Summary
Detta protokoll presenterar en enkel, billig metod för att bilda bakteriell cellulosa (BC) sfärer. Detta biomaterial kan fungera som ett inkapslingsmedium för fasta material, inklusive biokol, polymersfärer och gruvavfall.
Abstract
Bakteriell cellulosa (BC) sfärer har alltmer undersökts sedan populariseringen av BC som ett nytt material. Detta protokoll presenterar en prisvärd och enkel metod för BC-sfärproduktion. Förutom att producera dessa sfärer har en inkapslingsmetod för fasta partiklar också identifierats. För att producera BC-sfärer kombineras vatten, svart te, socker, vinäger och bakteriekultur i en förbryllad kolv och innehållet är upprörd. Efter att ha fastställt de korrekta odlingsförhållandena för BC-sfärbildning testades deras förmåga att kapsla in fasta partiklar med hjälp av biokol, polymerpärlor och gruvavfall. Sfärer karakteriserades med ImageJ programvara och termisk gravimetric analys (TGA). Resultaten visar att sfärer med 7,5 mm diametrar kan göras på 7 dagar. Att lägga till olika partiklar ökar det genomsnittliga storleksområdet för BC-kapslarna. Sfärerna inkapslade 10-20% av sin torra massa. Denna metod visar lågkostnadssfärproduktion och inkapsling som är möjlig med lättåtkomliga material. BC-sfärer kan i framtiden användas som ett stöd för avlägsnande av föroreningar, kontrollerad frisättningsgödselbeläggning eller jordändring.
Introduction
Bakteriell cellulosa (BC) har noterats för sin potentiella industrianvändning på grund av dess mekaniska styrka, höga renhet och kristallalitet, vätskeretentionsförmåga och inveckladfiberstruktur 1,2,3,4. Dessa egenskaper gör BC till ett gynnsamt biomaterial för en mängd olika tillämpningar, inklusive biomedicinsk, livsmedelsbearbetning och miljöreligieringsanvändning1. Bildandet av en BC-film kan göras med enstaka organismkulturer eller blandade kulturer som de som används för kombucha5, en fermenterad tedryck. Brewing kombucha förlitar sig på en "symbiotisk kultur av bakterier och jäst", allmänt känd som en SCOBY. Med hjälp av denna symbiotiska organismkultur används en liknande teknik för att skapa BC-sfärer. Detta biomaterial kan användas för att isolera miljöföroreningar och förankra jordbruksändringar som biokol för att uppnå en effektivare växtproduktion.
Tidigare litteratur har diskuterat hur egenskaperna hos BC produceras i upprörda förhållanden jämför med BC produceras i en stationär kultur. En stationär kultur resulterar i en film som bildas vid vätskeluftgränssnittet, medan en skakad kultur resulterar i varierande BC-partiklar, strängar och sfärer upphängda ivätskan 6. Många studier har hänvisat till påståendet att kommersiell produktion av BC är mer genomförbar under de dynamiska förhållandena6,7, vilket ger anledning att tillämpa detta dokuments metod. Dessutom har olika undersökningar om strukturen och egenskaperna hos BC-sfärer genomförts. Toyosaki m.fl.6 jämförde förbryllade och slätväggiga Erlenmeyerkolvar i deras upprörda BC-produktion. En studie av Hu och Catchmark 4 bestämde villkor förBC-sfärer som användes som riktlinjer för den nuvarande BC-sfärproduktionsprocessen, och deras resultat indikerar att sfärstorleken inte fortsätter att öka efter 60 timmar. En översyn av BC-produktion av Mohammad et al.1 indikerar att skaka BC-kulturen säkerställer även syretillförsel och distribution, vilket är nödvändigt för framgångsrik BC-tillväxt. Holland et al.8 har studerat bc:s kristallalitet och kemiska struktur med hjälp av röntgendiffraktion och Fourier transformera infraröd spektroskopi. Det antas att BC-kapslar kommer att uppvisa liknande egenskaper och framtida forskning kommer att undersöka strukturella egenskaper. Studier har också undersökt de positiva effekterna av att använda BC för att producera förbättrade biokompositer. Med epoxiharts som bas har forskare visat att tillsats av BC förbättrar materialegenskaper som utmattningsliv, fraktur seghet och dragkraft och flexural styrka9,10. Som visats av tidigare och nuvarande forskning är många intresserade av kommersialisering av BC-användning.
