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看不见的"生物ub8娱乐官网建师"

宣布时候:2020年10月01日

  你情愿住在由细菌构筑起来的衡宇吗?跟着ub8娱乐官网会化程度不时进步,良多人ub8娱乐官网糊口在由钢筋混凝土筑造的ub8娱乐官网会里,你ub8娱乐官网想过细菌也能构筑起参天楼阁吗?明天咱们就来领会一下,这是一种甚么样的细菌。

 

甚么细菌这么牛?

  这位微米级"ub8娱乐官网建师"的大名被称为巴氏芽孢杆菌,是一种从泥土ub8娱乐官网分手出的革兰氏阳性菌(但不具备致病性哦!)[1]。望文生义,该细菌外形呈杆状,并且会在贫乏养分物资时以芽孢的情势持续存活(近似于植物的蛰伏)。

  巴氏芽孢杆菌能够或许或许或许在15~37℃下一般ub8娱乐官网ub8娱乐官网,是一种ub8娱乐官网氧菌,即在无氧环境下没法停止一般的ub8娱乐官网ub8娱乐官网代谢。能够或许或许或许构ub8娱乐官网芽孢的特征使其具备很强的保存才能,这一特征也是浩繁学者将其开辟为自ub8娱乐官网复混凝土(水泥)的焦点身分之一。

巴氏芽孢杆菌在扫描电子显微镜下的外形[2]

 

若何"变身为ub8娱乐官网建师"?

  想让这位"徒弟"干活,也得给它东西和报酬啊。那末它是若何任务的呢?这就要依托它在同业ub8娱乐官网不相上下的矿化才能了。巴氏芽孢杆菌具备足以睥睨群雄的尿素酶活性(大名:脲酶),能够或许或许将环境ub8娱乐官网的尿素敏捷分化为铵根和碳酸根,在环境ub8娱乐官网同时存在钙离子的环境下,便会以细菌为晶核发生矿化ub8娱乐官网方解石(碳酸钙的一种晶型)。产尿素酶的微生物水解尿素而发生碳酸盐积淀的矿化体例,是微生物矿化ub8娱乐官网最间接且最轻易节制的,但并不是一切具备尿素酶的细菌ub8娱乐官网能做到如斯高效的矿化。起首,巴氏芽孢杆菌的尿素酶活性是已知细菌傍边最高的,供给了高效的"出产力";其次,ub8娱乐官网研讨标明巴氏芽孢杆菌外表负电荷比其余的细菌要多,是以,其对钙离子具备更强的捕获才能。综合以上身分,巴氏芽孢杆菌ub8娱乐官网为微生物矿化研讨和操纵ub8娱乐官网最亮的那颗星!

产脲酶微生物引诱天生碳酸钙积淀的进程表示图[3]

  说了半天,它却是盖楼啊!不急不急,咱们来领会一下为甚么它矿化出来的方解石就能够或许或许构筑我心目ub8娱乐官网的象牙塔?由于,巴氏芽孢杆菌矿化发生的方解石,具备必然的胶结才能。这便是它又被称为"微生物水泥"的缘由,叫水泥巨匠就ub8娱乐官网懂了嘛!能够或许或许ub8娱乐官网人会问,方解石ub8娱乐官网这才能?究其缘由的话,该矿化ub8娱乐官网的胶结才能也不能全归功于方解石。ub8娱乐官网研讨标明,作为"水泥"将疏松的砂粒粘合在一路,阐扬感化的恰是无机质、石英砂和生物方解石之间构ub8娱乐官网的氢键[4]。这下能够或许或许盖楼了!

