إنتاج وتحليل طوب الأسمنت الحيوي Sporosarcina pasteurii باستخدام قوالب مطبوعة ثلاثية الأبعاد مخصصة لاختبارات الضغط غير المحصورة

Sporosarcina pasteurii هي بكتيريا محللة للبول تكسر اليوريا إلى كربونات وأمونيوم. تتحد الكربونات مع الكالسيوم لتشكيل كربونات الكالسيوم ، مما يخلق شبكة بلورية تثبت الجسيمات المحيطة معا لإنتاج الأسمنت الحيوي. هذا بروتوكول مناسب لاستخدام القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد لإنشاء طوب الأسمنت الحيوي المناسب لاختبار الضغط.

الأسمنت هو مادة بناء رئيسية تستخدم في العديد من الهياكل في جميع أنحاء العالم ، من أساسات المنازل إلى المعالم التاريخية والطرق. إنها مادة مهمة وفيرة في جميع أنحاء العالم. ومع ذلك ، فإن الإنتاج التقليدي للأسمنت هو مساهم رئيسي في ثاني أكسيد الكربون من صنع_{الإنسان في} الغلاف الجوي 2 ، مما يؤدي إلى انبعاثات غازات الاحتباس الحراري وتغير المناخ. ترسيب الكالسيت المستحث ميكروبيا (MICP) هو عملية بيولوجية تنتج فيها Sporosarcina pasteurii أو البكتيريا الأخرى مادة أسمنتية قوية مثل الأسمنت التقليدي ، لكن الأسمنت الحيوي محايد للكربون. طريقة MICP لإنتاج الأسمنت الحيوي هي تقنية واعدة وتخضع حاليا للتحقيق النشط من قبل العديد من الشركات والبلدان والمجموعات البحثية. يستخدم البروتوكول المقدم هنا قوالب مصممة خصيصا وقابلة لإعادة الاستخدام ومطبوعة ثلاثية الأبعاد لمعالجة MICP المتدفقة للتربة أو الرمل ، مما ينتج عنه طوب أسطواني يلبي المواصفات القياسية لاختبارات الضغط غير المحصورة. تسمح القوالب الفردية القائمة بذاتها وتعلوها الخزان بإجراء اختبار متوازي مريح لمتغيرات متعددة ومكررات. يحدد هذا البروتوكول تفاعل S. pasteurii MICP وإنشاء وتجميع واستخدام القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد لتوليد طوب أسطواني من الأسمنت الحيوي.

الخرسانة هي مادة البناء الرئيسية لمشاريع البناء حول العالم^1،2. وجدت إحدى الدراسات أن الأسمنت هو ثاني أكثر المواد استهلاكا في العالم ، بعد الماء^{فقط 3}. يتم إنتاج ما يقرب من 4.1 مليار طن من الأسمنت كل عام ^4,5. ينتج عن الإنتاج التقليدي والمعالجة والتطبيق للأسمنت ما يقرب من 8٪ من انبعاثات ثاني أكسيد الكربون العالمية سنويا⁶. نظرا لارتفاع الطلب والآثار الضارة لإنتاج الأسمنت التقليدي ، فإن طريقة جديدة محايدة للكربون للتسمت هي أولوية قصوى لأهداف الاستدامة العالمية^{7 ، 8 ، 9 ، 10}.

الأسمنت الحيوي هو عملية استخدام الكائنات الحية الدقيقة لإنتاج الأسمنت أو المادة اللاصقة أو المادة التي يمكن استخدامها لإنشاء سطح صلب أو هيكل^1،11. تتضمن عملية الأسمنت الحيوي الأكثر تحديدا استخدام البكتيريا المحللة للبول لترسيب كربونات الكالسيوم ، وربط الجسيمات معا في مادة أسمنتية صلبة^12،13.

