Posted in | Nanomedicine | Nanomaterials

Para ilmuwan Brookhaven Dirancang Jalan untuk Encapsulate Bakteri dalam Hidrogel Polimer Sintetis

Published on August 3, 2009 at 8:07 PM

Bakteri berperan dalam berbagai proses industri dari fermentasi untuk membersihkan pencemaran lingkungan. Tapi mengambang bebas dalam larutan, sel-sel mikroba terus berkembang biak, menghasilkan biomassa yang harus dihapus secara berkala, menyebabkan downtime. Selain itu, mikroorganisme tidak dapat diterjemahkan ke wilayah tertentu yang menarik.

Ini mikrograf elektron scanning menunjukkan berbentuk batang bakteri Pseudomonas fluorescens sepenuhnya terbungkus dalam serat polimer dari hidrogel terbuka menenun, berpori yang dibentuk oleh electrospinning. Dalam bahan bio-hibrida, bakteri tetap bergerak tapi layak untuk aplikasi di bidang bioteknologi. Para skala bar putih di pojok kanan bawah langkah-langkah 1 mikrometer. "

Sekarang, ilmuwan di US Department of (DOE) Energi Nasional Brookhaven Laboratory dan Stony Brook University telah menemukan cara untuk merangkum bakteri dalam hidrogel polimer sintetik. Ini, baru stabil, bio-hibrida bahan mempertahankan kemampuan mikroba 'untuk pertukaran nutrisi dan produk metabolik dengan lingkungan mereka, dan bisa menemukan aplikasi luas, misalnya, sebagai biosensor, katalis,-sistem pengiriman obat, atau dalam pengolahan air limbah. Metode dan hasil dijelaskan dalam makalah yang diterbitkan online oleh Prosiding National Academy of Sciences minggu tanggal 3 Agustus 2009.

"Dalam banyak hal, penelitian kami sedang mencoba untuk meniru bentuk biofilm banyak mikroorganisme di alam," kata Brookhaven Lab bahan ilmuwan Dev Chidambaram, penulis yang sesuai pada penelitian ini. "Ini komunitas yang kompleks dan dinamis terbentuk ketika mikroba merangkum diri dalam matriks polimer ekstraseluler, yang menawarkan mereka perlindungan yang cukup dari tantangan lingkungan seperti perubahan keasaman atau salinitas, dan bahkan agen antimikroba.

"Tujuan kami adalah untuk mengembangkan biofilm sintetis, dalam bentuk bahan bioaktif yang dapat diproduksi andal pada skala industri, dan digunakan atau digunakan kembali terus menerus untuk berbagai aplikasi. Penelitian ini, yang melaporkan generasi bahan berserat sangat tipis polimer di mana mikroba mempertahankan kemampuan mereka untuk berfungsi, merupakan langkah penting untuk mencapai tujuan itu. "

Usaha-usaha sebelumnya untuk merangkum bakteri hidup dalam bahan larut menderita beberapa kekurangan, menurut para peneliti. Terutama, bahan encapsulating biasanya lipat lebih besar dari film tipis. Karena nutrisi atau reaktan harus menyebar jauh ke dalam bahan-bahan untuk mencapai mikroba, aktivitas - dan viabilitas mikroba - menderita sebagai konsekuensinya.

Untuk mengatasi masalah ini, tim Brookhaven-Stony Brook menggunakan teknik yang disebut electrospinning, yang menggunakan gaya elektrostatik untuk menghasilkan filamen polimer. Dalam proses ini, larutan polimer yang mengandung mikroorganisme bunga berputar untuk membuat serat.

Salah satu tantangan adalah mengembangkan sistem polimer-pelarut yang tidak akan menjadi racun bagi bakteri. Lain adalah mencapai struktur dengan porositas cukup untuk memfasilitasi transfer bahan seperti nutrisi dan produk-produk limbah antara mikroba dan lingkungan mereka. Selain itu, bahan akhir harus dibuat larut sehingga akan tetap utuh dalam lingkungan berair membayangkan untuk aplikasi banyak potensi.

Para ilmuwan bertemu tantangan ini melalui serangkaian percobaan untuk mengembangkan metode untuk memproduksi serat mereka. Mereka mencapai tujuan mereka - bahan, larut polimer berserat di mana bakteri industri yang relevan berhasil encapsulated dan tetap layak - menggunakan, tidak beracun non-biodegradable, larut dalam air polimer yang dikenal sebagai FDMA sebagai agen encapsulating, dan lintas menghubungkan serat dalam larutan gliserol setelah enkapsulasi untuk mencegah materi dari larut dalam lingkungan berair.

Scanning elektron mikroskop dan gambar mikroskop fluorescent mengungkapkan bakteri berbentuk batang benar-benar terbungkus dalam serat polimer kecil. Para serat membentuk mesh seperti menenun acak dengan struktur pori terbuka yang ideal untuk digunakan sebagai elektroda, membran, atau filter. Pengujian tambahan menunjukkan bahwa persentase yang tinggi dari bakteri tetap layak sampai beberapa bulan, dan aktivitas metabolisme mereka tidak terpengaruh oleh imobilisasi. Namun sel-sel bakteri dienkapsulasi tidak mereplikasi. Oleh karena itu tidak ada penghapusan akumulasi biomassa akan diperlukan.

Bakteri dipilih untuk studi ini - dari genera Pseudomonas, Zymomonas, dan coli - sudah memiliki aplikasi industri, seperti fermentasi glukosa untuk menghasilkan etanol (reaksi kunci produksi biofuel dari materi tanaman). Bahan larut yang mengandung bakteri tersebut juga dapat digunakan untuk mengembangkan canggih, biosensor dapat digunakan kembali, stabil obat-delivery sistem, dan hambatan reaktif permeable untuk membersihkan tanah yang terkontaminasi.

Selain Chidambaram, kolaborator pada penelitian yang diuraikan dalam kertas PNAS adalah: Ying Liu (mahasiswa pascasarjana) dan Miriam Rafailovich dari kedua Research Advanced Energi & Teknologi Pusat dan Stony Brook University, dan Ram dan Daniel Cohn Malal dari Universitas Ibrani Yerusalem. Sebuah aplikasi paten telah diajukan untuk metode menghasilkan hidrogel biohybrid serta berbagai aplikasi. Mereka yang tertarik pada lisensi teknologi harus menghubungi Harga Dorene, 631 344-4153, price@bnl.gov .

Penelitian ini didanai oleh Laboratorium Penelitian dan Pengembangan program Sutradara di Brookhaven National Laboratory dan oleh program beasiswa Goldhaber dibedakan di Lab. Karya ini adalah hasil kolaborasi antara Brookhaven National Laboratory, Advanced Energi Pusat Penelitian dan Teknologi (AERTC), Universitas Stony Brook dan Universitas Ibrani Yerusalem.

Last Update: 9. October 2011 04:39

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit