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I nuovi materiali dell'bio--ibrido hanno potuto essere usati come sensori, i catalizzatori, i sistemi della droga consegna, più

I batteri svolgono un ruolo nei processi industriali innumerevoli da fermentazione che pulisce l'inquinamento ambientale. Ma fluttuando liberamente in soluzione, le celle microbiche si moltiplicano costantemente, generando la biomassa che deve essere eliminata periodicamente, causante l'inattività. Ulteriormente, i microrganismi non possono essere localizzati ad una regione specifica di interesse.

Ora, gli scienziati al Dipartimento per l'energia di Stati Uniti il laboratorio nazionale (DOE) del Brookhaven e la Stony Brook University hanno inventato un modo incapsulare i batteri in un idrogel sintetico del polimero. Questi nuovi, stabile, materiali dell'bio--ibrido mantengono la capacità dei microbi di scambiare le sostanze nutrienti ed i prodotti metabolici con il loro ambiente e potrebbero trovare le applicazioni diffuse, per esempio, come i biosensori, catalizzatori, sistemi della droga consegna, o nel trattamento delle acque reflue. Il metodo ed i risultati sono descritti in un articolo pubblicato online tramite gli atti dell'Accademia nazionale delle scienze la settimana del 3 agosto 2009.

Questo microscopio elettronico a scansione mostra il batterio a forma di bastoncino di pseudomonas fluorescens completamente imballato all
Questo microscopio elettronico a scansione mostra il batterio a forma di bastoncino di pseudomonas fluorescens completamente imballato all'interno delle fibre del polimero di una trama larga, idrogel poroso costituito dal electrospinning. In questi materiali dell'bio--ibrido, i batteri rimangono vincolati ma possibili per le applicazioni in biotecnologia. La barra bianca del disgaggio nel giusto angolo più basso misura 1 micrometro.„

“In molti modi, la nostra ricerca sta provando ad imitare i biofilms che molti microrganismi si formano in natura,„ ha detto lo sviluppatore Chidambaram, autore corrispondente dello scienziato dei materiali del laboratorio di Brookhaven sullo studio. “Questi modulo di comunità complesso e dinamico quando i microbi si incapsulano in una matrice extracellulare del polimero, che offre loro la considerevole protezione dalle sfide ambientali quali i cambiamenti nell'acidità o nella salinità e perfino agenti antimicrobici.

“Il nostro scopo è di sviluppare i biofilms sintetici, sotto forma di materiali bioactive che potrebbero essere prodotti attendibilmente su un disgaggio industriale ed usato o riutilizzato continuamente per un intervallo delle applicazioni. Questo studio, che riferisce la generazione di materiale fibroso polimerico molto sottile in cui i microbi mantengono la loro capacità di funzionare, rappresenta un punto significativo verso il raggiungimento del quello scopo.„

Questo microscopio elettronico a scansione mostra i mobilis di Zymomonas a forma di bastoncini nelle fibre unite con legami atomici incrociati del polimero. Questi materiali dell
Questo microscopio elettronico a scansione mostra i mobilis di Zymomonas a forma di bastoncini nelle fibre unite con legami atomici incrociati del polimero. Questi materiali dell'bio--ibrido sono insolubili in acqua ed i batteri rimangono vincolati ma possibili per le applicazioni in biotecnologia. Questo microbo particolare è utilizzato nella produzione di bioetanolo.

I tentativi precedenti di incapsulare i batteri possibili in materiali insolubili hanno sofferto da parecchie imperfezioni, secondo i ricercatori. Primi, i materiali d'incapsulamento erano solitamente più grandi pellicole sottili di ordini di grandezza. Poiché le sostanze nutrienti o i reattivi hanno dovuto diffondersi lontano in questi materiali per raggiungere i microbi, attività - ed attuabilità del microbo - sofferte di conseguenza.

Per superare questi problemi, il gruppo Brookhaven-Pietroso del ruscello ha usato una tecnica chiamata electrospinning, che usa la forza elettrostatica per produrre i filamenti del polimero. In questo trattamento, una soluzione del polimero che contiene il microrganismo di interesse è filata per creare le fibre.

Una sfida stava mettendo a punto un sistema del polimero-solvente che non sarebbe tossico ai batteri. Un altro stava raggiungendo una struttura con abbastanza porosità per facilitare il trasferimento dei materiali quali le sostanze nutrienti ed i residui fra i microbi ed il loro ambiente. Ulteriormente, il materiale definitivo deve essere reso insolubile in modo da rimarrebbe intatto negli ambienti acquosi preveduti per molte applicazioni potenziali.

Gli scienziati hanno incontrato queste sfide con una serie di esperimenti per mettere a punto un metodo per la produzione delle loro fibre. Hanno raggiunto il loro obiettivo - un materiale polimerico insolubile e fibroso in cui i batteri pertinenti con successo sono stati incapsulati su scala industriale e rimanere possibili - facendo uso di un polimero non tossico, non biodegradabile, solubile in acqua conosciuto come FDMA come l'agente dell'incapsulamento e inter-collegando le fibre in una soluzione del glicerolo dopo l'incapsulamento per impedire il materiale la dissoluzione negli ambienti acquosi.

Il microscopio elettronico a scansione e le immagini fluorescenti di microscopia rivelano i batteri a forma di bastoncino completamente imballati all'interno delle fibre minuscole del polimero. Le fibre formano un tessuto casuale del tipo di maglia con un ideale della struttura di poro aperto per uso come gli elettrodi, le membrane, o filtri. Gli esami supplementari hanno provato che un'alta percentuale dei batteri è rimanere possibile per fino a parecchi mesi e la loro attività metabolica non è stata influenzata tramite immobilizzazione. Eppure le celle batteriche incapsulate non ripiegano. Di conseguenza non c'sarebbe nessuna rimozione della biomassa accumulata.

I batteri scelti per questo studio - dai generi pseduomonas, Zymomonas ed escherichia - già hanno applicazioni industriali, quale il glucosio di fermentazione per produrre l'etanolo (una reazione chiave di produzione del combustibile biologico dalla materia dell'impianto). I materiali insolubili che contengono tali batteri hanno potuto anche essere usati per sviluppare i biosensori specializzati e riutilizzabili, i sistemi stabili della droga consegna e le barriere reattive permeabili per pulire l'acqua freatica contaminata.

Oltre a Chidambaram, i collaboratori sulla ricerca descritta nel documento di PNAS sono: Ying Liu (dottorando) e Miriam Rafailovich sia della ricerca energetica avanzata & centro che Stony Brook University di tecnologia e ram Malal e Daniel Cohn dell'università ebraica di Gerusalemme. Una richiesta di brevetto file per questo metodo di produzione gli idrogel del biohybrid come pure di varie applicazioni.