عند التفكير في بديل صديق للبيئة للأسمنت التقليدي ، يجب أن يلبي البديل أيضا توقعات القوة للأسمنت. اختبار الضغط غير المحصور هو قياس تحليلي يستخدم لتحديد قوة القص لصخور أو مواد بناء أو عينة تربة¹⁴. لاختبار القص الفعال ، يجب تحضير العينة وفقا لمعايير الصناعة ، والتي تشمل نسبة القطر إلى الارتفاع 1: 2 والشكل الأسطواني¹⁵. تم إنشاء قالب مطبوع ثلاثي الأبعاد مصمم خصيصا لتلبية هذه المعايير وزيادة الكفاءة في تنفيذ بروتوكول MICP. تسمح هذه القوالب المصممة خصيصا بتطبيق التدفق وتصريف علاجات MICP المتسلسلة. يمكن بسهولة تطبيق الاستزراع البكتيري ومحلول الأسمنت على الخزان العلوي ، والذي يمر بعد ذلك عبر القالب ويمر عبر فتحة مبطنة بشبكة على قاعدة القالب. تم تصميم القوالب لتستقر فوق دورق أو حاوية أخرى لجمع النفايات. يتم تقسيم القالب إلى نصفين عموديا للسماح بسهولة بفك القالب للطوب الأسمنتي. يتم تثبيته معا بواسطة ثمانية مغناطيسات مثبتة على إطار القالب ومختومة بالإيبوكسي لمنع تلف المغناطيس من التعرض لمحاليل MICP. يحتوي النصفان أيضا على أخدود داخلي لوضع حشية مطاطية ، مما يساعد على إغلاق القالب ومنع التسرب. يوجد في الجزء الداخلي من القالب الأسطواني أخدود للإشارة إلى مستوى تعبئة الرمل / التربة لإنتاج لبنة بارتفاع 3 بوصات. الغرض من المساحة الموجودة فوق هذا الأخدود هي استخدامها كخزان لتطبيق حلول المعالجة. قطعة من الشبكة السلكية الموضوعة فوق الفتحة السفلية داخل القالب ، عند إنشائها ، تمنع الرمل أو التربة من السقوط من خلال قاع القالب. بالإضافة إلى ذلك ، يتم وضع قطعة من الشبكة السلكية على الجزء العلوي من الرمل أو التربة للمساعدة في توزيع المحاليل المطبقة بالتساوي والتأكد من أن الطوب المتكون له قمة مستوية دون أي حواف حادة ، مما قد يؤثر على نتائج اختبار الضغط غير المحصور.

تم تصميم القوالب باستخدام برنامج التصميم بمساعدة الكمبيوتر (CAD) ، وتم إنشاء ملف STL (الملف التكميلي 1 والملف التكميلي 2) من ملف CAD (الملف التكميلي 3 والملف التكميلي 4)). تم تحميل ملف STL هذا في برنامج الطابعة ثلاثية الأبعاد وطبع لاحقا. بعد طباعة القوالب ، تم استخدام نظام نفث الماء لإزالة المواد الداعمة التي تم إنشاؤها من الطابعة ثلاثية الأبعاد ، تاركا الهيكل النهائي المطبوع ثلاثي الأبعاد. كما تم تضمين ملف طباعة جهاز دك للمساعدة في ضغط الرمل / التربة في القالب وإنشاء سطح علوي مستو.

يتم سرد تفاصيل الكواشف والمعدات والبرامج المستخدمة في جدول المواد.

