Name: bacterial cellulose spheres that encapsulate solid materials
Uploaded: 2021-02-26T15:00:00
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Ce travail s’inscrit dans la continuité d’un projet du Montana Tech Research Assistant Mentorship Program d’Adolfo Martinez, Catherine Mulholland, Tyler Somerville et Laurel Bitterman. La recherche a été parrainée par la National Science Foundation dans le cadre de la subvention no. OIA-1757351 et le Laboratoire de recherche de l’Armée du Commandement du développement des capacités de combat (accord de coopération numéro W911NF-15-2-0020). Les opinions, constatations et conclusions, ou recommandations exprimées dans ce document sont celles des auteurs et ne reflètent pas nécessairement les points de vue de la National Science Foundation ou du Army Research Lab. Nous tenons également à remercier Amy Kuenzi, Lee Richards, Katelyn Alley, Chris Gammons, Max Wohlgenant et Kris Bosch pour leurs contributions.

1. Création et maintien de la culture de démarrage de cellulose bactérienne
<ol><li>Obtenir une culture de démarrage de cellulose bactérienne, d’environ 50 g, sous la forme d’un SCOBY. Il peut être acheté commercialement (p. ex., auprès de Cultures for Health). Placez le SCOBY dans un bécher de 1 L, recouvert d’une serviette en papier.</li>
	<li>Faire bouillir 700 mL d’eau désionisée, la transférer dans un récipient distinct de celui contenant le SCOBY et ajouter 85 g de saccharose.</li>
	<li>Une f...

