Paczki z zamrożonymi bakteriami mogą wytworzyć biocement na życzenie.

5 marca 2025

Artykuł ten został przejrzany zgodnie z procesem redakcyjnym i politykami Science X. Redaktorzy podkreślili następujące cechy, dbając jednocześnie o wiarygodność treści:

sprawdzenie faktów

publikacja z recenzją innych naukowców

godne zaufania źródło

lektura korektorska

przez American Chemical Society

Produkcja i naprawa cementu mogą zostać znacznie usprawnione poprzez zastosowanie bakterii produkujących biocement, ale hodowla tych mikroorganizmów na miejscach budowy pozostaje wyzwaniem. Teraz naukowcy donoszą w publikacji ACS Applied Materials & Interfaces o podejściu polegającym na zamrażaniu bakterii, co potencjalnie pozwala pracownikom budowlanym ostatecznie używać proszku z paczki do szybkiego wytwarzania kafelków, naprawy studni naftowych lub wzmacniania gruntu na prowizoryczne drogi lub obozy.

Stabilizacja gruntu i naprawa betonu stanowią duże wyzwania dla inżynierów budownictwa. Ostatnio badacze zwrócili swoją uwagę na małą bakterię o nazwie Sporosarcina pasteurii, która może produkować formę minerału wapniowego zwanej biocementem. Mikroby rozkładają ureę i tworzą amoniak oraz węglan. Następnie, po dodaniu wapnia, efektem jest węglan wapnia, który skleja cząsteczki piasku i gleby lub naprawia pęknięcia w istniejących konstrukcjach betonowych.

Aby wytwarzać biocement do projektów budowlanych, bakterie muszą obecnie być hodowane na miejscu z użyciem specjalnego sprzętu i wiedzy technicznej. Dlatego Maneesh Gupta i jego koledzy chcieli opracować sposób na zachowanie S. pasteurii w formacie trwałym na półce, który byłby łatwy w użyciu dla pracowników budowlanych.

Zespół Gupty zainspirował się producentami, którzy zamrażają biologiczne składniki i dodają je do nawozów. Badacze zawiesili bakterie w różnych roztworach i sprawdzili, jak dobrze mikroby przetrwały zamrażanie. Odkryli, że sacharoza najlepiej chroniła bakterie w porównaniu z innymi rodzajami środków ochronnych. Po zamrożeniu bakterie zostały wysuszone, a następnie przechowywane w plastikowych torbach zamykanych. Bakterie tratowane sacharozą S. pasteurii pozostały żywotne przez co najmniej trzy miesiące.

Dalsze testy laboratoryjne pokazały, że zamrożone, sacharozą konserwowane bakterie mogły być użyte do spięcia piasku w cylindrycznych formach 3D. Badacze przygotowali osobne kolumny z piasku do zabawy, podobnego do tego używanego w piaskownicach dla dzieci, oraz naturalnej piaskowej gleby pobranej z terenu. Następnie gdy kolumny były kilkakrotnie spryskiwane chlorkiem wapnia i ureą, bakterie produkowały biocement. Biocement w kolumnach wykonanych z piasku do zabawy był silniejszy niż biocement utworzony z gleby, większość próbek biocementu mogła być usunięta z form piaskowych.

W innym teście laboratoryjnym zespół przygotował kolumny zamrożonych bakterii z naturalną piaskową glebą w rurkach PVC, ale nie usunął biocementu z rurek. Kolumny PVC wykonane zarówno z piasku do zabawy, jak i naturalnej gleby, były silniejsze po wystawieniu na więcej chlorku wapnia i ureę.

W testach polowych, zamrożone bakterie były aplikowane na powierzchnię obszarów o rozmiarze 3 stóp na 3 stopy (około 1 metra na 1 metra), a na wierzchu spryskiwano ureą i chlorkiem wapnia. Zamrożone bakterie sprawiły, że górne 3 cale (7.6 centymetra) gruntu stały się silniejsze w ciągu 24 godzin.

Choć wymaga to dalszych prac, badacze twierdzą, że jest to pierwsza demonstracja, że zamrożona S. pasteurii jest żywotna i potrafi wytwarzać biocement, co może być wykonalne w przyszłej implementacji na polu.

Więcej informacji: Matthew J. Tuttle i in., Shelf-Stable Sporosarcina pasteurii Formulation for Scalable Laboratory and Field-Based Production of Biocement, ACS Applied Materials & Interfaces (2025). DOI: 10.1021/acsami.4c15381

Informacje o czasopiśmie: ACS Applied Materials and Interfaces

Dostarczone przez American Chemical Society