1. إعداد الحلول والوسائط

1. تسريب الدماغ والقلب (BHI) - وسط اليوريا (1 لتر)
   1. تزن 37 جم من مسحوق BHI باستخدام ميزان وأضفها إلى قارورة أو دورق سعة 1 لتر.
   2. قم بوزن 20 جم من اليوريا باستخدام الميزان وأضفه إلى نفس القارورة أو الدورق سعة 1 لتر الذي يحتوي على مسحوق BHI.
      تنبيه: لا تقم بالأوتوكلاف أو إضافة مواد التبييض إلى أي مواد تحتوي على اليوريا. سوف تتحلل اليوريا إلى أمونيا ، والتي يمكن أن تكون ضارة كغاز متطاير ويمكن أن تتفاعل مع المبيض لتكوين غاز الخردل السام. تخلص من جميع النفايات كنفايات خطرة وفقا لبروتوكولات السلامة الخاصة بالمؤسسة.
   3. املأ القارورة أو الدورق سعة 1 لتر الذي يحتوي على مسحوق BHI واليوريا ب 1 لتر من H₂O.
   4. امزج وقم بتصفية تعقيم الوسط بمرشح 0.45 ميكرومتر في قارورة أو دورق معقم.
2. محلول الأسمنت (1 لتر)
   1. تزن 20 جم من اليوريا باستخدام الميزان وأضفها إلى قارورة أو دورق سعة 1 لتر.
   2. قم بوزن 10 جم من NH₄Cl (كلوريد الأمونيوم) باستخدام ميزان وأضفه إلى نفس قارورة 1 لتر أو دورق يحتوي على اليوريا.
      تنبيه: لا تقم بالأوتوكلاف أو إضافة مواد التبييض إلى أي مواد تحتوي على كلوريد الأمونيوم. سيشكل كلوريد الأمونيوم توازنا مع غاز الأمونيا ، والذي يمكن أن يكون ضارا كغاز متطاير ويمكن أن يتفاعل مع المبيض لتكوين غاز الخردل السام. تخلص من جميع النفايات كنفايات خطرة وفقا لبروتوكولات السلامة الخاصة بمؤسستك.
   3. تزن 49 جم من CaCl_{4.2H 2}O (كلوريد الكالسيوم) باستخدام ميزان وأضفها إلى نفس قارورة أو دورق سعة 1 لتر تحتوي على اليوريا وكلوريد الأمونيوم.
   4. املأ القارورة أو الدورق سعة 1 لتر الذي يحتوي على اليوريا وكلوريد الأمونيوم وكلوريد الكالسيوم ب 1 لتر من H₂O.
      ملاحظة: هذا الحل غير معقم. تحضر طازجة وتستخدم في غضون 48 ساعة.
3. طباعة الطوب وإعداده (يتم إجراؤه قبل عدة أيام من علاج MICP)
   1. قم بتحميل ملف STL لقالب الطوب (الملف التكميلي 1) وجهاز الحشو (الملف التكميلي 2) إلى البرنامج المناسب للطابعة ثلاثية الأبعاد.
      ملاحظة: قد يختلف البرنامج المحدد المستخدم باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد مختلفة. استخدم البرنامج المناسب للطابعة التي تستخدمها.
   2. اطبع القوالب وأجهزة الحشو (الشكل 1).
   3. قم بمعالجة القوالب وفقا لمتطلبات الطابعة.
   4. ضع مغناطيسا واحدا في كل فتحة من فتحات المغناطيس المناسبة في القالب ، مع التأكد من وضع الشحنات بطريقة تجذب نصفي القالب ولا يصدان ببعضهما البعض
   5. بمجرد وضع المغناطيس بشكل مناسب ، أغلق كل مغناطيس بالإيبوكسي.
   6. حدد دائرتين بقطر 1.5 بوصة من الشبكة السلكية واتركها جانبا.

2. تحضير الطوب (اليوم 0)

ملاحظة: يتم توفير تفاصيل إعداد لبنة واحدة هنا.

