g CaCl4,2H 2O (chlorku wapnia) za pomocą wagi i dodać do tej samej 1 l kolby lub zlewki zawierającej mocznik i chlorek amonu.</li>
		<li>Napełnić 1 l kolbę lub zlewkę zawierającą mocznik, chlorek amonu i chlorek wapnia 1 l H2O. 
		UWAGA: Ten roztwór nie jest sterylizowany; Przygotować na świeżo i zużyć w ciągu 48 godzin.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Drukowanie i przygotowanie cegieł (wykonywane na kilka dni przed zabiegiem MICP)
	<ol>
		<li>Załaduj plik STL dla formy do cegieł (plik uzupełniający 1) i urządzenia do ubijania (plik uzupełniający 2) do odpowiedniego programu dla drukarki 3D. 
		UWAGA: Konkretny używany program może się różnić w zależności od innej drukarki 3D. Użyj odpowiedniego programu dla używanej drukarki.</li>
		<li>Wydrukuj formy i urządzenia do ubijania (<silna klasa="xfig">Rysunek 1).</li>
		<li>Przetwarzaj formy zgodnie z wymaganiami drukarki.</li>
		<li>Umieść po jednym magnesie w każdym z odpowiednich otworów magnetycznych w formie, upewniając się, że ładunki są rozmieszczone w taki sposób, że dwie połówki formy przyciągają się i nie odpychają się</li> nawzajem
		<li>Po odpowiednim umieszczeniu magnesów uszczelnij każdy magnes żywicą epoksydową.</li>
		<li>Wybierz dwa koła siatki drucianej o średnicy 1,5 cala i odłóż na bok.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
2. Przygotowanie cegieł (Dzień 0)
UWAGA: Szczegóły dotyczące przygotowania jednej cegły znajdują się tutaj.
<ol>
	<li>Filtruj sterylizować 150 ml pożywki BHI-mocznikowej. Kolbę o pojemności 250 ml należy przelać w autoklawie.</li>
	<li>Przygotować 250 ml roztworu cementowego, nie umieszczać go w autoklalawowanej kolbie o pojemności 250 ml.</li>
	<li>Przygotować izolowaną kulturę smugową S. pasteurii na szalce Petriego z agarem mocznikowym BHI i inkubować w temperaturze 30°C przez 24-48 godzin (S. pasteurii z mrożonego bulionu glicerynowego).</li>
	<li>Kultura starterowa S. pasteurii (dzień 1)
	<ol>
		<li>Przygotuj 1,6 ml kultury starterowej, dodając 1,6 ml pożywki BHI-Urea do probówki hodowlanej.</li>
		<li>Zaszczep kulturę 1 kolonią z płytki smugowej dnia 0.</li>
		<li>Kulturę starterową należy uprawiać w wytrząsarce (150 obr./min) w temperaturze 30 °C przez noc.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Wzrost kultury (dzień 2)
	<ol>
		<li>Sprawdź kulturę starterową, aby potwierdzić wzrost (widoczny jako zwiększone zmętnienie).</li>
		<li>Dodać 40 ml pożywki BHI-mocznik do 250 ml autoklalawowanej kolby. Wlać 1,6 ml kultury starterowej do kolby. Inkubować i wstrząsać w temperaturze 30 °C przez 7 godzin.</li>
		<li>Dodać dodatkowe 40 ml pożywki BHI-mocznik do kolby. Umieścić kolbę w wytrząsarce w temperaturze 20 ° C na noc (~16 h).</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Ceglana obróbka S. pasteurii (dzień 3)
	<ol>
		<li>Dodać dodatkowe 40 ml pożywki BHI-mocznik do kolby hodowlanej na noc i kontynuować inkubację S. pasteurii w temperaturze 20 ° C.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Przygotuj formy do cegieł (Dzień 3) (patrz <silna klasa="xfig">Rysunek 2).
	<ol>
		<li>Umieść gumowe uszczelki w odpowiednich miejscach na formach. Połącz dwie połówki form, upewniając się, że uszczelki są uszczelnione, a wszystkie magnesy są połączone.</li>
		<li>Dodaj okrąg z drobnej siatki drucianej na dno cylindrycznej formy do cegły, aby piasek nie wpadł przez otwór w formie.</li>
