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Des matériaux neufs de bio-hybride ont pu être employés comme détecteurs, catalyseurs, systèmes de la médicament-distribution, plus

Les bactéries jouent un rôle dans des processus industriels innombrables de la fermentation nettoyant la pollution environnementale. Mais flottant librement en solution, les cellules microbiennes se multiplient continuellement, produisant de la biomasse qui doit être retirée périodiquement, entraînant le temps d'arrêt. Supplémentaire, les micros-organismes ne peuvent pas être localisés à une région d'intérêt spécifique.

Maintenant, les scientifiques au ministère de l'énergie des États-Unis le laboratoire (DOE) national de Brookhaven et l'université pierreuse de ruisseau ont trouvé un moyen d'encapsuler des bactéries dans un hydrogel synthétique de polymère. Ces neufs, stable, des matériaux de bio-hybride mettent à jour la capacité des microbes de mélanger des éléments nutritifs et des métabolites avec leur environnement, et pourraient trouver des applications répandues, par exemple, comme biocapteurs, catalyseurs, systèmes de la médicament-distribution, ou dans le traitement des eaux résiduaires. La méthode et les résultats sont décrits en ligne dans un publié de papier par les démarches de l'académie nationale des sciences la semaine du 3 août 2009.

Ce micrographe électronique de lecture montre la bactérie en forme de tige de pseudomonas fluorescens complet emballée dans les fibres de polymère d
Ce micrographe électronique de lecture montre la bactérie en forme de tige de pseudomonas fluorescens complet emballée dans les fibres de polymère d'une ouvert-armure, hydrogel poreux constitué par electrospinning. En ces matériaux de bio-hybride, les bactéries restent immobilisées mais viables pour des applications en biotechnologie. La barre blanche d'écaille dans le coin inférieur droit mesure 1 micromètre. »

« De plusieurs manières, notre recherche essaye d'imiter les films biologiques que beaucoup de micros-organismes forment en nature, » a dit le révélateur Chidambaram, auteur correspondant de scientifique de matériaux de laboratoire de Brookhaven sur l'étude. « Cette forme de communautés complexe et dynamique quand les microbes s'encapsulent dans une modification extracellulaire de polymère, qui leur offre la protection considérable contre des défis environnementaux tels que des changements d'acidité ou de salinité, et même antimicrobiens.

« Notre objectif est de développer des films biologiques synthétiques, sous forme de matériaux bioactifs qui pourraient être produits sûrement sur une échelle industrielle, et utilisé ou réutilisé continuement pour une gamme d'applications. Cette étude, qui indique le rétablissement d'un matériau fibreux polymère très mince en lequel les microbes mettent à jour leur capacité de fonctionner, représente un pas important vers atteindre cet objectif. »

Ce micrographe électronique de lecture montre des mobilis de Zymomonas formés par tige dans les fibres réticulées de polymère. Ces matériaux de bio-hybride sont insolubles dans l
Ce micrographe électronique de lecture montre des mobilis de Zymomonas formés par tige dans les fibres réticulées de polymère. Ces matériaux de bio-hybride sont insolubles dans l'eau, et les bactéries restent immobilisées mais viables pour des applications en biotechnologie. Ce microbe particulier est employé dans la production du bioéthanol.

Les précédentes tentatives d'encapsuler les bactéries viables en matériaux insolubles ont souffert de plusieurs points faibles, selon les chercheurs. Premiers, les matériaux de encapsulation étaient habituellement des ordres de grandeur plus importants que des films minces. Puisque les éléments nutritifs ou les réactifs ont dû diffuser loin dans ces matériaux pour atteindre les microbes, activité - et viabilité de microbe - souffertes par conséquent.

Pour surmonter ces problèmes, l'équipe Brookhaven-Pierreuse de ruisseau a employé electrospinning appelé de technique, qui emploie la force électrostatique pour produire des filaments de polymère. Dans ce procédé, une solution de polymère contenant le micro-organisme d'intérêt est tournée pour produire des fibres.

Un défi développait un système de polymère-solvant qui ne serait pas toxique aux bactéries. Un un autre réalisait une structure avec assez de porosité pour faciliter le transfert des matériaux tels que des éléments nutritifs et des produits de déchets entre les microbes et leur environnement. Supplémentaire, le matériau final doit être rendu insoluble ainsi il demeurerait intact dans les environnements aqueux envisagés pour beaucoup d'applications possibles.

Les scientifiques ont relevé ces défis par une suite d'expériences pour développer une méthode pour produire leurs fibres. Ils ont atteint leur objectif - un matériau polymère insoluble et fibreux en lequel industriellement des bactéries appropriées ont été avec succès encapsulées et restées viables - utilisant un polymère non-toxique, non-biodégradable, soluble dans l'eau connu sous le nom de FDMA comme agent d'encapsulation, et par édition absolue les fibres dans une solution de glycérol après l'encapsulation pour empêcher le matériau de dissoudre dans les milieux aqueux.

Le microscope électronique de lecture et les images fluorescentes de microscopie indiquent les bactéries en forme de tige complet emballées dans les fibres minuscules de polymère. Les fibres forment une armure faite au hasard comme une maille avec un idéal ouvert de structure de pore pour l'usage comme électrodes, membranes, ou filtres. Les tests complémentaires ont prouvé qu'un pourcentage élevé des bactéries est demeuré viable pendant jusqu'à plusieurs mois, et leur activité métabolique n'a pas été affectée par immobilisation. Pourtant les cellules bactériennes encapsulées ne reproduisent pas. Par conséquent aucun démontage de biomasse accumulée ne serait nécessaire.

Les bactéries choisies pour cette étude - des genres pseudomonas, Zymomonas, et escherichia - ont déjà des applications industrielles, telles que le glucose de fermentation pour produire l'éthanol (une réaction principale de production de combustible organique à partir de question de centrale). Des matériaux insolubles contenant de telles bactéries ont pu également être employés pour développer les biocapteurs sophistiqués et réutilisables, les systèmes stables de la médicament-distribution, et les barrages réactifs perméables pour nettoyer les eaux souterraines contaminées.

En plus de Chidambaram, les collaborateurs sur la recherche décrite dans le papier de PNAS sont : Ying Liu (étudiant de troisième cycle) et Miriam Rafailovich du centre avancé et de technologie de recherche en matière d'énergie et d'université pierreuse de ruisseau, et mandrin Malal et Daniel Cohn de l'université hébreue de Jérusalem. Une demande de brevet a été déposée pour cette méthode de produire des hydrogels de biohybrid ainsi que des applications variées.