1. قم بتعقيم 150 مل من وسط BHI-urea. الأوتوكلاف قارورة سعة 250 مل.
2. تحضير 250 مل من محلول الأسمنت ؛ لا تضعه في قارورة 250 مل معقمة
3. تحضير S. pasteurii مزرعة الخطوط المعزولة على طبق بتري مع BHI أجار اليوريا واحتضانها عند 30 درجة مئوية لمدة 24-48 ساعة (S. pasteurii من مخزون الجلسرين المجمد).
4. ثقافة بادئ S . pasteurii (اليوم 1)
   1. اصنع مزرعة بداية سعة 1.6 مل عن طريق إضافة 1.6 مل من وسط BHI-Urea إلى أنبوب الاستزراع.
   2. تلقيح الثقافة بمستعمرة واحدة من لوحة خط اليوم 0.
   3. قم بزراعة ثقافة البادئ في شاكر (150 دورة في الدقيقة) عند 30 درجة مئوية بين عشية وضحاها.
5. نمو الثقافة (اليوم 2)
   1. افحص ثقافة البادئ لتأكيد النمو (يتضح من زيادة التعكر).
   2. أضف 40 مل من وسط BHI-urea إلى قارورة التعقيم سعة 250 مل. صب ثقافة البداية سعة 1.6 مل في القارورة. احتضن ورج عند 30 درجة مئوية لمدة 7 ساعات.
   3. أضف 40 مل إضافيا من وسط BHI-urea إلى القارورة. ضع القارورة في شاكر عند 20 درجة مئوية طوال الليل (~ 16 ساعة).
6. معالجة الطوب بالمكورات العنقودية باستوري (اليوم 3)
   1. أضف 40 مل إضافيا من وسط BHI-urea إلى قارورة الاستزراع الليلية واستمر في احتضان S. pasteurii عند 20 درجة مئوية.
7. تحضير قوالب الطوب (اليوم 3) (انظر الشكل 2).
   1. ضع حشوات مطاطية في المساحات المناسبة على القوالب. قم بتوصيل نصفي القوالب ، مع التأكد من إغلاق الحشيات وتوصيل جميع المغناطيسات.
   2. أضف دائرة من شبكة سلكية دقيقة إلى الجزء السفلي من قالب الطوب الأسطواني لمنع الرمل من السقوط من خلال الفتحة الموجودة في القالب.
   3. املأ القالب بالرمل أو أي مادة أخرى حتى الخط الموجود داخل القالب ودكها بإحكام.
   4. ضع دائرة أخرى من الشبكة السلكية في الجزء العلوي من الرمل لتغطية السطح العلوي بالكامل ودكها مرة أخرى.
   5. ضع القالب فوق حاوية النفايات لالتقاط التدفق من خلاله.
8. إجراء العلاج (اليوم 3)
   1. صب 40 مل من S. مزرعة باستوري فوق الرمل واتركها تنقع. انتظر لمدة 45 دقيقة.
   2. صب 80 مل من محلول الأسمنت فوق الرمال. انتظر لمدة 30 دقيقة.
   3. صب 40 مل من S . pasteurii ثقافة فوق الرمال. انتظر لمدة 30 دقيقة.
   4. صب 80 مل من محلول الأسمنت فوق الرمال. انتظر لمدة 30 دقيقة.
   5. صب 40 مل من S . pasteurii ثقافة فوق الرمال. انتظر لمدة 30 دقيقة.
   6. صب 80 مل من محلول الأسمنت فوق الرمال. اترك الطوب بمفرده لمدة 48 ساعة على الأقل أو حتى يبدو الرمل جافا.
9. تحقق من المنتج النهائي (اليوم 5).
   1. افتح القوالب بعناية عن طريق تقسيم القالب إلى نصفين وتحرير الضغط من المغناطيس. قم بإزالة الطوب برفق من القالب.
      ملاحظة: إذا بدا الرمل رطبا ، فسيحتاج القالب إلى الجفاف لمدة يوم أو يومين آخرين قبل إزالة الطوب من القالب (كلما كان الطوب أكثر جفافا ، كان من الأسهل إزالته).
   2. ضع الطوب على منشفة ورقية ليستمر في الجفاف لمدة 3 أسابيع قبل إجراء اختبار الضغط.
10. تنظيف القوالب (اليوم 5)
    1. بمجرد إزالة الطوب من القالب ، افصل الحشيات والشبكة السلكية عن كل نصف من القالب.
    2. انقع الشبكة السلكية في محلول من الإيثانول بنسبة 70٪ لمدة 24 ساعة قبل شطفها بالماء. قد تكون هناك حاجة إلى فرك طفيف لتنظيف الشبكة.
    3. اشطف القوالب بنسبة 70٪ من الإيثانول وافركها بفرشاة ذات شعيرات ناعمة أو إسفنجة أو أي جهاز تنظيف آخر 3 مرات على الأقل ؛ ثم نظف بالماء والصابون متبوعا بالتجفيف بالهواء
    4. اشطف الحشيات بنسبة 70٪ من الإيثانول ثم نظفها بالماء والصابون ، متبوعا بالتجفيف بالهواء.