		<li>Napełnij formę piaskiem lub innym materiałem do linii po wewnętrznej stronie formy i mocno ubij.</li>
		<li>Umieść kolejny okrąg siatki drucianej na wierzchu piasku, aby pokryć całą górną powierzchnię i ponownie ubić.</li>
		<li>Umieść formę na pojemniku na odpady, aby złapać przepływ</li>.
	</ol>
	</li>
	<li>Przebieg zabiegu (dzień 3)
	<ol>
		<li>Wlej 40 ml kultury S. pasteurii na piasek i pozwól jej wsiąknąć. Odczekaj 45 min.</li>
		<li>Wlej 80 ml roztworu cementowego na wierzch piasku. Poczekaj 30 minut.</li>
		<li>Wlej 40 ml kultury S. pasteurii na wierzch piasku. Poczekaj 30 minut.</li>
		<li>Wlej 80 ml roztworu cementowego na wierzch piasku. Poczekaj 30 minut.</li>
		<li>Wlej 40 ml kultury S. pasteurii na wierzch piasku. Poczekaj 30 minut.</li>
		<li>Wlej 80 ml roztworu cementowego na wierzch piasku. Pozostaw cegłę w spokoju na co najmniej 48 godzin lub do momentu, gdy piasek wyschnie.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Sprawdź produkt końcowy (dzień 5).
	<ol>
		<li>Ostrożnie otwórz formy, dzieląc formę na pół i zwalniając nacisk z magnesów. Delikatnie wyjmij cegłę z formy. 
		UWAGA: Jeśli piasek wydaje się mokry, forma będzie musiała wyschnąć przez kolejny dzień lub dwa przed wyjęciem cegły z formy (im bardziej sucha cegła, tym łatwiej ją usunąć).</li>
		<li>Umieść cegłę na ręczniku papierowym, aby kontynuować suszenie przez 3 tygodnie przed wykonaniem próby ściskania.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Czyszczenie form (dzień 5)
	<ol>
		<li>Po wyjęciu cegły z formy oddziel uszczelki i siatkę drucianą od każdej połowy formy.</li>
		<li>Namocz siatkę drucianą w roztworze 70% etanolu na 24 godziny przed spłukaniem wodą. Do oczyszczenia siatki może być wymagane lekkie szorowanie.</li>
		<li>Opłucz foremki 70% etanolem i wyszoruj szczotką z miękkim włosiem, gąbką lub innym urządzeniem czyszczącym co najmniej 3 razy, następnie wyczyść wodą z mydłem, a następnie wysusz na powietrzu</li>
		<li>Opłucz uszczelki 70% etanolem, a następnie wyczyść je wodą z mydłem, a następnie wysusz na powietrzu.</li>
	</ol>
	</li>
</ol>
3. Próba kompresji (Dzień 25)
<ol>
	<li>Przeanalizuj wszystkie cegły pod kątem wytrzymałości, korzystając z nieograniczonego testu ściskania16.
	<ol>
		<li>Upewnij się, że okrągłe końce cegły są płaskie i równe. Jeśli końce nie są równe, użyj pilnika lub innego urządzenia, aby wyrównać powierzchnie. 
		UWAGA: Końce cegły powinny być w większości płaskie, jeśli siatka druciana została prawidłowo nałożona. Bardzo ważne jest, aby końce cegły były jak najbardziej równe, aby zapewnić dokładny pomiar wytrzymałości.</li>
	</ol>
	</li>
	<li>Umieść cegłę w zapinanej na zamek lub szczelnie zamkniętej plastikowej torbie i umieść cegłę w plastikowej torbie tak, aby płaskie powierzchnie cegły nie były pokryte szwem, aby uzyskać gładkie, płaskie pokrycie.</li>
	<li>Umieść cegłę na dolnej płycie załadunkowej. Umieść płaską i równą płytę załadowczą na wierzchu cegły.</li>
	<li>Zastosuj około 1 funt nacisku na cegłę za pomocą nieograniczonej maszyny do prób ściskania.</li>
	<li>Tarować odczyt cyfrowy.</li>
	<li>Zwiększać obciążenie w sposób ciągły zgodnie ze specyfikacją maszyny, aż do osiągnięcia całkowitego uszkodzenia konstrukcyjnego cegły.</li>
	<li>Zapisz maksymalne obciążenie nośne dla każdej cegły. Wykonaj żądaną analizę statystyczną, aby ocenić wyniki.</li>
</ol>