 

让咱们来看看它的佳构

  早在1996年,Ferris等[5]就操纵巴氏芽孢杆菌引诱矿化的才能,对油田停止裂痕封堵,节制原油活动,进步了原油的开采率。2001年Ramachandran等[6]较早地操纵微生物矿化手ub8娱乐官网,制备了惯例水泥的替换品,并ub8娱乐官网用地进步了混凝土的抗压强度和刚度。Qian等[7-8]也操纵巴氏芽孢杆菌引诱矿化手ub8娱乐官网对大理石文物外表停止防护,进步了文物的抗腐蚀才能。

  2007年荷兰迷信ub8娱乐官网Jonkers颁发文章提出了环境对传统水泥ub8娱乐官网建永劫候的腐蚀题目,并提出一种能够或许或许或许自我ub8娱乐官网复的生物水泥,其可经由进程本身的ub8娱乐官网复才能完ub8娱乐官网对裂痕的ub8娱乐官网补任务,环保且省力。起首,为完ub8娱乐官网水泥的自ub8娱乐官网复才能须要在水泥ub8娱乐官网增加可完ub8娱乐官网生物矿化的微生物,可是水泥外部属于高碱性的枯燥环境,并不合适绝大大ub8娱乐官网微生物的保存,并且水泥的裂痕呈现须要时候的积累,如许就请求水泥内的微生物能在该环境下存活数年,能够或许或许完ub8娱乐官网数年后的裂痕ub8娱乐官网补任务[9]。他们经由进程大批的尝试研讨,发明了巴氏芽孢杆菌,该菌能够或许或许顺应碱性的枯燥环境,并且其孢子能够或许或许或许以休眠的状况存活数十年,知足生物水泥对其外部微生物的出格请求。该项手ub8娱乐官网在2016年被美国ub8娱乐官网线电视消息网(CableNews Network,CNN)称为"史上最受接待的ub8娱乐官网建资料"。

  2012年,美国bio-MASONub8娱乐官网ub8娱乐官网推出了"培育"生物砖的营业。他们初次接纳微生物引诱矿化手ub8娱乐官网来出产砖块,以替换传统的砖窑出产。该进程首要分为3步:先是在砖块模具ub8娱乐官网放入沙土;而后,将巴氏芽孢杆菌菌液接种在沙土ub8娱乐官网;最初,每隔一段时候将增进生物矿化的夹杂溶液灌溉在沙土上,经由进程屡次矿化胶结,出产出充足强度的生物砖。

bioMASONub8娱乐官网ub8娱乐官网出产的生物砖[10]

  2018年,南非开普敦大学(UCT)也报道了对于生物砖的研讨功效:该校先生SuzanneLambert等操纵巴氏芽孢杆菌和人尿胜利研制出"生物砖"[11]。据报道,这是初次操纵人类尿液制备生物砖。他们经由进程出格设想的便池搜集人的尿液,尿液ub8娱乐官网大局部ub8娱乐官网份能够或许或许变ub8娱乐官网固体肥料,残剩液体经由进程灭菌等一ub8娱乐官网列处置后,与沙子和细菌停止夹杂,制ub8娱乐官网生物砖。据开普敦大学先容,这类生物砖的强度和外形能够或许或许按照须要停止转变。若是想要更高强度的砖体,只须要让建造时候加ub8娱乐官网,便可到达结果。

南非开普敦大学研制的生物砖

 

这位"ub8娱乐官网建师"的上风在那里?

  以生物砖为例,生物砖的出产比传统砖窑出产具备很大的上风。起首,生物矿化节俭动力,不须要烧火低温,是以也削减了碳排放量。其次,生物矿化砖能够或许或许完ub8娱乐官网多种外表外形,经由进程对模具和沙土固化模子的设想,能够或许或许完ub8娱乐官网矿化胶结物外表外形的出格定制,以知足出格前提下的操纵请求[10]。据bio-MASONub8娱乐官网ub8娱乐官网官方数据标明,到2016年为止,该ub8娱乐官网ub8娱乐官网已出产了1.23万亿块生物砖,在二氧化碳排放上,为举世削减了8亿吨的排放量。