3. اختبار الضغط (اليوم 25)

1. قم بتحليل جميع الطوب للتأكد من قوته باستخدام اختبار ضغط غير محصور¹⁶.
   1. تأكد من أن الأطراف الدائرية للطوب مسطحة ومتساوية. إذا لم تكن الأطراف متساوية ، فاستخدم ملفا أو جهازا آخر لتوحيد الأسطح.
      ملاحظة: يجب أن تكون نهايات الطوب مسطحة في الغالب إذا تم تطبيق الشبكة السلكية بشكل صحيح. من الأهمية بمكان أن تكون نهايات الطوب متساوية قدر الإمكان لضمان قياس دقيق للقوة.
2. ضع لبنة في كيس بلاستيكي بسحاب أو مغلق وضع الطوب في الكيس البلاستيكي بحيث لا يتم تغطية الوجوه المسطحة للطوب بخط للحصول على تغطية سلسة ومسطحة.
3. ضع الطوب على لوحة التحميل السفلية. ضع لوحة تحميل مسطحة ومتساوية فوق الطوب.
4. قم بتطبيق حوالي 1 رطل من الضغط على الطوب عبر آلة اختبار الضغط غير المحصورة.
5. الفارغة للقراءة الرقمية.
6. قم بتطبيق الحمل المتزايد بشكل مستمر وفقا لمواصفات الماكينة حتى يتم تحقيق الفشل الهيكلي الكامل للطوب.
7. سجل الحد الأقصى للحمل الحامل لكل لبنة. إجراء التحليل الإحصائي المطلوب لتقييم النتائج.

يمكن رؤية بناء القالب المطبوع ثلاثي الأبعاد في الشكل 1 والشكل 2. يجب أن ينظر إلى النتائج الإيجابية على أنها لبنة تحتفظ بشكله عند إزالتها من القالب ، وبعد 3 أسابيع من التجفيف ، تظهر كهيكل صلب يمكن التعامل معه بسهولة بأقل قدر من فقدان المواد من اللمس. إذا لم يكن الطوب صلبا وكان هناك انهيار أو فقدان كبير للمواد من اللمس أو الحركة ، فقد يكون هناك خطأ في إعداد الوسائط أو الثقافة. يمكن رؤية أمثلة على نتائج الطوب الإيجابية والسلبية في الشكل 3.

كما هو موضح في الشكل 4 ، تم استخدام القوالب لاختبار ركيزتين مختلفتين في وقت واحد: الرمل الخشن والناعم. تم تصنيع ما مجموعه أربعة طوب باستخدام الرمل الخشن وأربعة باستخدام الرمل الناعم باستخدام بروتوكول S. pasteurii الموضح هنا ويخضع لاختبار ضغط غير محصور. النتائج الموثقة سابقا لمقاومة الانضغاط غير المحصورة للتربة ذات الأسمنت الحيوي باستخدام S. pasteurii تشير إلى نطاق يتراوح بين 48-12,400 كيلو باسكال اعتمادا على نوع التربة أو الرمل ونشاط اليورياز ل S. pasteurii¹⁷. كان متوسط الحمولة القصوى للطوب الرملي الخشن 95.125 رطل لكل بوصة مربعة (655 كيلو باسكال) ، بينما صمد الطوب الرملي الناعم أمام متوسط حمولة قصوى يبلغ 49.625 رطل لكل بوصة مربعة (321.46 كيلو باسكال). سمحت القدرة على الطباعة ثلاثية الأبعاد بسهولة أي عدد من القوالب حسب الحاجة باختبار جميع المتغيرات في وقت واحد ، مما يقلل من الاختلافات المحتملة.