<ol><li>Xiao, Y., He, X., Zaman, M., Ma, G., Zhao, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+of+strength+improvements+of+biocemented+soils%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Geomech%22%5BJournal%5D)">Review of strength improvements of biocemented soils.</a> Int J Geomech. 22 (11), 03122001(2022).</li>
<li>Hottle, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Environmental+life-cycle+assessment+of+concrete+produced+in+the+United+States%5BTitle%5D)+AND+%22J+Clean+Prod%22%5BJournal%5D)">Environmental life-cycle assessment of concrete produced in the United States.</a> J Clean Prod. 363, 131834(2022).</li>
<li>Miller, S. A., John, V. M., Pacca, S. A., Horvath, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Carbon+dioxide+reduction+potential+in+the+global+cement+industry+by+2050%5BTitle%5D)+AND+%22Cem+Concr+Res%22%5BJournal%5D)">Carbon dioxide reduction potential in the global cement industry by 2050.</a> Cem Concr Res. 114, 115-124 (2018).</li>
<li>Cement Technology Roadmap: Carbon Emissions Reductions up to 2050. , IEA. Paris. 
 <a target="_blank" href="https://www.iea.org/reports/cement-technology-roadmap-carbon-emissions-reductions-up-to-2050">https://www.iea.org/reports/cement-technology-roadmap-carbon-emissions-reductions-up-to-2050</a> (2009).</li>
<li>Rodgers, L. Climate change: The massive CO2 emitter you may not know about. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aRodgers%2C+L+%22BBC+News%22">BBC News</a>. 17 (12), https://www.bbc.com/news/science-environment-46455844 (2018).</li>
<li>Imbabi, M. S., Carrigan, C., Mckenna, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trends+and+developments+in+green+cement+and+concrete+technology%5BTitle%5D)+AND+%22Int+J+Sustain+Built+Environ%22%5BJournal%5D)">Trends and developments in green cement and concrete technology.</a> Int J Sustain Built Environ. 1 (2), 194-216 (2012).</li>
<li>THE 17 GOALS | Sustainable Development. , 
 <a target="_blank" href="https://sdgs.un.org/goals">https://sdgs.un.org/goals</a> (2024).</li>
<li>Lehne, J., Preston, F. Making Concrete Change: Innovation in low-carbon cement and concrete. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aLehne%2C+J+%22Chatham+House%22">Chatham House</a>. , 
 <a target="_blank" href="https://www.chathamhouse.org/2018/06/making-concrete-change-innovation-low-carbon-cement-and-concrete">https://www.chathamhouse.org/2018/06/making-concrete-change-innovation-low-carbon-cement-and-concrete</a> (2018).</li>
<li>Zhang, G. -Y., Wang, X. -Y. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aZhang%2C+G-Y+%22Materials%22">Materials</a>. 16, 4705(2023).</li>
<li>Jiang, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Zero-emission+cement+plants+with+advanced+amine-based+CO2+capture%5BTitle%5D)+AND+%22Environ+Sci+Technol%22%5BJournal%5D)">Zero-emission cement plants with advanced amine-based CO2 capture.</a> Environ Sci Technol. 58 (16), 6978-6987 (2024).</li>
<li>Iqbal, D. M., Wong, L. S., Kong, S. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Bio-cementation+in+construction+materials%3A+A+review%5BTitle%5D)+AND+%22Materials%22%5BJournal%5D)">Bio-cementation in construction materials: A review.</a> Materials. 14 (9), 2175(2021).</li>
<li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbial-induced+calcium+carbonate+precipitation%3A+Influencing+factors%2C+nucleation+pathways%2C+and+application+in+wastewater+remediation%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Total+Environ%22%5BJournal%5D)">Microbial-induced calcium carbonate precipitation: Influencing factors, nucleation pathways, and application in wastewater remediation.</a> Sci Total Environ. 860, 160439(2023).</li>
<li>Fu, T., Saracho, A. C., Haigh, S. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Microbially+induced+carbonate+precipitation+%28MICP%29+for+soil+strengthening%3A+A+comprehensive+review%5BTitle%5D)+AND+%22Biogeotechnics%22%5BJournal%5D)">Microbially induced carbonate precipitation (MICP) for soil strengthening: A comprehensive review.</a> Biogeotechnics. 1 (1), 100002(2023).</li>
<li>Güneyli, H., Rüşen, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+length-to-diameter+ratio+on+the+unconfined+compressive+strength+of+cohesive+soil+specimens%5BTitle%5D)+AND+%22Bull+Eng+Geol+Environ%22%5BJournal%5D)">Effect of length-to-diameter ratio on the unconfined compressive strength of cohesive soil specimens.</a> Bull Eng Geol Environ. 75, 793-806 (2016).</li>
<li>Gebresamuel, H. T., Melese, D. T., Boru, Y. T., Legese, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Effect+of+specimens%27+height+to+diameter+ratio+on+unconfined+compressive+strength+of+cohesive+soil%5BTitle%5D)+AND+%22Stud+Geotech+Mech%22%5BJournal%5D)">Effect of specimens' height to diameter ratio on unconfined compressive strength of cohesive soil.</a> Stud Geotech Mech. 45 (2), 112-132 (2023).</li>
<li>Vigil, T. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Surface-displayed+silicatein-%CE%B1+enzyme+in+bioengineered+E.+coli+enables+biocementation+and+silica+mineralization%5BTitle%5D)+AND+%22Front+Syst+Biol%22%5BJournal%5D)">Surface-displayed silicatein-α enzyme in bioengineered E. coli enables biocementation and silica mineralization.</a> Front Syst Biol. 4, 1377188(2024).</li>
<li>Choi, S. -G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Review+on+geotechnical+engineering+properties+of+sands+treated+by+microbially+induced+calcium+carbonate+precipitation+%28MICP%29+and+biopolymers%5BTitle%5D)+AND+%22Constr+Build+Mater%22%5BJournal%5D)">Review on geotechnical engineering properties of sands treated by microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) and biopolymers.</a> Constr Build Mater. 246, 118415(2020).</li>
<li>Heveran, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Engineered+ureolytic+microorganisms+can+tailor+the+morphology+and+nanomechanical+properties+of+microbial-precipitated+calcium+carbonate%5BTitle%5D)+AND+%22Sci+Rep%22%5BJournal%5D)">Engineered ureolytic microorganisms can tailor the morphology and nanomechanical properties of microbial-precipitated calcium carbonate.</a> Sci Rep. 9 (1), 14721(2019).</li>
</ol>