<ol>
	<li>Mohainin Mohammad, S., Abd Rahman, N., Sahaid Khalil, M., Rozaimah Sheikh Abdullah, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=An+Overview+of+Biocellulose+Production+Using+Acetobacter+xylinum+Culture.">An Overview of Biocellulose Production Using Acetobacter xylinum Culture.</a> Advances in Biological Research. 8 (6), 307-313 (2014).</li><li>Dufresne, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+cellulose.">Bacterial cellulose.</a> Nanocellulose. , 125-146 (2017).</li><li>Czaja, W., Romanovicz, D., Brown, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+investigations+of+microbial+cellulose+produced+in+stationary+and+agitated+culture.">Structural investigations of microbial cellulose produced in stationary and agitated culture.</a> Cellulose. 11 (3-4), 403-411 (2004).</li><li>Hu, Y., Catchmark, J. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Formation+and+characterization+of+spherelike+bacterial+cellulose+particles+produced+by+acetobacter+xylinum+JCM+9730+strain.">Formation and characterization of spherelike bacterial cellulose particles produced by acetobacter xylinum JCM 9730 strain.</a> Biomacromolecules. 11 (7), 1727-1734 (2010).</li><li>Goh, W. N., Rosma, A., Kaur, B., Fazilah, A., Karim, A. A., Bhat, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microstructure+and+physical+properties+of+microbial+cellulose+produced+during+fermentation+of+black+tea+broth+(kombucha).">Microstructure and physical properties of microbial cellulose produced during fermentation of black tea broth (kombucha).</a> International Food Research Journal. 19 (1), 153-158 (2012).</li><li>Toyosaki, H., Naritomi, T., Seto, A., Matsuoka, M., Tsuchida, T., Yoshinaga, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Screening+of+Bacterial+Cellulose-producing+Acetobacter+Strains+Suitable+for+Agitated+Culture.">Screening of Bacterial Cellulose-producing Acetobacter Strains Suitable for Agitated Culture.</a> Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 59 (8), 1498-1502 (1995).</li><li>Shi, Z., Zhang, Y., Phillips, G. O., Yang, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Utilization+of+bacterial+cellulose+in+food.">Utilization of bacterial cellulose in food.</a> Food Hydrocolloids. 35, 539-545 (2014).</li><li>Holland, M. C., Eggensperger, C. G., Giagnorio, M., Schiffman, J. D., Tiraferri, A., Zodrow, K. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+Postprocessing+Alters+the+Permeability+and+Selectivity+of+Microbial+Cellulose+Ultrafiltration+Membranes.">Facile Postprocessing Alters the Permeability and Selectivity of Microbial Cellulose Ultrafiltration Membranes.</a> Environmental Science and Technology. 54 (20), 13249-13256 (2020).</li><li>Le Hoang, S., Vu, C. M., Pham, L. T., Choi, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+physical+characteristics+of+epoxy+resin/+bacterial+cellulose+biocomposites.">Preparation and physical characteristics of epoxy resin/ bacterial cellulose biocomposites.</a> Polymer Bulletin. 75 (6), 2607-2625 (2018).</li><li>Vu, C. M., Nguyen, D. D., Sinh, L. H., Pham, T. D., Pham, L. T., Choi, H. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Environmentally+benign+green+composites+based+on+epoxy+resin/bacterial+cellulose+reinforced+glass+fiber:+Fabrication+and+mechanical+characteristics.">Environmentally benign green composites based on epoxy resin/bacterial cellulose reinforced glass fiber: Fabrication and mechanical characteristics.</a> Polymer Testing. 61, 150-161 (2017).</li><li>Pavaloiu, R. D., Stoica, A., Stroescu, M., Dobre, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+release+of+amoxicillin+from+bacterial+cellulose+membranes.">Controlled release of amoxicillin from bacterial cellulose membranes.</a> Central European Journal of Chemistry. 12 (9), 962-967 (2014).</li><li>Trovatti, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biocellulose+membranes+as+supports+for+dermal+release+of+lidocaine.">Biocellulose membranes as supports for dermal release of lidocaine.</a> Biomacromolecules. 12 (11), 4162-4168 (2011).</li><li>Trovatti, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+cellulose+membranes+applied+in+topical+and+transdermal+delivery+of+lidocaine+hydrochloride+and+ibuprofen:+In+vitro+diffusion+studies.">Bacterial cellulose membranes applied in topical and transdermal delivery of lidocaine hydrochloride and ibuprofen: In vitro diffusion studies.</a> International Journal of Pharmaceutics. 435 (1), 83-87 (2012).</li><li>Shaviv, A., Mikkelsen, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled-release+fertilizers+to+increase+efficiency+of+nutrient+use+and+minimize+environmental+degradation+-+A+review.">Controlled-release fertilizers to increase efficiency of nutrient use and minimize environmental degradation - A review.</a> Fertilizer Research. 35 (1-2), 1-12 (1993).</li><li>Eggensperger, C. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sustainable+living+filtration+membranes.">Sustainable living filtration membranes.</a> Environmental Science and Technology Letters. 7 (3), 213-218 (2020).</li><li>Schr&#246;pfer, S. B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biodegradation+evaluation+of+bacterial+cellulose,+vegetable+cellulose+and+poly+(3-hydroxybutyrate)+in+soil.">Biodegradation evaluation of bacterial cellulose, vegetable cellulose and poly (3-hydroxybutyrate) in soil.</a> Polimeros. 25 (2), 154-160 (2015).</li><li>Orts, W. J., Glenn, G. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reducing+soil+erosion+losses+with+small+applications+of+biopolymers.">Reducing soil erosion losses with small applications of biopolymers.</a> ACS Symposium Series. 723, 235-247 (1999).</li><li>Mohite, B. V., Patil, S. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+biomaterial:+Bacterial+cellulose+and+its+new+era+applications.">A novel biomaterial: Bacterial cellulose and its new era applications.</a> Biotechnology and Applied Biochemistry. 61 (2), 101-110 (2014).</li><li>Mikkelsen, R. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Using+hydrophilic+polymers+to+control+nutrient+release.">Using hydrophilic polymers to control nutrient release.</a> Fertilizer Research. 38 (1), 53-59 (1994).</li><li>Du, C. W., Zhou, J. M., Shaviv, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Release+characteristics+of+nutrients+from+polymer-coated+compound+controlled+release+fertilizers.">Release characteristics of nutrients from polymer-coated compound controlled release fertilizers.</a> Journal of Polymers and the Environment. 14 (3), 223-230 (2006).</li><li>Serafica, G., Mormino, R., Bungay, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inclusion+of+solid+particles+in+bacterial+cellulose.">Inclusion of solid particles in bacterial cellulose.</a> Applied Microbiology and Biotechnology. 58 (6), 756-760 (2002).</li><li>Tomaszewska, M., Jarosiewicz, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Use+of+polysulfone+in+controlled-release+NPK+fertilizer+formulations.">Use of polysulfone in controlled-release NPK fertilizer formulations.</a> Journal of Agricultural and Food Chemistry. 50 (16), 4634-4639 (2002).</li><li>Gonz&#225;lez, M. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evaluation+of+biodegradable+polymers+as+encapsulating+agents+for+the+development+of+a+urea+controlled-release+fertilizer+using+biochar+as+support+material.">Evaluation of biodegradable polymers as encapsulating agents for the development of a urea controlled-release fertilizer using biochar as support material.</a> Science of the Total Environment. 505, 446-453 (2015).</li><li>Shavit, U., Shaviv, A., Shalit, G., Zaslavsky, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Release+characteristics+of+a+new+controlled+release+fertilizer.">Release characteristics of a new controlled release fertilizer.</a> Journal of Controlled Release. 43 (2-3), 131-138 (1997).</li><li>Kolakovic, R., Laaksonen, T., Peltonen, L., Laukkanen, A., Hirvonen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spray-dried+nanofibrillar+cellulose+microparticles+for+sustained+drug+release.">Spray-dried nanofibrillar cellulose microparticles for sustained drug release.</a> International Journal of Pharmaceutics. 430 (1-2), 47-55 (2012).</li><li>Zaharia, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+cellulose-poly(acrylic+acid-:+Co-N,+N+&#8242;-methylene-bis-acrylamide)+interpenetrated+networks+for+the+controlled+release+of+fertilizers.">Bacterial cellulose-poly(acrylic acid-: Co-N, N &#8242;-methylene-bis-acrylamide) interpenetrated networks for the controlled release of fertilizers.</a> RSC Advances. 8 (32), 17635-17644 (2018).</li><li>Peterson, J. D., Vyazovkin, S., Wight, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+the+thermal+and+thermo-oxidative+degradation+of+polystyrene,+polyethylene+and+poly(propylene).">Kinetics of the thermal and thermo-oxidative degradation of polystyrene, polyethylene and poly(propylene).</a> Macromolecular Chemistry and Physics. 202 (6), 775-784 (2001).</li><li>Goh, W. N., Rosma, A., Kaur, B., Fazilah, A., Karim, A. A., Bhat, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fermentation+of+black+tea+broth+(kombucha):+I.+effects+of+sucrose+concentration+and+fermentation+time+on+the+yield+of+microbial+cellulose.">Fermentation of black tea broth (kombucha): I. effects of sucrose concentration and fermentation time on the yield of microbial cellulose.</a> International Food Research Journal. 19 (1), 109-117 (2012).</li><li>Zhu, H., Jia, S., Yang, H., Jia, Y., Yan, L., Li, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+application+of+bacterial+cellulose+sphere:+A+novel+biomaterial.">Preparation and application of bacterial cellulose sphere: A novel biomaterial.</a> Biotechnology and Biotechnological Equipment. 25 (1), 2233-2236 (2011).</li><li>Nguyen, V. T., Flanagan, B., Gidley, M. J., Dykes, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Characterization+of+cellulose+production+by+a+Gluconacetobacter+xylinus+strain+from+Kombucha.">Characterization of cellulose production by a Gluconacetobacter xylinus strain from Kombucha.</a> Current Microbiology. 57 (5), 449-453 (2008).</li><li>Costa, A. F. S., Almeida, F. C. G., Vinhas, G. M., Sarubbo, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Production+of+bacterial+cellulose+by+Gluconacetobacter+hansenii+using+corn+steep+liquor+as+nutrient+sources.">Production of bacterial cellulose by Gluconacetobacter hansenii using corn steep liquor as nutrient sources.</a> Frontiers in Microbiology. 8, 1-12 (2017).</li><li>Watanabe, K., Tabuchi, M., Morinaga, Y., Yoshinaga, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+features+and+properties+of+bacterial+cellulose+produced+in+agitated+culture.">Structural features and properties of bacterial cellulose produced in agitated culture.</a> Cellulose. 5 (3), 187-200 (1998).</li></ol>