الشكل 1: قالب الطوب. يوضح هذا الشكل خريطة الطباعة ثلاثية الأبعاد للقوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد. تتم طباعة كل نصف من القالب على حدة. بعد معالجة القالب ، يتم وضع المغناطيس في البقع الثمانية المحددة ومختومة بالإيبوكسي. يحتوي السطح الداخلي للقوالب على منطقتين غائرتين حيث يتصل النصفان. يتم قطع مادة الحشية المطاطية لتتناسب مع هذه المناطق المريحة لضمان ختم مانع لتسرب الماء للقالب. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 2: بناء القالب ومعالجته وإزالة القوالب. يوضح هذا الشكل العملية خطوة بخطوة لتجميع القوالب وإنشاء عينات من الطوب: الخطوة 1: يتم تجميع القالب عن طريق قطع مادة الحشية وفقا لمواصفات الملف ، مع إدخال كل مغناطيس من المغناطيس ال 16 في الثقوب المخصصة وإغلاقها بالإيبوكسي. الخطوة 2: يتم وضع الحشيات في المسافات البادئة المناسبة في القالب. الخطوة 3: يتم توصيل نصفي القالب. الخطوة 4: (أ) يتم إدخال قطعة دائرية من الشبكة السلكية من خلال الجزء العلوي من القالب لتغطية الفتحة السفلية ، مما يمنع الرمل من السقوط ؛ (ب) يضاف الرمل أو التربة إلى القالب حتى خط التعبئة المحدد داخل القالب ؛ (ج) توضع قطعة دائرية ثانية من الشبكات السلكية فوق الرمل أو التربة؛ (د) يتم استخدام جهاز الحشو للضغط بقوة على الطبقة العليا من الشبكة السلكية ، مما يضمن طبقة مسطحة وعلوية للطوب. الخطوة 5: يتم وضع القالب مع الرمل فوق دورق أو حاوية أخرى لجمع محلول التدفق. الخطوة 6: يتم تطبيق العلاجات وفقا للبروتوكول. الخطوة 7: بعد فترة التجفيف ، يتم وضع القالب على جانبه ، ويتم فصل النصف العلوي من القالب بعناية عن النصف السفلي. إذا لزم الأمر ، يسمح للطوب بالاستمرار في التجفيف في النصف السفلي من القالب حتى يصبح صلبا بدرجة كافية ليتم رفعه في قطعة واحدة. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 3: النتائج المتوقعة بعد بروتوكول الطوب. (أ) يوضح النتيجة الإيجابية المتوقعة ، والتي تتميز بحواف واضحة وهيكل أسطواني صلب. (ب) يبين النتيجة السلبية المتوقعة، التي تتسم بالانهيار والافتقار إلى الاستقرار الهيكلي. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الشكل 4: اختبار الضغط. يعرض هذا الشكل نتائج اختبار الضغط غير المحصور لثمانية طوب تم إنتاجه في وقت واحد باستخدام القوالب المطبوعة ثلاثية الأبعاد. نتج عن الرمل الخشن متوسط قوة 95.125 رطل لكل بوصة مربعة ، بينما بلغ متوسط الرمال الناعمة 49.625 رطل لكل بوصة مربعة. تشير أشرطة الخطأ إلى الانحراف المعياري. تم إجراء اختبار t للطالب لحساب قيمة p للتحليل الإحصائي. كان الطوب المصنوع من الركيزة الخشنة أقوى بكثير من تلك المصنوعة من الركيزة بحجم الجسيمات الدقيقة (قيمة p < 0.005). تمت معالجة جميع الطوب بمحلول من نفس الدفعة وتجفيفه في ظل ظروف متطابقة لتقليل التناقضات التجريبية. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

الملف التكميلي 1: ملف STL للقالب. يحتوي هذا الملف على ملف STL للطباعة ثلاثية الأبعاد لتصميم القالب. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 2: ملف STL لجهاز الدك. يتضمن هذا الملف ملف STL للطباعة ثلاثية الأبعاد لجهاز الدك. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 3: ملف Mould CAD. يوفر هذا الملف ملف CAD لتصميم القالب. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الملف التكميلي 4: ملف CAD لجهاز الحشو. يحتوي هذا الملف على ملف CAD لتصميم جهاز الحشو. الرجاء النقر هنا لتنزيل هذا الملف.