Autorzy deklarują brak konfliktu interesów. Niniejszy manuskrypt został zatwierdzony do publicznego rozpowszechniania. Numer PA: USAFA-DF-2024-777. Poglądy wyrażone w tym artykule są poglądami autorów i niekoniecznie reprezentują oficjalne stanowisko lub politykę rządu Stanów Zjednoczonych, Departamentu Obrony lub Departamentu Sił Powietrznych.

Kroki krytyczne Ten protokół biocementacji wykorzystuje S. pasteurii MICP do produkcji biocementowanych cegieł cylindrycznych, które nadają się do nieograniczonych testów ściskania. Jednym z najbardziej krytycznych czynników w testach nieograniczonego ściskania jest kształt i struktura próbki. Upewnij się, że górna i dolna część cylindra są płaskie, a wysokość cegły jest jak najbliższa 3 cali; Przejście nieco powyżej 3-calowego znaku wysokości jest lepsze niż zejście poniżej. Podczas stosow...

jest głównym materiałem budowlanym dla projektów budowlanych na całym świecie1,2. Jedno z badań wykazało, że cement jest drugim najczęściej zużywanym materiałem na świecie, ustępując jedynie water3. Każdego roku produkuje się prawie 4,1 miliarda ton cementu4,5. Tradycyjna produkcja, przetwarzanie i stosowanie cementu powoduje prawie 8% globalnej emisji CO2 rocznie6. Ze względu na wysoki popyt, a jednocześnie szkodliwy wpływ tradycyjnej produkcji cementu, nowatorska, neutralna pod względem emisji dwutlenku węgla metoda cementowania jest najwyższym priorytetem dla globalnych celów zrównoważonego rozwoju7,8,9,10.
Biocementacja to proces wykorzystywania mikroorganizmów do produkcji cementu, kleju lub substancji, która może być użyta do stworzenia solidnej powierzchni lub struktury1,11. Najbardziej dobrze zdefiniowany proces biocementacji polega na użyciu bakterii ureolitycznych do wytrącania węglanu wapnia, łączenia cząstek w utwardzony materiał cementowy12,13.
Rozważając ekologiczną alternatywę dla tradycyjnego cementu, alternatywa musi również spełniać oczekiwania dotyczące wytrzymałości cementu. Test nieograniczonego ściskania to pomiar analityczny używany do określenia wytrzymałości na ścinanie skały, materiału budowlanego lub próbki gleby14. Aby zapewnić skuteczne badanie ścinania, próbka musi być przygotowana zgodnie ze standardami branżowymi, które obejmują stosunek średnicy do wysokości 1:2 i kształt cylindryczny15. Stworzono specjalnie zaprojektowaną formę wydrukowaną w 3D, aby spełnić te standardy i zwiększyć wydajność w wykonywaniu protokołu MICP. Te specjalnie zaprojektowane formy pozwalają na przepływową aplikację i drenaż sekwencyjnych zabiegów MICP. Kulturę bakteryjną i roztwór cementowy można łatwo nałożyć na górny zbiornik, który następnie przepływa przez formę i przechodzi przez otwór wyłożony siatką u podstawy formy. Foremki są zaprojektowane tak, aby spoczywały na zlewce lub innym pojemniku na odpady. Forma jest podzielona na pół w pionie, aby umożliwić łatwe rozformowanie cementowanej cegły. Jest utrzymywany razem przez osiem magnesów przymocowanych do ramy formy i uszczelnionych żywicą epoksydową, aby zapobiec uszkodzeniom magnesów w wyniku wystawienia na działanie roztworów MICP. Dwie połówki zawierają również wpuszczany rowek do umieszczenia gumowej uszczelki, która pomaga uszczelnić formę i zapobiec wyciekom. Wewnątrz cylindrycznej formy znajduje się rowek wskazujący poziom wypełnienia piasku / gleby, aby wytworzyć cegłę o wysokości 3 cali; Przestrzeń nad tym rowkiem jest przeznaczona do wykorzystania jako zbiornik do aplikacji roztworów do uzdatniania. Kawałek siatki drucianej umieszczony nad dolnym otworem po wewnętrznej stronie formy, po skonstruowaniu, zapobiega wypadaniu piasku lub ziemi przez dno formy. Dodatkowo na wierzchu piasku lub gleby umieszcza się kawałek siatki drucianej, aby pomóc w równomiernym rozprowadzeniu nałożonych roztworów i zapewnić, że uformowana cegła ma równą górę bez ostrych grzbietów, które mogłyby wpłynąć na wyniki testu ściskania bez ograniczeń.
Formy zostały zaprojektowane przy użyciu oprogramowania do projektowania wspomaganego komputerowo (CAD), a plik STL (Plik uzupełniający 1 i plik uzupełniający 2) został wygenerowany z pliku CAD (Plik uzupełniający 3 i Plik uzupełniający 4)". Ten plik STL został przesłany do programu drukarki 3D, a następnie wydrukowany. Po wydrukowaniu form zastosowano system strumienia wody do usunięcia materiału podporowego wygenerowanego z drukarki 3D, pozostawiając ostateczną strukturę wydrukowaną w 3D. Dołączono również plik do drukowania urządzenia do ubijania, które pomaga w zagęszczaniu piasku / gleby w formie i tworzeniu równej górnej powierzchni.

