Производство и анализ биоцементного кирпича Sporosarcina pasteurii с использованием изготовленных на заказ 3D-печатных форм для испытаний на неограниченное сжатие

В исследовании изучается микробно-индуцированное осаждение кальцита с использованием S.pasteurii для производства биоцементных кирпичей. В нем исследуется эффективность напечатанных на 3D-принтере пресс-форм для оптимизации производства биоцемента и испытаний на прочность. В настоящее время этот эксперимент требует значительных временных затрат, так как от начала до конца требуется примерно пять дней, и нет идеального времени для приостановки эксперимента после его начала.

В нашем протоколе используются многоразовые 3D-печатные формы для обработки MICP, что позволяет стандартизировать цилиндрические кирпичи для испытаний на сжатие без ограничений, обеспечивая при этом удобное параллельное тестирование нескольких переменных и реплик. Для начала процеживаем 150 миллилитров мочевинной среды BHI и автоклавируем колбу объемом 250 миллилитров. Приготовьте 250 миллилитров цементационного раствора.

Добавьте 1,6 миллилитра среды мочевины BHI в пробирку для культивирования и инокулируйте среду одной колонией из тарелки нулевого дня. Выращивайте закваску в шейкере со скоростью 150 оборотов в минуту при температуре 30 градусов Цельсия в течение ночи. На следующий день осмотрите закваску на предмет роста, что подтверждается повышенным помутнением.

Теперь добавьте 40 миллилитров мочевины BHI в 250-миллилитровую автоклавную колбу. Насыпьте в колбу закваску объемом 1,6 миллилитра и выдержите ее в шейкере при температуре 30 градусов Цельсия в течение семи часов. После инкубации добавьте в колбу еще 40 миллилитров среды мочевины BHI и поместите колбу в шейкер при температуре 20 градусов Цельсия на ночь, или на 16 часов.

Теперь добавьте еще 40 миллилитров среды мочевины BHI в колбу для ночных культур и продолжайте инкубацию Sporosarcina pasteurii при температуре 20 градусов Цельсия. Разместите резиновые прокладки в соответствующих местах на формочках. Соедините две половины форм, убедившись, что прокладки герметичны и все магниты подключены.

Добавьте круг из мелкой проволочной сетки на дно цилиндрической кирпичной формы, чтобы песок не попадал через отверстие. Теперь заполните форму песком или другим материалом до внутренней линии и плотно утрамбуйте. Затем положите еще один круг проволочной сетки поверх песка, чтобы покрыть всю поверхность, и снова утрамбуйте.

Теперь поместите форму на контейнер для отходов, чтобы улавливать поток. Сверху на песок насыпьте 40 миллилитров культуры и дайте ему впитаться в течение 45 минут. Затем вылейте 80 миллилитров цементационного раствора поверх песка.

Через 30 минут сверху на песок насыпьте 40 миллилитров культуры, и подождите еще 30 минут. Снова выливаем сверху песок 80 миллилитров цементационного раствора, а затем через 30 минут высыпаем сверху 40 миллилитров культуры. После получаса инкубации вылейте 80 миллилитров цементационного раствора поверх песка и оставьте кирпич нетронутым как минимум на 48 часов или пока песок не станет сухим.

На пятый день разделите форму пополам и ослабьте давление магнитов, чтобы извлечь кирпич из формы. Затем положите кирпич на бумажное полотенце, чтобы продолжить сушку в течение трех недель, прежде чем проводить испытание на сжатие. Для испытания на сжатие поместите кирпич на нижнюю загрузочную пластину машины для испытания на сжатие, а плоскую загрузочную пластину — на верхнюю часть кирпича.

Используя машину для испытаний на сжатие, приложите к кирпичу давление около одного фунта, затем используйте цифровое считывание для сброса измерения давления. Наконец, постоянно прикладывайте увеличивающуюся нагрузку в соответствии со спецификациями машины до тех пор, пока кирпич не достигнет структурного разрушения. Запишите максимальную несущую нагрузку для каждого кирпича.

Напечатанная на 3D-принтере форма успешно сохранила форму кирпича, в результате чего кирпичи выглядели твердыми после трех недель сушки с минимальными потерями материала при обращении. Кирпичи, которые осыпались или теряли материал при прикосновении, указывали на ошибку в подготовке среды или культуры. Формы использовались для испытания подложек из крупного и мелкозернистого песка, в результате чего получалось по четыре кирпича для каждого типа.

Средняя максимальная нагрузка для крупнозернистого песчаного кирпича составляла 95,125 фунтов на квадратный дюйм, в то время как мелкий песчаный кирпич выдерживал среднюю максимальную нагрузку 49,625 фунтов на квадратный дюйм. Возможность 3D-печати пресс-форм по мере необходимости позволила проводить одновременные переменные испытания, сократив экспериментальную вариативность.