Ce protocole décrit les méthodes de production et d’encapsulation de sphère BC qui sont faciles à conduire et rentables. Grâce à divers ajustements apportés au protocole initial, un processus adéquat a été identifié. Des mesures cruciales doivent être prises pour garantir la viabilité des sphères. Tous les ingrédients impliqués dans la formation de bc jouent un rôle clé dans la santé et la durabilité des sphères. Le saccharose nourrit les organismes, le thé fournit de l’azote et le vinaigre abai...

La cellulose bactérienne (BC) a été connue pour son utilisation potentielle dans l’industrie en raison de sa résistance mécanique, de sa pureté et de sa cristallinité élevées, de ses capacités de rétention d’eau et de sa structure complexe de fibres1,2,3,4. Ces caractéristiques font de la Colombie-Britannique un biomatériau favorable pour une variété d’applications, y compris les utilisations biomédicales, de transformation des aliments et d’assainissementde l’environnement 1. La formation d’un film BC peut être faite avec des cultures à organisme unique ou des cultures mixtes comme celles utilisées pour le kombucha5, une boisson à base de thé fermenté. Le brassage du kombucha repose sur une « culture symbiotique de bactéries et de levures », communément appelée SCOBY. En utilisant cette culture symbiotique d’organismes, une technique similaire est employée pour créer des sphères BC. Ce biomatériau peut être utilisé pour aider à isoler les contaminants environnementaux et à ancrer les amendements agricoles comme le biochar pour obtenir une production agricole plus efficace.
La littérature précédente a discuté comment les caractéristiques de BC produites dans des conditions agitées se comparent à BC produites dans une culture stationnaire. Une culture stationnaire donne un film qui se forme à l’interface liquide-air, tandis qu’une culture secouée entraîne des particules, des brins et des sphères BC variables en suspension dans le liquide6. De nombreuses études ont fait référence à l’affirmation selon laquelle la production commerciale de BC est plus réalisable dans les conditionsdynamiques 6,7,fournissant une justification de l’application de la méthode de cet article. De plus, diverses études sur la structure et les propriétés des sphères de la Colombie-Britannique ont été menées. Toyosaki et coll.6 ont comparé des fioles d’Erlenmeyer déconcertées et à paroi lisse dans leur production agitée en Colombie-Britannique. Une étude de Hu et Catchmark4 a déterminé les conditions pour les sphères bc qui ont été utilisées comme lignes directrices pour le processus actuel de production de sphère BC, et leurs résultats indiquent que la taille de la sphère ne continue pas à augmenter après 60 heures. Un examen de la production de la Colombie-Britannique par Mohammad et al.1 indique que la secousse de la culture de la Colombie-Britannique assure même l’approvisionnement et la distribution de l’oxygène, ce qui est nécessaire pour une croissance réussie en Colombie-Britannique. Holland et coll.8 ont étudié la cristallinité et la structure chimique de la Colombie-Britannique à l’aide de la diffraction des rayons X et de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. On suppose que les capsules de la Colombie-Britannique présenteront des caractéristiques similaires et que les recherches futures étudieront les propriétés structurelles. Des études ont également exploré les effets bénéfiques de l’utilisation de la Colombie-Britannique pour produire des biocomposites améliorés. En utilisant la résine époxy comme base, les chercheurs ont montré que l’ajout de BC améliore les caractéristiques des matériaux telles que la durée de vie en fatigue, la ténacité à la rupture et la résistance à la traction et à la flexion9,10. Comme le montrent les recherches passées et actuelles, bon nombre d’entre nous s’intéressent à la commercialisation de l’utilisation de la Colombie-Britannique.
De nombreux chercheurs ont étudié la cellulose bactérienne dans des systèmes à libération contrôlée, et la méthode décrite ici génère des capsules qui pourraient être utilisées comme systèmes à libération contrôlée. Une grande partie de cette recherche se concentre sur la libération contrôlée dans le domaine biomédical, ainsi que sur l’exploration dans l’administration d’engrais à libération contrôlée (CRF). Compte tenu du succès de la libération contrôlée d’amoxicilline11,de lidocaïne12et d’ibuprofène13par la Colombie-Britannique, la Colombie-Britannique peut présenter des caractéristiques d’administration similaires à celles d’autres substances, comme un engrais granulé. Un aperçu des FRC par Shaviv et Mikkelsen14 reconnaît que les FRC sont plus efficaces, économisent de la main-d’œuvre et causent généralement moins de dégradation de l’environnement que l’application d’engrais conventionnels. La cellulose bactérienne peut fonctionner comme matériau d’encapsulation favorable pour les FRC. Les engrais peuvent s’infiltrer hors des membranes de la Colombie-Britannique ou se décharger