<table><tbody><tr><td>Drukarka 3D</td><td>Stratasys</td><td>Objet 30 V3</td><td>Objet30 Pro V3.0 Biurkowa drukarka</td></tr><tr><td>3D Materiał drukarki 3D</td><td>Stratasys</td><td>OBJ-04066</td><td>Rigur RGD450 Model</td></tr><tr><td>Materiał Materiał drukarki 3D Stratasys</td><td></td><td>OBJ-04020</td><td>Sup 705 Materiał nośny</td></tr><tr><td>Chlorek amonu</td><td>Fisher Scientific</td><td>A661-500</td><td>Każdy inny chlorek amonu powinien działać, producent nie powinno mieć znaczenia</td></tr><tr><td>Rosół z naparu z serca mózgu</td><td>Millipore</td><td>53286</td><td>Każdy inny bulion z naparem do serca mózgu powinien działać, producent nie powinien mieć znaczenia</td></tr><tr><td>Chlorek wapnia dwuwodny</td><td>VWR&nbsp;</td><td>BDH9224</td><td>Każdy inny dwuwodny chlorek wapnia powinien działać, producent nie powinien mieć znaczenia</td></tr><tr><td>Gruboziarnisty piasek</td><td>" s</td><td>470016-902</td><td>Specjalna mieszanka piasku i żwiru i naprężenie gliniane</td></tr><tr><td>Desktop</td><td>Water Jet Stratasys</td><td>OBJ-01400</td><td>System strumienia wody do obróbki końcowej wydruków 3D</td></tr><tr><td>Klej epoksydowy</td><td>Gorilla 4200102 Klej</td><td></td><td>epoksydowy GORILLA Klej: epoksydowy, 0.8 uncji, strzykawka, przezroczysty, gruby</td></tr><tr><td>płynny drobny piasek</td><td>Sandtastik</td><td>PLA25</td><td>&nbsp; Zagraj w piasek w błyszczącej bieli</td></tr><tr><td>Materiał uszczelki</td><td>McMaster-Carr</td><td>8525T65</td><td>Monomer etylenowo-propylenowo-dienowy (EPDM) o grubości 1/16 "</td></tr><tr><td>GrabCAD</td><td>Stratasys</td><td>GrabCAD</td><td>Oprogramowanie drukarki 3D</td></tr><tr><td>GrabCAD Magnesy</td><td>K& J Magnetics</td><td>D64-N52</td><td>Magnes neodymowy klasy N52</td></tr><tr><td>SolidWorks 2021</td><td>Dassault Syst&egrave; Oprogramowanie CAD mes</td><td>SolidWorks 2021</td><td></td></tr><tr><td>Sporosarcina pasteurii</td><td></td><td></td><td>Szczep: ATCC 11859 / DSM 33</td></tr><tr><td>Próżniowy kubek filtracyjny 0,45 i mikro; m</td><td>VWR</td><td>10040-450</td><td></td></tr><tr><td>Siatka druciana 1,5 " Średnica tarcz</td><td>McMaster-Carr</td><td>2812T43</td><td>Materiał siatki stalowej</td></tr></tbody></table>

produkcja i analiza cegieł biocementowych sporosarcina pasteurii przy użyciu niestandardowych form drukowanych w 3d do nieograniczonych testów ściskania