Många forskare har undersökt bakteriecellulosa i kontrollerade frisättningssystem, och den metod som beskrivs här genererar kapslar som kan användas som kontrollerade frisättningssystem. Mycket av denna forskning fokuserar på kontrollerad frisättning inom det biomedicinska området, liksom viss utforskning inom administrering av kontrollerat frisättningsgödselmedel (CRF). Baserat på framgången för BC: s kontrollerade frisättning av amoxicillin11, lidokain12, och ibuprofen13, kan BC uppvisa liknande leveransegenskaper med andra ämnen, såsom ett pelletiserat gödningsmedel. En översikt över CRF: er av Shaviv och Mikkelsen14 bekräftar att CRF: er är effektivare, sparar arbetskraft och i allmänhet orsakar mindre miljöförstöring än konventionell gödningsmedelsapplikation. Bakteriell cellulosa kan fungera som ett gynnsamt inkapslarmaterial för CRF: s. Gödselmedel kan läcka ut ur BC-membran eller släppa ut som BC-biologiskt nedbrytbara15,16. BC: s höga vattensvullnadskapacitet kan också fungera som en fördelaktig jordändring17,18,19 eftersom både gödselnäringsämnen och fukt kan släppas ut i marken genom applicering av BC-sfärer. Med dessa egenskaper kan en CRF som bildas av BC-sfärinkapsling ha en fördel jämfört med andra gödselbeläggningsmaterial som kan ha negativa effekter under deras produktions- och bortskaffningsstadier. Att anpassa BC till en gödningsmedelsbeläggning kan ytterligare förbättra CRF-tekniken. Genom att sänka gödselmedelsfrisättningen kommer grödorna att ha tillräckligt med tid för att ta upp gödselmedlet och förhindra överskott av avrinning i vattenförekomster, vilket minskar övergödning och ooxygenerade zoner. Liknande gödselmedel med långsam frisättning har förberetts och pilottestats medpolymerbeläggningar 20.
Till skillnad från protokoll som skisserats i tidigare forskning fokuserar den här på enhetlig, sammanhängande sfärproduktion snarare än hög cellulosautbyte. Dessutom har BC-inkapsling av andra fasta ämnen studerats med cellulosafilmer, men inte sfärer21. Genom att utöka forskningen om bakteriella cellulosasfärer kan ytterligare steg tas för att producera BC kommersiellt, vilket är fördelaktigt på grund av BC: s miljösäkra egenskaper. Denna metod för BC-sfärtillverkning använder billiga, lättillgängliga kulinariska ingredienser. Efter den första monteringen börjar BC-sfärer bildas inom 2 dagar utan störningar. Att producera BC-sfärer genom denna strategi kräver lite utrymme och har en ätbar byprodukt, det fermenterade teet "kombucha". Inkapslingstekniker som nämns i andra studier inkluderar beläggningar som bildas genom fasinversionstekniken22,23, matrisbildning24, spraytorkning25, och direkt inkapsling under syntes26. Den direkta inkapslingsmetoden som beskrivs i detta manuskript är användbar för dem som önskar en enkel, billig process som använder lättillgängliga material.
Genom denna forskning skapades ett framgångsrikt protokoll för BC-sfärproduktion och inkapsling. BC-sfärer kan kapsla in fasta partiklar av biokol, gruvsvansar och polystyrenmikrober i sina individuella strukturer. Även om BC inte används i stor utsträckning inom industrin ännu är det ett praktiskt, hållbart tillverkat och naturligt förekommande material som skulle kunna användas för framtida tillämpningar.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
1. Skapande och underhåll av bakteriell cellulosastartkultur
- Få en startkultur av bakteriell cellulosa, cirka 50 g, i form av en SCOBY. Det kan köpas kommersiellt (t.ex. från Kulturer för hälsa). Placera SCOBY i en 1 L bägare, täckt med en pappershandduk.
- Koka 700 ml avjoniserat vatten, överför det till ett separat kärl från det som innehåller SCOBY och tillsätt 85 g sackaros.