à mesure que la colombie-britannique se biodégrade15,16. La capacité de gonflement élevé de l’eau de la Colombie-Britannique peut également agir comme un amendement bénéfique du sol17,18,19 parce que les nutriments d’engrais et l’humidité peuvent se libérer dans le sol par l’application de sphères de la Colombie-Britannique. Avec ces caractéristiques, un CRF formé par encapsulation de sphère BC peut avoir un avantage sur d’autres matériaux de revêtement d’engrais qui pourraient avoir des effets négatifs pendant leurs étapes de production et d’élimination. L’adaptation de la Colombie-Britannique en revêtement d’engrais pourrait améliorer davantage les technologies CRF. En réduisant le taux de libération d’engrais, les cultures auront suffisamment de temps pour absorber l’engrais et prévenir le ruissellement excessif dans les plans d’eau, réduisant ainsi l’eutrophisation et les zones nonoxygènes. Des engrais similaires à libération lente ont été préparés et mis à l’essai à l’aide de revêtements polymères20.
Contrairement aux protocoles décrits dans les recherches précédentes, celui-ci se concentre sur la production de sphères uniformes et cohésives plutôt que sur un rendement élevé en cellulose. De plus, l’encapsulation BC d’autres solides a été étudiée avec des films de cellulose, mais pas avec des sphères21. En élargissant la recherche sur les sphères de cellulose bactérienne, d’autres mesures peuvent être prises pour produire de la BC commercialement, ce qui est bénéfique en raison des caractéristiques de sécurité environnementale de la Colombie-Britannique. Cette méthode de fabrication de sphères BC utilise des ingrédients culinaires peu coûteux et facilement disponibles. Après l’assemblage initial, les sphères BC commencent à se former dans les 2 jours sans interférence. La production de sphères BC grâce à cette stratégie nécessite peu d’espace et a un sous-produit comestible, le thé fermenté « kombucha ». Les techniques d’encapsulation mentionnées dans d’autres études comprennent les revêtements formés par la technique d’inversion de phase22,23,la formation de matrice24,le séchage par atomisation25,et l’encapsulation directe lors de la synthèse26. La méthode d’encapsulation directe décrite dans ce manuscrit est utile pour ceux qui désirent un processus facile et peu coûteux qui utilise des matériaux facilement disponibles.
Grâce à cette recherche, un protocole réussi pour la production et l’encapsulation de sphères bc a été créé. Les sphères bc peuvent encapsuler des particules solides de biochar, de résidus miniers et de microbilles de polystyrène dans leurs structures individuelles. Bien qu’il ne soit pas encore largement utilisé dans l’industrie, bc est un matériau pratique, durable et naturel qui pourrait être utilisé pour des applications futures.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>100 mL graduated cylinder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1000 mL beaker</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>25 mL graduated cylinder</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>250 mL Erlenmeyer baffled flask</td>
			<td>Chemglass</td>
			<td>CLS-2040-02</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>500 mL beaker</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Balance</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biochar</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Ponderosa pine heat treated under argon gas, heated at 15 &#176;C per minute to 800 &#176;C</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Black tea</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized water</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Distilled white vinegar</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Elastic band</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microbial starter culture</td>
			<td>Cultures for Health</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mine waste</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>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.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mortar and pestle</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orbital shaker</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Used various brands</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Paper towel</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polystyrene microbeads</td>
			<td>Polybead</td>
			<td>17138</td>
			<td>3 micron diameter</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Stir rod</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tea kettle</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TGA</td>
			<td>TA Instruments</td>
			<td>TA Q500</td>
			<td>400 &#176;C/min to 800 &#176;C, 100 mL/min N2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermometer</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XRF Analyzer</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>10131166</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