Production and Analysis of Sporosarcina pasteurii Biocement Bricks Using Custom 3D-Printed Molds for Unconfined Compression Tests

Cement jest kluczowym materiałem budowlanym używanym w wielu konstrukcjach na całym świecie, od fundamentów domów po zabytki historyczne i drogi. Jest to krytyczny i obfity materiał na całym świecie. Jednak tradycyjna produkcja cementu jest głównym czynnikiem przyczyniającym się do powstawania przez człowieka emisji CO2 w atmosferze, co prowadzi do emisji gazów cieplarnianych i zmian klimatycznych. Wytrącanie kalcytu indukowane mikrobiologicznie (MICP) to proces biologiczny, w którym Sporosarcina pasteurii lub inne bakterie wytwarzają materiał cementowy, który jest tak mocny jak tradycyjny cement, ale biocement jest neutralny pod względem emisji dwutlenku węgla. Ta metoda produkcji biocementu MICP jest obiecującą technologią i jest obecnie aktywnie badana przez wiele firm, krajów i grup badawczych. Przedstawiony tutaj protokół wykorzystuje specjalnie zaprojektowane, wielokrotnego użytku, wydrukowane w 3D formy do przepływowej obróbki MICP gleby lub piasku, produkując cylindryczne cegły, które spełniają standardowe specyfikacje dla nieograniczonych testów ściskania. Indywidualne, wolnostojące formy zwieńczone zbiornikiem umożliwiają wygodne równoległe testowanie wielu zmiennych i powtórzeń. Protokół ten przedstawia reakcję S. pasteurii MICP oraz tworzenie, montaż i wykorzystanie drukowanych w 3D form do generowania cylindrycznych cegieł z biocementu.

Konstrukcję formy wydrukowanej w technologii 3D przedstawiono na Rycina 1 oraz Rycina 2. Pozytywne wyniki objawiają się w postaci cegły, która zachowuje swój kształt po wyjęciu z formy i po 3 tygodniach suszenia stanowi zwartą strukturę, którą można łatwo przenosić przy minimalnej utracie materiału podczas dotykania. Jeśli cegła nie jest zwarta i dochodzi do jej kruszenia się lub znacznej utraty materiału podczas dotykania lub przesuwania, mogło dojść do błędu p...

Sporosarcina pasteurii to bakteria ureolityczna, która rozkłada mocznik na węglan i amon. Węglan łączy się z wapniem, tworząc węglan wapnia, tworząc sieć krystaliczną, która zakotwicza otaczające cząstki w celu wytworzenia biocementu. Jest to wygodny protokół do używania form drukowanych w 3D do tworzenia cegieł biocementowych nadających się do testów ściskania.

Produkcja i analiza cegieł biocementowych Sporosarcina pasteurii przy użyciu niestandardowych form drukowanych w 3D do nieograniczonych testów ściskania

Cement is a key building material used in many structures across the globe, from foundations for homes to historical monuments and roadways. It is a ...