- När sackarosen har lösts upp, tillsätt 2 påsar svart te (4,87 g). Brant teet i 1 timme och ta sedan försiktigt bort tepåsarna med en omrörstång.
- Tillsätt 200 ml destillerad vit vinäger till teet. Låt blandningen svalna till 25 °C. När du har svalnat, tillsätt 700 ml av rumsteet till bägaren som innehåller SCOBY.
VARNING: Att tillsätta surt te medan det är för varmt kan skada organismerna i SCOBY. - Täck bägaren med en pappershandduk och säkra den med ett elastiskt band och placera bägaren i ett förvaringsområde som håller en temperatur på 25 °C. Detta fartyg kallas vanligtvis lagerkultur eller hotell.
- För att hålla SCOBY frisk krävs underhåll cirka 2 gånger i månaden.
- Använd handskhänder för att hålla tillbaka SCOBY-mattorna, dränera vätskan från hotellet i en separat bägare. Tillsätt tillräckligt med surt te i behållaren med vätskan för totalt 700 ml lösning.
- Lös upp 65 g sackaros i behållaren med surt te. I väntan på att sackarosen ska lösas upp, skölj försiktigt SCOBY-mattorna i DI-vatten.
- När sackarosen är helt upplöst kan vätskan tillsättas till bägaren som innehåller de sköljda SCOBY-mattorna. Täck bägaren och sätt tillbaka den i inkubationsområdet.
2. Produktion av bakteriella cellulosasfärer
OBS: Var försiktig när du arbetar med kokande vatten. Se till att glas kan motstå de kokande vattentemperaturerna, är fritt från defekter och är lämplig storlek. Ett schema som beskriver produktionen av BC-sfärer ges i figur 1.
- Koka 350 ml avjoniserat vatten med en tekanna. Överför varmvattnet till en 500 ml bägare. Lös upp 42,5 g granulerad sackaros i varmt vatten med hjälp av en omrörstång.
- När sackarosen är helt upplöst, brant 1 påse svart te (2,54 g) i kolven som innehåller sackaros och vatten i 1 timme. Ta sedan bort tepåsen med en omrörningsstav, var noga med att undvika att bryta upp tepåsen och kassera den sedan i papperskorgen.
- Tillsätt 100 ml destillerad vit vinäger till bägaren och rör sedan om blandningen noggrant. Överför 80 ml surt te till en 250 ml förbryllad kolv. Låt teblandningen svalna till rumstemperatur, 20 - 25 °C.
OBS: Vid denna tidpunkt kan blandningen lämnas att svalna över natten eller tills den är förberedd för nästa steg. - När vätsketemperaturen är i rumstemperatur (20 - 25 °C), tillsätt 20 ml mikrobiell startkulturvätska till den förbryllade kolven. Denna vätska kan erhållas från ett SCOBY-hotell. Täck kolven med parafilm.
- Placera den förbryllade kolven på ett omloppsskakningsbord och ställ in hastigheten på 125 rotationer per minut (varvtal). Låt blandningen skaka i 3 dagar i ett rum eller inkubator med en temperatur från 20 - 25 °C för att producera BC-sfärer.
OBS: Om oregelbundna former bildas i kolvens innehåll eller om cellulosaklumpar fastnar på kolvens väggar, bör de avlägsnas för att förhindra att ytterligare oregelbundna BC-massor bildas. Använd pincett för att ta bort oönskade BC-massor, inklusive tunna strängar, ringar, rörformiga former och andra tydligt icke-sfäriska former. - När sfärerna har bildats häller du dem försiktigt från kolven och analyserar, kasserar eller använder dem på ett sätt som inte beskrivs i detta papper.
3. Använda bakteriella cellulosasfärer för att kapsla in partiklar eller föroreningar
- Följ steg 2.1-2.5 ovan.
- Efter skakning i 3 dagar, tillsätt ca 0,01 g finmarkerat partiklar till den förbryllade kolven. Lämpliga fasta ämnen inkluderar biokol (260 ± 140 μm), gruvavfall (350 ± 140 μm) och polystyrenmikrober (3 μm). Uppgifterna för dessa material beskrivs i avsnittet Representativa resultat. Se bifogad materialförteckning för ytterligare beskrivningar av biokol, gruvavfall och mikrober.