bacterial cellulose spheres that encapsulate solid materials

Les sphères de cellulose bactérienne (BC) ont fait l’objet de recherches de plus en plus nombreuses depuis la popularisation de bc comme un nouveau matériau. Ce protocole présente une méthode abordable et simple pour la production de sphères BC. En plus de produire ces sphères, une méthode d’encapsulation pour les particules solides a également été identifiée. Pour produire des sphères BC, l’eau, le thé noir, le sucre, le vinaigre et la culture bactérienne sont combinés dans une fiole déconcertée et le contenu est agité. Après avoir déterminé les conditions de culture appropriées pour la formation de sphères BC, leur capacité à encapsuler des particules solides a été testée à l’aide de biochar, de billes de polymère et de déchets miniers. Les sphères ont été caractérisées à l’aide du logiciel ImageJ et de l’analyse gravimétrique thermique (TGA). Les résultats indiquent que des sphères de 7,5 mm de diamètre peuvent être réalisées en 7 jours. L’ajout de diverses particules augmente la taille moyenne des capsules bc. Les sphères encapsulaient 10 à 20% de leur masse sèche. Cette méthode montre la production et l’encapsulation de sphères à faible coût qui est possible avec des matériaux facilement accessibles. Les sphères bc peuvent être utilisées à l’avenir comme aide à l’élimination des contaminants, au revêtement d’engrais à libération contrôlée ou à l’amendement du sol.

Les sphères BC ont le taux de croissance le plus rapide au cours des 48 premières h de culture (Figure 2). La figure 2 montre également comment les sphères ont tendance à atteindre une taille moyenne maximale, puis à rester constantes. Dans cette expérience, les sphères ont atteint un diamètre moyen de 7,5 ± 0,2 mm. Bien que les sphères de la Colombie-Britannique ne se détériorent jamais complètement au cours de la période de croissance de 10 jour...

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Bacterial Cellulose Spheres that Encapsulate Solid Materials

Ce protocole présente une méthode facile et peu coûteuse de formation de sphères de cellulose bactérienne (BC). Ce biomatériau peut fonctionner comme un milieu d’encapsulation pour les matériaux solides, y compris le biochar, les sphères polymères et les déchets miniers.

Sphères de cellulose bactérienne qui encapsulent des matériaux solides

Bacterial cellulose (BC) spheres have been increasingly researched since the popularization of BC as a novel material. This protocol presents an ...