W badaniach zbadano indukowane mikrobiologicznie wytrącanie kalcytu przy użyciu S.pasteurii do produkcji cegieł biocementowych. Bada skuteczność form drukowanych w 3D w optymalizacji produkcji biocementu i testach wytrzymałościowych. Obecnie ten eksperyment wymaga znacznego zaangażowania czasowego, ponieważ trwa około pięciu dni od początku do zakończenia i nie ma idealnego czasu na wstrzymanie eksperymentu po jego rozpoczęciu.Nasz protokół wykorzystuje drukowane w 3D formy wielokrotnego użytku do przepływu przez obróbkę MICP, umożliwiając standaryzowane cylindryczne cegły do nieograniczonych testów ściskania, umożliwiając jednocześnie wygodne równoległe testowanie wielu zmiennych i powtórzeń. Na początek wysterylizuj filtrem 150 mililitrów pożywki mocznikowej BHI i autoklaw kolby o pojemności 250 mililitrów. Przygotuj 250 mililitrów roztworu cementowego.Dodaj 1,6 mililitra pożywki mocznikowej BHI do probówki hodowlanej i zaszczep pożywkę jedną kolonią z płytki ze smugami dnia zerowego. Hoduj kulturę starterową w wytrząsarce z prędkością 150 obrotów na minutę w temperaturze 30 stopni Celsjusza przez noc. Następnego dnia sprawdź kulturę starterową pod kątem wzrostu, co potwierdza zwiększone zmętnienie.Teraz dodaj 40 mililitrów pożywki mocznikowej BHI do 250-mililitrowej autoklawizowanej kolby. Wlej 1,6 mililitra kultury starterowej do kolby i inkubuj ją w wytrząsarce w temperaturze 30 stopni Celsjusza przez siedem godzin. Po inkubacji dodać dodatkowe 40 mililitrów pożywki mocznikowej BHI do kolby i umieścić kolbę w wytrząsarce w temperaturze 20 stopni Celsjusza przez noc lub na 16 godzin.Teraz dodaj dodatkowe 40 mililitrów pożywki mocznikowej BHI do kolby hodowlanej na noc i kontynuuj inkubację Sporosarcina pasteurii w temperaturze 20 stopni Celsjusza. Umieść gumowe uszczelki w odpowiednich miejscach na formach. Połącz dwie połówki form, upewniając się, że uszczelki są uszczelnione, a wszystkie magnesy są połączone.Dodaj okrąg z drobnej siatki drucianej na dno cylindrycznej formy do cegieł, aby piasek nie wpadł przez otwór. Teraz wypełnij formę piaskiem lub innym materiałem aż do linii wewnętrznej i mocno ubij. Następnie umieść kolejny okrąg siatki drucianej na wierzchu piasku, aby pokryć całą powierzchnię i ponownie ubić.Teraz umieść formę na pojemniku na odpady, aby złapać przepływ. Wlej 40 mililitrów kultury na piasek i pozwól jej wsiąknąć przez 45 minut. Następnie wlej 80 mililitrów roztworu cementowego na wierzch piasku.Po 30 minutach wlej 40 mililitrów kultury na piasek i odczekaj kolejne 30 minut. Ponownie wlej 80 mililitrów roztworu cementowego na piasek, a następnie po 30 minutach wlej 40 mililitrów kultury na wierzch. Po pół godzinie inkubacji wlej 80 mililitrów roztworu cementowego na piasek i pozostaw cegłę w spokoju na co najmniej 48 godzin lub do momentu, gdy piasek wyschnie.Piątego dnia podziel formę na pół i zwolnij nacisk z magnesów, aby usunąć cegłę z formy. Następnie umieść cegłę na ręczniku papierowym, aby kontynuować suszenie przez trzy tygodnie przed wykonaniem próby ściskania. W celu przeprowadzenia próby ściskania umieść cegłę na dolnej płycie obciążeniowej nieograniczonej maszyny do prób ściskania i płaskiej płycie obciążeniowej na wierzchu cegły.Korzystając z maszyny do prób ściskania, przyłóż około jednego funta nacisku na cegłę, a następnie użyj odczytu cyfrowego, aby zresetować pomiar ciśnienia. Na koniec należy w sposób ciągły zwiększać obciążenie zgodnie ze specyfikacją maszyny, aż cegła osiągnie uszkodzenie konstrukcyjne. Zapisz maksymalne obciążenie nośne dla każdej cegły.Wydrukowana w 3D forma z powodzeniem zachowała kształt cegły, wytwarzając cegły, które po trzech tygodniach suszenia wydawały się solidne przy minimalnych stratach materiału podczas przenoszenia. Cegły, które wykazywały kruszenie się lub znaczne ubytki materiału w dotyku, wskazywały na błąd w przygotowaniu podłoża lub kultury. Formy użyto do testowania podłoży z grubego i drobnego piasku, produkując po cztery cegły dla każdego rodzaju.Średnie maksymalne obciążenie cegieł z gruboziarnistego piasku wynosiło 95.125 funtów na cal kwadratowy, podczas gdy cegły z drobnego piasku wytrzymywały średnie maksymalne obciążenie 49.625 funtów na cal kwadratowy. Możliwość drukowania form 3D w razie potrzeby pozwoliła na jednoczesne testowanie zmiennych, zmniejszając zmienność eksperymentalną.

production-analysis-sporosarcina-pasteurii-biocement-bricks-using

Research

JoVE Journal

Bioengineering

Bioinżynieria

Protokoły dla mikrobiologicznie indukowanego wytrącania kalcytu (MICP) przy użyciu bakterii Sporosarcina pasteurii są przedstawione tutaj. Wytrącony węglan wapnia scharakteryzowano za pomocą mikroskopii optycznej i skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM). Wykazano również, że ekspozycja na MICP zwiększa wytrzymałość gąbki na ściskanie.

Mikrobiologicznie indukowane wytrącanie kalcytu za pośrednictwem Sporosarcina pasteurii

Przedstawiono protokół uzyskiwania profilu chlorków rozpuszczalnych w wodzie przy użyciu metody mielenia o wysokiej precyzji.