- Täck kolven igen med parafilmen och placera den tillbaka på en orbital shaker, med samma hastighet och omgivningstemperatur (20 - 25 °C) i ytterligare 3 dagar. Ta bort BC-inkapslade partiklar för analys, bortskaffande eller andra användningsområden.
Figur 1. Bakteriell cellulosa sfär tillverkning och inkapsling av fasta partiklar. Steg 1 innebär att kombinera bakteriell lagerkultur med svart te, socker och vinägermedia i en förbryllad kolv. Skivorna i lagerkulturen representerar BC-mattor. Sedan placeras den förbryllade kolven på ett omloppsskakningsbord i 3 dagar. Det mellersta steget visar fasta ämnen som läggs till kolven när BC-sfärerna har bildats. Kolven skakas i ytterligare 3 dagar. I det sista steget har BC-sfärerna fortsatt att öka i storlek och kapslat in de fasta partiklarna. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
BC-sfärer har den snabbaste tillväxttakten under kulturens första 48 timmar (figur 2). Figur 2 visar också hur sfärerna tenderar att nå en maximal medelstorlek och sedan förbli konstanta. I detta experiment nådde sfärerna en genomsnittlig diameter på 7,5 ± 0,2 mm. Även om BC-sfärerna aldrig helt försämras inom 10-dagars tillväxtperioden, började de bilda tendrils som sträcker sig utanför sfärens huvudkropp runt den åttonde dagen. Detta kan ses i figur 2E, mest märkbart på den stora sfären längst upp till vänster.
Tillämpningen av inkapslingsmetoden i detta dokument resulterar i i genomsnitt 57 ± 4 bakteriella cellulosasfärer i diameter från 3 till 12 mm (figur 3). Det kan också ses i figur 3 att tillsats av fasta ämnen till BC-sfärer inte har en konsekvent effekt på sfärens storlek eller frekvens. Omloppsbanans skakhastighet, omgivningstemperatur och bildandet av oregelbundna partiklar verkar vara de viktigaste faktorerna som påverkar form, storlek och frekvens av sfäriska partiklar. Figur 4 visar hur för hög rumstemperatur och felaktigt avlägsnande av oregelbundna massor kan ändra BC från en intakt sfär (figur 4B) till stellatpartiklar (Figur 4A) eller stränga klumpar (Figur 4C).
För att bestämma fraktionen av inkapslade fasta ämnen i BC-sfärerna gjordes en termisk gravimetrisk analys på fyra olika prover av BC. De fyra proverna som testades var BC, BC med biokol, BC med polystyrenmikrober och BC med gruvavfall. Figur 5 visar hur de enskilda proverna betedde sig när de utsattes för hög temperatur i kvävegas. Det kan ses från den streckade linjen som representerar sfärer BC med gruvavfall att 18,7% av det provet var gruvavfall i vikt, vilket avslöjar framgångsrik inkapsling. Den prickade linjen visar att 14,5% av provet innehöll biokol. Dessa procentsatser beräknades genom att subtrahera den vanliga BC-massan procent från massan procent av prover med tillsatta fasta ämnen. Eftersom BC och polystyren sönderdelas vid liknande temperaturer, derivat massa kurvor var dekonvoluterade för att skilja nedbrytningen av polymer från cellulosa (Figur 6). Denna analys visar att 13% av massförlusten i detta prov motsvarar den termiska nedbrytningen av polystyren. Eftersom den termiska nedbrytningen av snyggt polystyren leder till en massförlust på cirka 100%27, uppskattas att alla 13% av provets massa motsvarar inkapslade polystyrenpärlor. Figur 7 visar att den blå polystyrenmikrobärslösningen resulterade i blå BC (Figur 7D). Dessa torkade BC-massor är de prover som användes för TGA.