Notre protocole est important, car il développe les méthodes actuelles de production d’un biomatériau biodégradable et naturel. Notre méthode met l’accent sur la production de sphères de cellulose bactérienne reproductible. Le principal avantage de cette technique est la facilité d’accès aux matériaux nécessaires: sucre, eau, thé, vinaigre, démarreur de culture bactérienne, fiole de déflecteur et agitateur orbital.Quelqu’un qui effectue cette technique pour la première fois peut ne pas être en mesure d’identifier correctement les sphères et d’éliminer les masses de cellulose bactérienne irrégulières. Nous avons démontré ces étapes dans la vidéo, mais ne vous découragez pas si cela ne fonctionne pas la première fois. La démonstration visuelle de cette méthode est généralement utile pour les chercheurs afin de visualiser quelles sont les tailles, les quantités et les formes des masses de cellulose bactérienne préférées et non préférées.Commencez par faire bouillir 350 millilitres d’eau désionisée à l’aide d’une bouilloire à thé. Ensuite, transférez l’eau chaude dans un bécher de 500 millilitres. Utilisez des gants de protection contre la chaleur et assurez-vous que la barre de verre peut résister aux températures de l’eau bouillante.Dissoudre complètement 42,5 grammes de saccharose granulé dans l’eau chaude à l’aide d’une tige d’agitation. Infuser un sac contenant 2,54 grammes de thé noir dans le flacon contenant une solution de saccharose pendant une heure. Retirez le sachet de thé avec la tige de brassage sans l’ouvrir et jetez-le à la poubelle.Ajouter 100 millilitres de vinaigre blanc distillé au bécher et bien remuer le mélange. Transférer 80 millilitres du mélange de thé acide préparé dans une fiole déconcertée de 250 millilitres et laisser refroidir ce mélange à 20 à 25 degrés Celsius. Ajouter 20 millilitres de liquide de culture de démarrage microbien dans la fiole déconcertée lorsque le liquide est à température ambiante, et recouvrir la fiole de Parafilm.Placez le ballon déconcerté sur une table de secousse orbitale et laissez-le secouer à 125 rotations par minute pendant trois jours à 20 à 25 degrés Celsius pour produire des sphères BC. Enlevez les masses BC indésirables de formes non sphériques avec une pince à épiler pour empêcher la formation d’autres masses BC irrégulières. Une fois les sphères BC formées, versez-les doucement du ballon pour une utilisation ultérieure.Dans ce protocole, les sphères bc ont montré un taux de croissance élevé pour les 48 premières heures de culture, et la taille est demeurée constante après avoir atteint un maximum. Les sphères de la Colombie-Britannique ont commencé à former des vrilles vers le huitième jour de la culture. La distribution granulmétrique des sphères après encapsulation de contaminants solides tels que le biochar, les billes de polymère et les déchets miniers a été testée.Il a été observé que l’ajout de solides aux sphères BC a un effet constant sur la taille ou la fréquence des sphères. La vitesse de secousse orbitale, la température ambiante et la formation de particules irrégulières semblent être les principaux facteurs qui affectent la forme, la taille et la fréquence des particules sphériques. Il a été remarqué qu’une température ambiante trop élevée ou une élimination incorrecte des masses irrégulières modifiaient la forme d’une sphère BC intacte pour étoiler des particules ou des touffes filandreuses.Pour déterminer la fraction des solides encapsulés dans les sphères bc, une analyse gravimétrique thermique a été faite. L’évaluation thermique et microscopique ensemble a confirmé l’encapsulation efficace des particules pleines dans des sphères de BC. Le profil différentiel de TGA du plan BC est apparu dans des magnitudes presque identiques avec le BC avec des perles de polystyrène.Cependant, un pic supplémentaire correspondant à la décomposition thermique des billes de polystyrène a été observé. Il est très important d’ajouter la culture de démarrage microbienne lorsque le thé a refroidi à la température ambiante. De plus, nous devons nous assurer que la culture a des organismes actifs et sains.Cette méthode peut être utilisée pour l’élimination des contaminants dans l’assainissement de l’environnement. Les sphères peuvent également être utilisées pour la libération contrôlée d’une substance d’intérêt. Cette technique nous permet d’encapsuler des matériaux environnementaux dans des sphères de cellulose bactérienne.Cela peut être utile pour une plate-forme biodégradable à rejet contrôlé ou d’assainissement.

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