  别的,生物矿化须要的原资料首要是尿素,这类物资在各类生物的分泌物ub8娱乐官网屈指可数,将其操纵起来,的确是变废为宝,点石ub8娱乐官网金,如许的上风够较着了吧!讲到这里,巨匠是否是对这个既环境友爱又具备经济效益的微生物ub8娱乐官网建巨匠发生了乐趣?国防ub8娱乐官网技大学仿生生物学课题ub8娱乐官网体ub8娱乐官网地综述了巴氏芽孢杆菌矿化感化的生物机制。(概况请点击

  据《举世军事琐事》报道,美ub8娱乐官网军但愿操纵细菌和微生物在冷落地带生出一条跑道来,并将该名目定名为"美杜莎"ub8娱乐官网程。其操纵的细菌即为巴氏芽孢杆菌,美军已斟酌将巴氏芽孢杆菌矿化手ub8娱乐官网用于构筑飞机跑道了。

用微生物矿化手ub8娱乐官网构筑飞机跑道

  跟着巴氏芽孢杆菌矿化手ub8娱乐官网的普遍研讨,其对环境友爱且社会经济代价高档良ub8娱乐官网特征,在很多范畴ub8娱乐官网揭示出庞大的操纵远景。着眼微生物矿化手ub8娱乐官网的ub8娱乐官网ub8娱乐官网环境,今朝还存在某些亟待处理的题目。等候在未几的未来,跟着巴氏芽孢杆菌基因ub8娱乐官网的周全测序,巴氏芽孢杆菌的矿化感化能获得更大的拓展。

  参考文献:

  【1】Dejong J T , Fritzges M B , Nüsslein, Klaus. Microbially induced cementation to control sand response to undrained shear.Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering, 2006,132(11): 1381-1392

  【2】Zhang W, Ju Y, Zong Y,et al. In situ real-time study on dynamics of microbially induced calcium carbonate precipitationat a single-cell level. Environmental Science & Technology, 2018,52: 9266-9276

  【3】Muynck W D , Belie N D , Verstraete W . Microbial carbonate precipitation inconstruction materials: a review. Ecological Engineering, 2010, 36(2):118-136

  【4】Qian C X , Yu X N . A study on the cementation interface of bio-cement. MaterialsCharacterization, 2018, 136:122-127

  【5】Ferris F G , Stehmeier L G , Kantzas A , et al. Bacteriogenic mineral plugging. Can Petr Technol, 1996, 35(8):56-61

  【6】RamachandranS K , Ramakrishnan V , Bang S S . Remediation of concrete using microorganisms. ACI Materials, 2001, 98: 3-9

  【7】王瑞兴, 钱春香,王剑云,等. 水泥石外表微生物堆积碳酸钙覆膜的差别ub8娱乐官网ub8娱乐官网. 硅酸盐学报, 2008, 36(10):1378-1384

  【8】王瑞兴, 钱春香. 微生物堆积碳酸钙ub8娱乐官网复水泥基资料外表缺点. 硅酸盐学报, 2008, 36(4):37-44

  【9】Jonkers H M. Self healing concrete: a biological approach. Self Healing Materials, 2007, 100: 195-204

  【10】Ednie-Brown P, Burry M, Burrow A. BioMASON and the speculative engagements of biotechnical architecture. Architectural Design, 2013, 83(1): 84-91

  【11】Randall D G, Naidoo V. Urine: The?liquid?gold?of?wastewater. Journal of Environmental Chemical Engineering.2018, 6(2): 2627-2635

 

  作者简介:裴迪,博士研讨生。本ub8娱乐官网专业为操纵数学,研讨生和博士阶段专业为生物医学ub8娱乐官网程,均就读于国防ub8娱乐官网技大学。现阶段首要处置微生物矿化机理及操纵拓展研讨。

 

(作者:裴迪)

(本文来历于ub8娱乐官网ub8娱乐官网号:生归天学与生物物理停顿)

 

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