Pacchetti di batteri liofilizzati possono far crescere del biocemento su richiesta

5 marzo 2025

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da American Chemical Society

La produzione e la riparazione di cemento potrebbero essere significativamente migliorate utilizzando batteri che producono biocemento, ma far crescere i microrganismi nei siti di costruzione rimane una sfida. Ora, i ricercatori riportano un approccio di liofilizzazione in ACS Applied Materials & Interfaces che preserva i batteri, consentendo potenzialmente agli operatori edili di utilizzare alla fine la polvere da un pacchetto per fare rapidamente piastrelle, riparare pozzi petroliferi o rinforzare il terreno per strade o accampamenti improvvisati.

Stabilizzare il terreno e riparare il cemento sono sfide importanti che si presentano agli ingegneri civili. Recentemente, i ricercatori hanno spostato la loro attenzione su un minuscolo batterio chiamato Sporosarcina pasteurii che può produrre una forma di minerale di calcio chiamata biocemento. I microrganismi decompongono l'urea e formano ammonio e carbonato. Quindi, con l'aggiunta di calcio, il risultato è il carbonato di calcio, che incolla insieme le particelle di sabbia e terreno o ripara le crepe nelle strutture di calcestruzzo esistenti.

Per produrre biocemento per progetti di costruzione, attualmente i batteri devono essere coltivati in loco con attrezzature speciali e conoscenze tecniche. Quindi, Maneesh Gupta e colleghi volevano sviluppare un modo per conservare S. pasteurii in un formato stabile sugli scaffali che fosse facile da usare per gli operatori edili.

Il team di Gupta si è ispirato ai produttori che liofilizzano componenti biologici e li aggiungono ai fertilizzanti. I ricercatori hanno sospeso i batteri in diverse soluzioni e testato quanto bene i microrganismi sopravvivessero al congelamento. Hanno scoperto che il saccarosio proteggeva meglio i microrganismi rispetto ad altri tipi di agenti protettivi. Dopo il congelamento, i batteri sono stati asciugati e quindi conservati in sacchetti di plastica richiudibili. S. pasteurii trattate con saccarosio rimaneva vitale per almeno tre mesi.

Ulteriori test di laboratorio hanno dimostrato che i batteri liofilizzati e preservati con saccarosio potevano essere utilizzati per cementare la sabbia in stampi cilindrici stampati in 3D. I ricercatori hanno preparato colonne separate con sabbia da gioco, simile a quella usata nei giochi dei bambini, e suolo sabbioso naturale prelevato dal terreno. Quindi, quando le colonne sono state spruzzate più volte con cloruro di calcio e urea, i batteri hanno prodotto biocemento. Il biocemento nelle colonne fatte con sabbia da gioco era più forte rispetto a quello formato con il suolo, e la maggior parte dei campioni di biocemento poteva essere rimossa dagli stampi di sabbia da gioco.

In un altro test di laboratorio, il team ha preparato colonne di batteri liofilizzati con suolo sabbioso naturale all'interno di tubi in PVC ma non ha rimosso il biocemento dai tubi. Le colonne in PVC fatte sia con sabbia da gioco che con suolo naturale erano più forti con l'esposizione a più cloruro di calcio e urea.

Nei test sul campo, i batteri liofilizzati sono stati applicati sulla superficie di appezzamenti di 3 piedi per 3 piedi (circa 1 metro per 1 metro), e sopra sono stati spruzzati urea e cloruro di calcio. I batteri liofilizzati hanno reso più forte i primi 7,6 centimetri di terreno entro 24 ore.

Anche se è necessario fare ulteriori lavori, i ricercatori dicono che questa è la prima dimostrazione che S. pasteurii liofilizzati rimanevano vitali e potevano produrre biocemento, e potrebbe essere fattibile per un futuro impiego sul campo.

Maggiori informazioni: Matthew J. Tuttle et al, Formulazione di Sporosarcina pasteurii stabile sugli scaffali per una produzione scalabile di biocemento in laboratorio e sul campo, ACS Applied Materials & Interfaces (2025). DOI: 10.1021/acsami.4c15381

Informazioni sulla rivista: ACS Applied Materials and Interfaces

Fornito da American Chemical Society