Wykrywanie rozpuszczalnego w wodzie rozkładu chlorków w zaczynach cementowych w bardzo precyzyjny sposób

Ten protokół opisuje podejście do produkcji kompozytu cementowego wzmocnionego włóknem stalowym poprzez zastosowanie jednolitego pola elektromagnetycznego. Wyrównany kompozyt cementowy wzmocniony włóknem stalowym wykazuje lepsze właściwości mechaniczne niż zwykły zbrojony włóknami.

Przygotowanie wyrównanego kompozytu cementowego wzmocnionego włóknem stalowym i jego zachowanie przy zginaniu

Ten protokół opisuje platformę do produkcji samodzielnie składających się pierścieni tkankowych w różnych rozmiarach przy użyciu dostosowanej formy z tworzywa sztucznego wydrukowanej w 3D. Negatywy PDMS są utwardzane w formie wydrukowanej w 3D; następnie agaroza jest odlewana w utwardzonych negatywach PDMS. Komórki są wysiewane do powstałych studzienek agarozowych, gdzie agregują się w pierścienie tkankowe.

Wytwarzanie niestandardowych studzienek agarozowych do wysiewu komórek i samomontażu pierścieni tkankowych przy użyciu form drukowanych w 3D

Tutaj prezentujemy szybką, łatwą i tanią metodę wytwarzania niestandardowych form polidimetylosiloksanowych, które mogą być używane do produkcji hydrożelowych tkanek inżynieryjnych o skomplikowanej geometrii. Dodatkowo opisujemy wyniki ocen mechanicznych i histologicznych przeprowadzonych na zmodyfikowanych tkankach serca wytworzonych tą techniką.

Specjalnie zaprojektowane formy do kultur tkankowych od mistrzów trawionych laserowo

Ten protokół opisuje procedurę wyrażania świeżego roztworu porów z systemów cementowych oraz pomiar jego składu jonowego za pomocą fluorescencji rentgenowskiej. Kompozycję jonową można wykorzystać do obliczenia rezystywności elektrycznej roztworu porowego, którą można wykorzystać, wraz z rezystywnością elektryczną, do określenia współczynnika powstawania.

Ekspresja cementowego roztworu porowego oraz analiza jego składu chemicznego i rezystywności za pomocą fluorescencji rentgenowskiej

Tutaj prezentowana jest technologia mikrobiologicznie indukowanego wytrącania kalcytu (MICP) w celu poprawy właściwości gleby przez zanurzenie.

Poprawa jakości gleby piaszczystej poprzez indukowane mikrobiologicznie wytrącanie kalcytu (MICP) przez zanurzenie

Niniejszym zaproponowaliśmy protokół ilustrujący wpływ morfologii powierzchni agregatu na mikrostrukturę ITZ. Obraz SEM-BSE poddano analizie ilościowej w celu uzyskania gradientu porowatości ITZ za pomocą cyfrowego przetwarzania obrazu, a następnie zastosowano algorytm grupowania K-średnich w celu ustalenia związku między gradientem porowatości a chropowatością powierzchni.

Wyznaczanie morfologii powierzchni kruszywa w międzyfazowej strefie przejściowej (ITZ)

Przedstawiamy tutaj zoptymalizowaną metodologię produkcji kompozytów na bazie grzybni (MBC) z petrochemikaliów i materiałów zanieczyszczających do zastosowań termoizolacyjnych. Aby stać się neutralnym dwutlenkiem węgla i zrównoważonym, rozwiązaniem mogą być materiały biobazowane i kompostowalne, takie jak biokompozyt grzybni. Aby ustalić, czy spełniają standardy konstrukcyjne, przeprowadzono kilka eksperymentów.

Produkcja i testowanie zachowania wilgoci oraz właściwości termicznych słomy rzepakowej i żywicy Ganoderma Mycelium Bio-Composites

Opisujemy metody hodowli pęcherzyków jajników w nowej, wolnej od rusztowania agarozowej pleśni, które uzupełniają gametogenezę in vitro .

Produkcja i stosowanie konfigurowalnych form agarozowych do hodowli pęcherzyków jajników myszy wolnych od rusztowania

Poznaj produkcję biocementu z wykorzystaniem bakterii Sporosarcina pasteurii i niestandardowych form drukowanych w 3D. Ta metoda umożliwia standaryzowane testy wytrzymałościowe cegieł w biotechnologii mikroorganizmów.

Produkcja i analiza cegieł biocementowych Sporosarcina pasteurii przy użyciu niestandardowych form drukowanych w 3D do nieograniczonych testów ściskania (Wideo) | JoVE Journal

Produkcja i analiza cegieł biocementowych Sporosarcina pasteurii przy użyciu niestandardowych form drukowanych w 3D do nieograniczonych testów ściskania

Przeglądaj więcej filmów