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Os materiais novos do bio-híbrido podiam ser usados como sensores, catalizadores, sistemas da droga-entrega, mais

As bactérias jogam um papel em processos industriais inumeráveis da fermentação que limpa a poluição ambiental. Mas flutuando livremente na solução, as pilhas microbianas multiplicam constantemente, gerando a biomassa que deve ser removida periòdicamente, causando o tempo ocioso da máquina. Adicionalmente, os micro-organismos não podem ser localizados a uma região específica de interesse.

Agora, os cientistas no Ministério de E.U. do laboratório (DOE) nacional do Brookhaven da Energia e a universidade rochoso do ribeiro planejaram uma maneira de encapsular as bactérias em um hydrogel sintético do polímero. Estes novos, estável, materiais do bio-híbrido mantêm a capacidade dos micróbios para trocar nutrientes e produtos metabólicos com seu ambiente, e poderiam encontrar aplicações difundidas, por exemplo, como biosensors, catalizadores, sistemas da droga-entrega, ou no tratamento de águas residuais. O método e os resultados são descritos em um papel publicado em linha pelas continuações da Academia Nacional das Ciências a semana do 3 de agosto de 2009.

Esta micrografia de elétron da exploração mostra a bactéria haste-dada forma de Pseudomonas Fluorescens encerrada completamente dentro das fibras do polímero de um aberto-weave, hydrogel poroso formado electrospinning. Nestes materiais do bio-híbrido, as bactérias permanecem imobilizadas mas viáveis para aplicações na biotecnologia. A barra branca da escala no canto direito mais baixo mede 1 micrômetro.”
Esta micrografia de elétron da exploração mostra a bactéria haste-dada forma de Pseudomonas Fluorescens encerrada completamente dentro das fibras do polímero de um aberto-weave, hydrogel poroso formado electrospinning. Nestes materiais do bio-híbrido, as bactérias permanecem imobilizadas mas viáveis para aplicações na biotecnologia. A barra branca da escala no canto direito mais baixo mede 1 micrômetro.”

“De várias maneiras, nossa pesquisa está tentando imitar os biofilms que muitos micro-organismos formam na natureza,” disse o revelador Chidambaram do cientista dos materiais do laboratório de Brookhaven, autor correspondente no estudo. “Estes formulário de comunidades complexo e dinâmico quando os micróbios se encapsularem em uma matriz extracelular do polímero, que lhes ofereça a protecção considerável dos desafios ambientais tais como mudanças na acidez ou na salinidade, e mesmo agentes antimicrobiais.

“Nosso objetivo é desenvolver biofilms sintéticos, sob a forma dos materiais bioactive que poderiam ser produzidos confiantemente em uma escala industrial, e usado ou reúso continuamente para uma escala de aplicações. Este estudo, que relata a geração de um material fibroso polimérico muito fino em que os micróbios mantêm sua capacidade para funcionar, representa uma etapa significativa para a realização desse objetivo.”

Esta micrografia de elétron da exploração mostra mobilis dados forma haste de Zymomonas nas fibras ligadas do polímero. Estes materiais do bio-híbrido são insolúveis na água, e as bactérias permanecem imobilizadas mas viáveis para aplicações na biotecnologia. Este micróbio particular é usado na produção de bioetanol.
Esta micrografia de elétron da exploração mostra mobilis dados forma haste de Zymomonas nas fibras ligadas do polímero. Estes materiais do bio-híbrido são insolúveis na água, e as bactérias permanecem imobilizadas mas viáveis para aplicações na biotecnologia. Este micróbio particular é usado na produção de bioetanol.

As tentativas precedentes de encapsular as bactérias viáveis em materiais insolúveis sofreram de diversos defeitos, de acordo com os pesquisadores. Primeiros, os materiais encapsulando eram geralmente filmes do que finos maiores dos ordens de grandeza. Porque os nutrientes ou os reagentes tiveram que difundir distante nestes materiais para alcançar os micróbios, actividade - e viabilidade do micróbio - sofridas consequentemente.

Para superar estes problemas, a equipe Brookhaven-Rochoso do ribeiro usou uma técnica chamada electrospinning, que usa a força electrostática para produzir filamentos do polímero. Neste processo, uma solução do polímero que contem o micro-organismo do interesse é girada para criar fibras.

Um desafio desenvolvia um sistema do polímero-solvente que não fosse tóxico às bactérias. Outro conseguia uma estrutura com bastante porosidade para facilitar transferência dos materiais tais como nutrientes e restos da produção entre os micróbios e seu ambiente. Adicionalmente, o material final deve ser feito insolúvel assim que permaneceria intacto nos ambientes aquosos previstos para muitas aplicações potenciais.

Os cientistas encontraram estes desafios com uma série de experiências para desenvolver um método para produzir suas fibras. Conseguiram seu objetivo - um material polimérico insolúvel, fibroso em que as bactérias relevantes com sucesso foram encapsuladas industrial e permanecidas viáveis - usando um polímero nontoxic, não-biodegradável, solúvel em água conhecido como FDMA como o agente encapsulando, e cruz-ligando as fibras em uma solução do glicerol após a capsulagem para impedir que o material se dissolva em ambientes aquosos.

O microscópio de elétron da exploração e as imagens fluorescentes da microscopia revelam as bactérias haste-dadas forma encerradas completamente dentro das fibras minúsculas do polímero. As fibras formam a malha-como o weave aleatório com um ideal aberto da estrutura de poro para o uso como os eléctrodos, as membranas, ou os filtros. Os testes adicionais mostraram que uma porcentagem alta das bactérias permaneceu viável por até diversos meses, e sua actividade metabólica não foi afectada pela imobilização. Contudo as pilhas bacterianas encapsuladas não replicate. Conseqüentemente nenhuma remoção da biomassa acumulada seria necessária.

As bactérias escolhidas para este estudo - dos géneros Pseudomonas, Zymomonas, e Escherichia - já têm as aplicações industriais, tais como a glicose da fermentação para produzir o álcool etílico (uma reacção chave da produção do combustível biológico da matéria da planta). Os materiais insolúveis que contêm tais bactérias podiam igualmente ser usados para desenvolver biosensors sofisticados, reusáveis, sistemas estáveis da droga-entrega, e barreiras reactivas permeáveis para limpar a água subterrânea contaminada.

Além do que Chidambaram, os colaboradores na pesquisa descrita no papel de PNAS são: Ying Liu (aluno diplomado) e Miriam Rafailovich do centro avançado da investigação energética & de tecnologia e da universidade rochoso do ribeiro, e ram Malal e Daniel Cohn da universidade hebréia do Jerusalém. Uma solicitude de patente foi arquivada para este método de produzir hydrogels do biohybrid assim como várias aplicações.