Paket med frystorkade bakterier kan odla biocement vid behov

Den 5 mars 2025. Den här artikeln har granskats enligt Science X:s redaktionella process och riktlinjer. Redaktörerna har framhävt följande egenskaper samtidigt som de säkerställer innehållets trovärdighet: faktakollad, peer-reviewad publicering, pålitlig källa, korrekturläst av American Chemical Society. Tillverkning och reparation av cement kan förbättras betydligt genom att använda biocementproducerande bakterier, men det är fortfarande en utmaning att odla mikroberna på byggplatser. Nu rapporterar forskare om en frystorkningsmetod i ACS Applied Materials & Interfaces som bevarar bakterierna, vilket potentiellt gör det möjligt för byggnadsarbetare att använda pulver från en påse för snabbt att göra kakel, reparera oljekällor eller förstärka marken för tillfälliga vägar eller läger. Jordstabilisering och betongreparation är stora utmaningar för civilingenjörer. Nyligen har forskare vänt sin uppmärksamhet mot en liten bakterie kallad Sporosarcina pasteurii som kan producera en form av kalciummineral kallad biocement. Mikroberna bryter ner urea och bildar ammonium och karbonat. Sedan, med tillsats av kalcium, blir resultatet kalciumkarbonat, som limmar sand- och jordpartiklar samman eller reparerar sprickor i befintliga betongstrukturer. För att skapa biocement för byggprojekt måste bakterierna för närvarande odlas på plats med speciell utrustning och tekniskt kunnande. Så, Maneesh Gupta och kollegor ville utveckla ett sätt att bevara S. pasteurii i ett hyllstabilt format som skulle vara lätt för byggnadsarbetare att använda. Guptas team inspirerades av tillverkare som frystorkade biologiska komponenter och tillsatte dem till gödselmedel. Forskarna suspenderade bakterierna i olika lösningar och testade hur väl mikroberna överlevde frysning. De fann att sackaros bäst skyddade mikroberna jämfört med andra typer av skyddsmedel. Efter frysning torkades bakterierna och lagrades sedan i återförseglingsbara plastpåsar. Sackarosbehandlad S. pasteurii förblev livsduglig i minst tre månader. Ytterligare laboratorietester visade att de sackarosbevarade frys-torkade bakterierna kunde användas för att limma sand i 3D-utskrivna cilindermallar. Forskarna förberedde separata kolumner med lek sand, liknande den som används i barns sandlådor, och naturlig sandjord från marken. Sedan, när kolumnerna sprayades flera gånger med kalciumklorid och urea, producerade bakterierna biocement. Biocementet i kolumnerna gjorda med leksand var starkare än biocementet bildat med jord och de flesta biocementprov kunde tas bort från sandformarna. I en annan laboratorietest förberedde teamet kolumner av frys-torkade bakterier med naturlig sandjord inuti PVC-rör men tog inte bort biocementet från rören. PVC-kolumnerna gjorda av både lek sand och naturlig jord var starkare med exponering för mer kalciumklorid och urea. I fälttester applicerades frys-torkade bakterier på ytan av 3x3-fots (ungefär 1x1-meter) plotter, och urea och kalciumklorid sprayades ovanpå. Frys-torkade bakterier gjorde den övre 3-tums (7,6 cm) marken starkare inom 24 timmar. Även om mer arbete behövs, säger forskarna att detta är den första demonstrationen att frys-torkade S. pasteurii förblir livsduglig och kan producera biocement, och det kan vara genomförbart för framtida implementering i fältet. För mer information: Matthew J. Tuttle och andra, "Shelf-Stable Sporosarcina pasteurii Formulation for Scalable Laboratory and Field-Based Production of Biocement", ACS Applied Materials & Interfaces (2025). DOI: 10.1021/acsami.4c15381 Tidskriftsinformation: ACS Applied Materials and Interfaces Tillhandahållet av American Chemical Society.