الخطوات الحاسمة
يستخدم بروتوكول الأسمنت الحيوي هذا S. pasteurii MICP لإنتاج طوب أسطواني حيوي مناسب لاختبار الضغط غير المحصور. أحد أهم العوامل لاختبار الضغط غير المحصور هو شكل العينة وهيكلها. تأكد من أن الجزء العلوي والسفلي من منتج الأسطوانة مسطحان وأن ارتفاع الطوب قريب من 3 بوصات قدر الإمكان ؛ تجاوز علامة الارتفاع 3 بوصات قليلا أفضل من الخوض. هناك القليل من الارتفاع المفقود عند تطبيق العلاجات بسبب استقرار الرمل / التربة. وبالتالي ، يوصى بملء القالب بشكل زائد قبل العلاج الأولي. تساعد دائرة الشبكة السلكية الموضوعة على الجزء العلوي من الرمل / التربة قبل المعالجة على توزيع المحلول المطبق وإنشاء سطح أكثر استواء¹⁶. يعد تنظيف القوالب والشبكات والحشيات جيدا أمرا بالغ الأهمية لتقليل مخاطر التلوث المتبادل للطوب المستقبلي. من المهم أيضا تنظيف الشبكة أو استخدام شبكة جديدة لأنها ستصبح مسدودة / مسدودة بمرور الوقت ويمكن أن تقلل من معدل التدفق إذا لم يتم تنظيفها أو^{استبدالها 13،17}.

التعديلات / استكشاف الأخطاء وإصلاحها

قوالب
يمكن استخدام العديد من أجهزة ومواد الطباعة الأخرى لتلبية احتياجات الباحث. يمكن أيضا تعديل ملف CAD لتلبية الاحتياجات المختلفة وإنتاج أشكال قوالب أكبر أو أصغر أو بديلة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن استخدام أي مادة حشية أو مغناطيس. فقط تأكد من أنها تلبي الأبعاد الموجودة في ملف CAD أو قم بتعديل ملف CAD لتلبية الاحتياجات المختلفة. يمكن أيضا تبديل الشبكة السلكية بشبكة مختلفة أو ورق ترشيح محتمل. تأكد من أن المسام صغيرة بما يكفي لمنع الجسيمات من السقوط. إذا سقطت الجسيمات من خلال الفتحة السفلية ، فغالبا ما يحدث ذلك بسبب الوضع غير الصحيح للشبكة السلكية ووجود فجوة بين الشبكة والقالب. تحقق من موضع الشبكة. إذا كان هناك تسرب كبير للمحاليل المطبقة من جوانب القوالب ، فمن المحتمل أن تكون هناك مشكلة في مادة الحشية. كان من الممكن أن تكون هناك مشكلة في عملية القطع ، أو ربما تكون الحشيات في غير محلها. إذا لم يؤد تعديل الموضع إلى تصحيح المشكلة ، فقد يلزم قطع حشوات جديدة. إذا لوحظ تلوث متبادل في القوالب ، فقد يكون من الضروري نقع القوالب أو الشبكة أو الحشيات في محاليل الإيثانول بنسبة 70٪ ، أو استبدالها بقوالب أو شبكة أو حشوات جديدة^14،15.

