고체 물질을 캡슐화하는 세균성 셀룰로오스 구체
Summary
이 프로토콜은 세균 성 셀룰로오스 (BC) 구체를 형성하는 쉽고 저렴한 방법을 제시한다. 이 생체 재료는 바이오차, 폴리머 구체 및 광산 폐기물을 포함한 고체 물질에 대한 캡슐화 매체로 기능할 수 있습니다.
Abstract
세균세포로오스(BC) 구체는 BC가 새로운 소재로 대중화된 이래로 점점 더 연구되고 있다. 이 프로토콜은 BC 구 생산을 위한 저렴하고 간단한 방법을 제공합니다. 이러한 구체를 생성하는 것 외에도 고체 입자에 대한 캡슐화 방법도 확인되었습니다. BC 구체, 물, 홍차, 설탕, 식초 및 세균 문화를 생성하기 위해 당황한 플라스크에 결합되고 내용물이 동요됩니다. BC 구형에 대한 적절한 배양 조건을 결정한 후, 고체 입자를 캡슐화하는 능력은 바이오차, 폴리머 구슬 및 광산 폐기물을 사용하여 테스트되었습니다. 구체는 ImageJ 소프트웨어 및 열 중력 분석(TGA)을 사용하여 특징지어졌습니다. 결과는 직경이 7.5mm인 구를 7일 안에 만들 수 있음을 나타낸다. 다양한 입자를 추가하면 BC 캡슐의 평균 크기 범위가 증가합니다. 구체는 건조 질량의 10 – 20 %를 캡슐화했습니다. 이 방법은 쉽게 얻을 수 있는 재료로 가능한 저비용 구체 생산 및 캡슐화를 보여줍니다. BC 구체는 미래에 오염 제거 보조제, 제어방출 비료 코팅 또는 토양 개정으로 사용될 수 있다.
Introduction
세균셀룰로오스(BC)는 기계적 강도, 고순도 및 결정성, 수질 보존 능력 및 복잡한 섬유 구조1,2,3,4로인해 잠재적인 산업 용으로 주목받고있다. 이러한 특성으로 인해 BC는 생체 의학, 식품 가공 및 환경 정화 용도를 포함한 다양한 응용 분야에 유리한 생체재료로 만든다 1. BC 필름의 형성은 발효 차 음료인 콤부차5,발효 차 음료에 사용되는 단일 유기체 배양 또는 혼합 배양으로 수행 될 수 있습니다. 양조 콤부차는 일반적으로 SCOBY로 알려진 “박테리아와 효모의 공생 문화”에 의존합니다. 유기체의 이 공생 문화를 사용하여, BC 구체를 만들기 위하여 유사한 기술이 채택됩니다. 이 생물 재료는 보다 효율적인 작물 생산을 달성하기 위해 환경 오염 물질을 분리하고 바이오차르와 같은 농업 개정을 앵커하는 데 사용할 수 있습니다.
이전 문학은 BC의 특성이 고정 된 문화에서 생산 된 BC와 비교하여 동요 된 조건에서 생산되는 방법을 논의했습니다. 고정된 배양은 액체 공기 인터페이스에서 형성되는 필름을 초래하고, 흔들리는 배양은 액체6내에서 중단된 다양한 BC 입자, 가닥 및 구체를 초래한다. 많은 연구는 BC의 상업적 생산이 동적 조건에서 더 실현 가능하다는 주장을 참조6,7,이 논문의 방법을 적용하기위한 근거를 제공. 또한 BC 구의 구조와 특성에 대한 다양한 조사가 수행되었습니다. Toyosaki 외.6 그들의 동요 BC 생산에 당황 하 고 부드러운 벽 에렌 마이어 플라스크 비교. Hu 와 Catchmark4에 의한 연구는 현재 BC 구 생산 공정에 대한 지침으로 사용된 BC 구체에 대한 조건을 결정했으며, 그 결과는 구 크기가 60시간 후에도 계속 증가하지 않는다는 것을 나타낸다. 모하마드 외1에 의해 BC 생산의 검토는 BC 문화를 흔들어 성공적인 BC 성장에 필요한 심지어 산소 공급 및 분포를 보장 한다는 것을 나타냅니다. Holland외. 8은 X선 회절및 Fourier 변형 적외선 분광법을 사용하여 BC의 결정성과 화학 구조를 연구했습니다. BC 캡슐은 유사한 특성을 나타낼 것으로 가정하고 향후 연구는 구조적 특성을 조사 할 것입니다. 연구는 또한 향상 된 바이오 합성을 생산 하기 위해 BC를 사용 하 여의 유익한 효과 탐구 했다. 에폭시 수지를 기지로 사용하여, 연구원은 BC의 추가가 피로 수명, 골절 인성, 인장 및 굴근 강도9,10과같은 물질적 특성을 향상시키는 것으로 나타났다. 과거와 현재의 연구에 따르면 많은 사람들이 BC 사용을 상용화하는 데 관심이 있습니다.