Figur 2. Bakteriell cellulosa tillväxt. a) Diameter på bakteriella cellulosakapslar över tid. Fotografier av bakteriella cellulosakapslar vidB1 dag,c 3 dagar,d,7 dagar oche10 dagar. Bakteriell cellulosa odlades vid 20 - 25 °C i en förbryllad Erlenmeyerkolv på en orbital shaker vid 125 varv/min. Bilder av bakteriell cellulosa sfärer togs med en Gel Doc XR och storlek analys utfördes med ImageJ. Data på panel A representeras som medelvärde med felstaplar som betecknar standardavvikelsen (n ≥ 8). Skalstänger representerar 10 mm. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Bild 3. Storleksfördelning av kapslar vid 7 dagar. Med(A)inga tillsatta fasta ämnen; B)Biokol. C)Mikrober av plast. och (D) fast gruvavfall. Bakteriell cellulosa odlades vid temperaturer från 20 till 25 °C i en förbryllad Erlenmeyerkolv på en orbital shaker vid 145 varv/min. Tillväxtmedierna innehöll 0,0101-0,0114% tillsatser. Bilder av bakteriell cellulosa sfärer togs med en Gel Doc XR och storlek analys utfördes med ImageJ. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Figur 4. Möjliga resultat från suboptimala experiment. A)Bakteriella cellulosapartiklar som bildas vid 30 °C och 140 varv/min. B)BC sfärisk klot bildad vid 20-25 °C och 125 varv/min. och (C) BC globuler som bildas vid 20-25 °C och 140 varv/min när oregelbundna former inte avlägsnas från kolven som de bildas. Svartvita bilder togs med en Gel Doc XR och färgfotot togs med en Surface Pro. Alla bilder analyserades med ImageJ och alla skalstänger representerar 10 mm. Klicka här för att se en större version av denna figur.
Figur 5. Fraktion av inkapslade fasta ämnen. A)Termiska gravimetriska spår av kapslar. med(B)inga tillsatta fasta ämnen, C)Biokol. D)Mikrober av plast. och (E) gruvavfall. Före TGA torkades prover på en pappershandduk i 3 dagar för att avlägsna överflödigt vatten. Termiska gravimetriska analyser utfördes med uppvärmning ramp på 4 °C/min till 800 °C i kvävegas. Bilder av bakteriell cellulosa sfärer togs med en Gel Doc XR. De röda pilarna pekar på inkapslade fasta partiklar. Skalstänger representerar 10 mm. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Figur 6. Massa procent av inkapsling som bestäms genom jämförelse av differentierade TGA profiler av (A) BC med polystyren mikrober och (B) vanlig BC. Den differentiella TGA-profilen för vanlig BC kan utrustas med fyra gaussiska kurvor som förekommer i nästan identiska magnitud i BC med polystyrenpärlor. Emellertid visas en femte topp (visas i rött) centrerat runt dekompositionstemperaturen för polystyren också i den senare. Denna topp har tillskrivits termisk nedbrytning i samband med polystyrenpärlor. Området under, 13%, motsvarar procent massförlust i samband med polystyren. Klicka här om du vill visa en större version av den här figuren.
Figur 7. BC provtorkar torkning på en pappershandduk i en täckt petriskål. A)ochB)Vanlig bakteriell cellulosa. C)BC med biokol. D)BC med mikrober av plast. och (E) BC med gruvavfall. Bilden togs med en Surface Pro och analyserades med ImageJ. Skalstrecket representerar 1 cm. Klicka här för att se en större version av den här figuren.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
Detta protokoll beskriver BC-sfärens produktion och inkapslingsmetoder som är lätta att genomföra och kostnadseffektiva. Genom olika justeringar av det ursprungliga protokollet har en lämplig process identifierats. Kritiska steg måste följas för att säkerställa livskraftiga sfärer. Alla ingredienser som är involverade i BC-bildandet spelar en nyckelroll i sfärernas hälsa och hållbarhet. Sackaros matar organismer, teet ger kväve och vinägern sänker pH till optimala förhållanden för att förhindra oönskade föroreningar28. En annan viktig variabel i denna metod är temperaturen. Teet måste kylas till rumstemperatur (ca 25 °C) innan mikrobiell startkultur tillsätts. Om organismerna utsätts för höga temperaturer kan BC-sfärens tillväxt hämmas. Temperaturen i rummet där kolven skakar påverkar också sfärtillväxten3,28,29. Skakningar vid rumstemperaturer över 30 °C gör att oregelbundna BC-former bildas (figur 4A). I inkapslingsprocessen är ett viktigt steg att tillåta BC-sfärer att bildas innan fasta partiklar tillsätts. Detta beror på observationen att närvaron av främmande föremål i kolven hämmade BC-tillväxten.
Olika kulturförhållanden påverkar framgången för BC-sfärproduktionen, vilket också visas av Hu och Catchmark4. BC bildades bäst i förbryllade flaskor på ett omloppsskakningsbord. Förekomsten av bafflar påskyndade sfärutvecklingen jämfört med slätväggiga flaskor6. Konventionell omrörning med en magnetisk stång förhindrade sfärbildning. Dessutom påverkade olika förhållanden för mikrobiell startkultur och teblandning sfärgenerering och överflöd. Ursprungligen tillsattes 3 ml startkultur (2,10 massprocent lösning) till 140 ml temedia. Efter fortsatta försök ökade den mikrobiella startkulturen samtidigt som volymen av temedierna minskade. De slutliga mängder som användes var 20 ml mikrobiell startkultur (20 massa %) och 80 ml teblandning. För rotationshastighet lyckades BC-sfärbildningen inte när den skakades med hastigheter under 100 varv/min. Hastigheter på 125, 140 och 150 varv/min producerar sfärer men har varians i sfärstorlek, antal och form, som rapporteratstidigare 6,29.
Som en BC-bildningsprocess är upprörd kultur att föredra framför statisk kultur, som tidigaresagts 2. Jämfört med de metoder som förklaras i andra studier är den här mindre komplicerad och kräver färre material. Annan litteratur nämner att förbereda en lagerkultur av BC genom att först jäsa ett statiskt eller upprört medium och sedan skörda BC-cellerna för vaccination i huvudkulturen3,4,6,28,29,30. Vissa cellskördsmetoder inkluderar kraftig skakning sedan filtrering30, blandning sedan filtrering4, och centrifugation3,29. BC-cellerna som ingår i denna produktionsprocess är alltid tillgängliga i de mikrobiella startkulturbehållarna, så cellskörd är inte nödvändig. Dessutom, genom att bidra med en annan metod för BC-sfärbildning till den befintliga litteraturen, är kommersiell BC-användning mer uppnåelig. Detta är fördelaktigt på grund av BC: s miljövänliga materialegenskaper29,31.
Även om BC är ett intressant och potentiellt värdefullt biomaterial, finns det fortfarande utmaningar för dess utbredda användning som tidigare studierindikerar 18,32. I den här metoden finns det inkonsekvenser med BC-sfärens storlek och form. Rörformiga och strandliknande strukturer bildas ibland i media2,18,32. BC håller sig också till kolvarnas väggar och bildar ringar som ibland blir upphängda i vätskan och bör avlägsnas för att förhindra att ytterligare oegentligheter bildas. Även om enhetliga områden möjliggör konsekvent vetenskaplig analys, kanske de inte krävs för vissa industriella användningsområden. En annan utmaning är kulturtiden, med en minsta varaktighet på minst 2 dagar. För att övervinna väntetiden kunde tillverkarna producera sfärer i förskjutna partier eller en kontinuerlig flödesreaktor för en stadig tillförsel av BC-sfärer. Även med tanke på dessa utmaningar presenterar BC-sfärer en intressant metod för hållbar produktion av bakteriell cellulosa och förmågan att kapsla in olika material i BC-matrisen.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Författarna har inget att avslöja.
Acknowledgments
Detta arbete är en fortsättning på ett Montana Tech Research Assistant Mentorship Program-projekt av Adolfo Martinez, Catherine Mulholland, Tyler Somerville och Laurel Bitterman. Forskningen sponsrades av National Science Foundation under Grant No. OIA-1757351 och Combat Capabilities Development Army Research Laboratory (samarbetsavtal nummer W911NF-15-2-0020). Alla åsikter, resultat och slutsatser, eller rekommendationer som uttrycks i detta material är författarnas och återspeglar inte nödvändigtvis åsikterna från National Science Foundation eller Army Research Lab. Vi vill också tacka Amy Kuenzi, Lee Richards, Katelyn Alley, Chris Gammons, Max Wohlgenant och Kris Bosch för deras bidrag.
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).