MICP
يمكن تعديل عملية تطبيق MICP لتلبية الاحتياجات المختلفة ، أي تغيير القوارير / الأكواب / إلخ. لا تتطلب عملية الاستزراع طريقة اللوحة الموصوفة. يمكن هنا تطبيق الثقافة السائلة من مخزون الجلسرين أو أي طريقة استزراع أخرى¹². يمكن تطبيق المعالجات على عينة التربة باستخدام ماصات أوتوماتيكية أو صب من أسطوانة متدرجة أو أي وسيلة أخرى تسمح بالتحكم في الحجم. في بعض الأحيان ، قد لا تنمو الثقافات البكتيرية بشكل مناسب. يمكن ملاحظة ذلك من خلال عدم وجود تعكر بعد الحضانة. إذا حدث هذا ، فأعد تشغيل عملية الاستزراع بمستعمرة جديدة أو ثقافة بداية. ينصح بخطوة القياس الكمي ، وهي قياس OD600 أو عدد المستعمرات ، للتحكم في وتوثيق تركيز البكتيريا التي يتم تطبيقها على كل لبنة¹⁶.

القيود
هذه عملية طويلة تستغرق عدة أيام وتتطلب التحضير قبل البدء. لا توجد فرص لإيقاف التجربة مؤقتا بمجرد بدء بروتوكول اليوم الأول.

اهميه
يحدد هذا البروتوكول طريقة لإنتاج طوب الأسمنت الحيوي الأسطواني المناسب لاختبار مقاومة الانضغاط غير المحصورة ، مما يوفر وسيلة لتكون قادرا على اختبار تقنيات الأسمنت الحيوي للتطبيقات الجيوتقنية^13،17.

التطبيقات المستقبلية
تكمن أهمية هذا البروتوكول في كفاءته في تحسين بروتوكولات الأسمنت الحيوي مع اختبار متغيرات متعددة في نفس الوقت. تسمح القوالب القابلة لإعادة الاستخدام بتشكيل الطوب الأسطواني ذي الأبعاد المحددة المستخدمة لاختبار الضغط غير المحصور ، وتسمح الخزانات الموجودة في الجزء العلوي من القوالب بتطبيق محاليل MICP بكميات كبيرة بدلا من تطبيق المحاليل ببطء شيئا فشيئا أثناء انتظار تحركها عبر المادة الموجودة في القالب. يمكن طباعة أي عدد من القوالب الفردية واستخدامها بالتوازي ، مما يسمح بمقارنة سهلة للمتغيرات المختلفة ، مثل التغييرات في التركيب الكيميائي لمحلول الأسمنت أو استخدام الكائنات الحية الدقيقة المختلفة. نظرا لأن القوالب مصممة للجلوس فوق حاوية لجمع النفايات المتدفقة ، يمكن قياس التدفق وتقييمه لعدد البكتيريا أو الأس الهيدروجيني أو محتوى الأيونات أو أي متغير اختبار آخر. قامت بعض الدراسات ، مثل تقييم قدرات MICP للإشريكية القولونية المعدلة وراثيا للتعبير عن إنزيم اليورياز ، بقياس حركية هطول الأمطار عن طريق قياس استنفاد الكالسيوم ، مع التركيز على المقارنة المباشرة بين سلالات مختلفة من البكتيريا أو تركيبات البلازميد المختلفة. هذا البروتوكول مثالي لهذا النوع من أبحاث التقييم أو التحسين¹⁸.

ويعلن أصحاب البلاغ عدم وجود تضارب في المصالح. تمت الموافقة على هذه المخطوطة للنشر العام. رقم السلطة الفلسطينية: USAFA-DF-2024-777. الآراء الواردة في هذه الورقة هي آراء المؤلفين ولا تمثل بالضرورة الموقف أو السياسة الرسمية للحكومة الأمريكية أو وزارة الدفاع أو وزارة القوات الجوية.

تستند هذه المادة إلى بحث ترعاه أكاديمية القوات الجوية الأمريكية ومختبر أبحاث القوات الجوية بموجب الاتفاقية رقم FA7000-24-2-0005 (MG). يحق لحكومة الولايات المتحدة إعادة إنتاج وتوزيع الطبعات للأغراض الحكومية، بغض النظر عن أي تدوين لحقوق الطبع والنشر عليها.