많은 연구원은 통제된 방출 시스템에서 세균성 셀룰로오스를 조사하고, 여기에서 기술한 방법은 통제된 방출 시스템으로 이용될 수 있는 캡슐을 생성합니다. 이 연구의 대부분은 생물 의학 분야에서 제어 방출에 초점을 맞추고, 뿐만 아니라 제어 방출 비료에 일부 탐사 (CRF) 관리. BC의아목시실린(11)리도카인12,및 이부프로펜(13)의 제어방출의 성공에 기초하여, BC는 펠릿화 비료와 같은 다른 물질과 유사한 전달 특성을 나타낼 수 있다. Shaviv와 Mikkelsen14의 CRF에 대한 개요는 CRF가 보다 효율적이고 노동력을 절약하며 일반적으로 기존의 비료 응용 프로그램보다 환경 저하를 덜 일으킨다는 것을 인정합니다. 세균성 셀룰로오스는 CRF의 에 대한 유리한 캡슐화 재료로 작동 할 수 있습니다. 비료는 BC 막에서 침출되거나 BC 바이오 디그레이드15,16으로배출될 수 있다. BC의 높은 수분 팽창 용량은 또한 BC 구체의 적용을 통해 비료 영양소와 수분 모두 땅에 방출 될 수 있기 때문에 유익한 토양 개정17,18,19로 작용할 수 있습니다. 이러한 특성으로, BC 구 캡슐화에 의해 형성 된 CRF는 생산 및 폐기 단계에서 부정적인 영향을 미칠 수있는 다른 비료 코팅 재료에 비해 이점이있을 수 있습니다. BC를 비료 코팅에 적용하여 CRF 기술을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 비료 방출 속도를 낮춤으로써 작물은 비료를 흡수하고 물 체로 의 과도한 유출을 방지할 충분한 시간을 가지므로 부영양화및 비산소 구역을 감소시킵니다. 유사한 저속 방출 비료는 폴리머코팅(20)을사용하여 제조 및 조종되었다.
이전 연구에서 설명된 프로토콜과 달리, 이것은 높은 셀룰로오스 수율보다는 균일하고 응집력 있는 구체 생산에 중점을 둡니다. 더욱이, 다른 고형물의 BC 캡슐화는 셀룰로오스 필름으로 연구되었지만, 구체21은공부하지 않았다. 세균성 셀룰로오스 구체에 대한 연구를 확장함으로써 BC의 환경적으로 안전한 기능으로 인해 BC를 상업적으로 생산하기 위한 추가 단계를 만들 수 있습니다. BC 구 제작의이 방법은 저렴하고 쉽게 사용할 수있는 요리 재료를 사용합니다. 초기 어셈블리 후 BC 구는 간섭 없이 2일 이내에 형성되기 시작합니다. 이 전략을 통해 BC 구체를 생산하는 것은 공간이 거의 필요하지 않으며 식용 부산물인 발효차 ‘콤부차’가 있습니다. 다른 연구에서 언급된 캡슐화 기술은 상 반전기술(22,23,매트릭스 형성24,분무 건조25,및 합성26)동안 직접 캡슐화를 통해 형성된 코팅을 포함한다. 이 원고에 설명된 직접 캡슐화 방법은 쉽게 사용할 수 있는 재료를 활용하는 쉽고 저렴한 프로세스를 원하는 사람들에게 유용합니다.
이 연구를 통해 BC 구의 생산 및 캡슐화를 위한 성공적인 프로토콜이 만들어졌습니다. BC 구체는 생물차, 광산 꼬리, 폴리스티렌 마이크로비드의 고체 입자를 개별 구조 내에서 캡슐화할 수 있습니다. BC는 아직 업계에서 널리 사용되지는 않지만, 미래 응용 분야에 사용할 수 있는 실용적이고 지속 가능한 방식으로 제작되었으며 자연발생적인 재료입니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
이 프로토콜은 수행하기 쉽고 비용 효율적인 BC 구 생산 및 캡슐화 방법을 간략하게 설명합니다. 원래 프로토콜에 대한 다양한 조정을 통해 적절한 프로세스가 확인되었습니다. 실행 가능한 구를 보장하기 위해 중요한 단계를 수행해야 합니다. BC 형성에 관련된 모든 성분은 구체의 건강과 내구성에 중요한 역할을합니다. 자당은 유기체에게 먹이를 주고, 차는 질소를 제공하고, 식초는 원치 않는 ?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작품은 아돌포 마르티네즈, 캐서린 멀홀랜드, 타일러 서머빌, 월계수 비터먼의 몬태나 기술 연구 보조 멘토링 프로그램 프로젝트의 연속이다. 연구는 그랜트 번호에서 국립 과학 재단에 의해 후원되었다. OIA-1757351 및 전투 능력 개발 사령부 육군 연구 실험실 (협력 계약 번호 W911NF-15-2-0020). 이 자료에 표현된 의견, 사실 인정 및 결론 또는 권고사항은 저자의 의견이며 반드시 국립 과학 재단이나 육군 연구소의 견해를 반영하지는 않습니다. 에이미 쿠엔지, 리 리차즈, 케이틀린 앨리, 크리스 감몬스, 맥스 월제넌트, 크리스 보쉬에게 도셔서 감사드린다.
Materials
| 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 |
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