ייצור וניתוח של לבני ביו-צמנט של Sporosarcina pasteurii באמצעות תבניות מודפסות בתלת מימד מותאמות אישית לבדיקות דחיסה בלתי מוגבלות

Sporosarcina pasteurii הוא חיידק אוראוליטי המפרק אוריאה לקרבונט ואמוניום. הקרבונט משתלב עם סידן ליצירת סידן פחמתי, ויוצר סריג גבישי המעגן את החלקיקים הסובבים יחד לייצור ביו-צמנט. זהו פרוטוקול נוח לשימוש בתבניות מודפסות בתלת מימד ליצירת לבני ביו-צמנט המתאימות לבדיקת דחיסה.

מלט הוא חומר בנייה מרכזי המשמש במבנים רבים ברחבי העולם, החל מיסודות לבתים ועד מונומנטים היסטוריים וכבישים. זהו חומר קריטי ושופע ברחבי העולם. עם זאת, הייצור המסורתי של מלט הוא תורם מרכזי ל-CO2 אטמוספרי מעשה ידי אדם, מה שמוביל לפליטת גזי חממה ושינויי אקלים. משקעי קלציט המושרים מיקרוביאלית (MICP) הוא תהליך ביולוגי שבו Sporosarcina pasteurii או חיידקים אחרים מייצרים חומר מלט חזק כמו מלט מסורתי, אך ביו-צמנט הוא ניטרלי מבחינת פחמן. שיטת MICP זו לייצור ביו-צמנט היא טכנולוגיה מבטיחה ונמצאת כיום תחת חקירה פעילה על ידי חברות, מדינות וקבוצות מחקר רבות. הפרוטוקול המוצג כאן משתמש בתבניות מעוצבות בהתאמה אישית, לשימוש חוזר, מודפסות בתלת מימד לטיפול MICP זורם באדמה או בחול, ומייצרות לבנים גליליות העומדות במפרט סטנדרטי לבדיקות דחיסה בלתי מוגבלות. התבניות הבודדות, העומדות בפני עצמן, עם ראש המאגר מאפשרות בדיקה מקבילה נוחה של משתנים מרובים ומשכפלים. פרוטוקול זה מתאר את תגובת S. pasteurii MICP ואת היצירה, ההרכבה והשימוש בתבניות המודפסות בתלת מימד ליצירת לבנים גליליות ביו-צמנטיות.

בטון הוא חומר הבנייה העיקרי לפרויקטי בנייה ברחבי העולם ^1,2. מחקר אחד מצא כי מלט הוא החומר השני הנצרך ביותר בעולם,^{אחרי מים בלבד}. כמעט 4.1 מיליארד טון מלט מיוצרים מדי שנה ^4,5. ייצור, עיבוד ויישום מסורתיים של מלט מביאים לכמעט 8% מפליטות ה-CO2 העולמיות מדי שנה⁶. בשל הביקוש הרב וההשפעות המזיקות של ייצור מלט מסורתי, שיטה חדשה ניטרלית פחמן למלט היא בראש סדר העדיפויות של יעדי הקיימות העולמיים 7,8,9,10.

ביו-צמנטציה היא תהליך של שימוש במיקרואורגניזמים לייצור מלט, דבק או חומר שניתן להשתמש בו ליצירת משטח או מבנה מוצק ^1,11. תהליך הביו-צמנטציה המוגדר ביותר כולל שימוש בחיידקים אוראוליטיים כדי לזרז סידן פחמתי, תוך קישור חלקיקים יחד לחומר מלט מוקשה^12,13.

כאשר בוחנים אלטרנטיבה ידידותית לסביבה למלט מסורתי, החלופה חייבת לעמוד גם בציפיות החוזק למלט. בדיקת הדחיסה הבלתי מוגבלת היא מדידה אנליטית המשמשת לקביעת חוזק הגזירה של סלע, חומר בניין או דגימת אדמה¹⁴. לבדיקת גזירה יעילה, יש להכין את הדגימה על פי תקני התעשייה, הכוללים יחס קוטר לגובה של 1:2 וצורה גלילית¹⁵. תבנית מודפסת בתלת מימד בהתאמה אישית נוצרה כדי לעמוד בתקנים אלה ולהגביר את היעילות בביצוע פרוטוקול MICP. תבניות מעוצבות בהתאמה אישית אלה מאפשרות יישום זרימה וניקוז של טיפולי MICP עוקבים. ניתן ליישם בקלות תרבית חיידקים ותמיסת מלט על המאגר העליון, אשר לאחר מכן עובר דרך התבנית ועובר דרך פתח מרופד רשת בבסיס התבנית. התבניות נועדו לנוח על גבי או מיכל איסוף פסולת אחר. התבנית מפוצלת לשניים אנכית כדי לאפשר פירוק קל של הלבנים המלטות. הוא מוחזק יחד על ידי שמונה מגנטים המוצמדים למסגרת התבנית ואטומים באפוקסי כדי למנוע נזק למגנטים מחשיפה לתמיסות MICP. שני החצאים מכילים גם חריץ משובץ להצבת אטם גומי, המסייע לאטום את התבנית ולמנוע דליפה. בחלק הפנימי של התבנית הגלילית יש חריץ המציין את מפלס המילוי של חול/אדמה לייצור לבנה בגובה 3 סנטימטרים; החלל שמעל החריץ הזה נועד לשמש כמאגר ליישום פתרונות טיפול. חתיכת רשת תיל המונחת מעל הפתח התחתון בחלק הפנימי של התבנית, כאשר היא נבנית, מונעת מהחול או האדמה ליפול דרך תחתית התבנית. בנוסף, פיסת רשת תיל מונחת על החלק העליון של החול או האדמה כדי לסייע בפיזור שווה של התמיסות המיושמות ולהבטיח שללבנה שנוצרת יש חלק עליון אחיד ללא רכסים חדים, מה שעלול להשפיע על תוצאות בדיקת הדחיסה הבלתי מוגבלת.

התבניות תוכננו באמצעות תוכנת תכנון בעזרת מחשב (CAD), וקובץ STL (קובץ משלים 1 וקובץ משלים 2) נוצר מקובץ ה-CAD (קובץ משלים 3 וקובץ משלים 4). קובץ STL זה הועלה לתוכנית מדפסת התלת מימד והודפס לאחר מכן. לאחר הדפסת התבניות, נעשה שימוש במערכת סילון מים כדי להסיר את חומר התמיכה שנוצר ממדפסת התלת מימד, והשאיר את המבנה הסופי המודפס בתלת מימד. כמו כן נכלל הקובץ להדפסת מכשיר הידוק המסייע בדחיסת החול/אדמה בתבנית ויצירת משטח עליון ישר.

פרטי הריאגנטים, הציוד והתוכנה המשמשים מפורטים בטבלת החומרים.

1. הכנת פתרונות ומדיה

1. עירוי מוח-לב (BHI) - אוריאה בינונית (1 ליטר)
   1. שקלו 37 גרם אבקת BHI בעזרת איזון והוסיפו לבקבוק או של 1 ליטר.
   2. שקלו 20 גרם אוריאה בעזרת איזון והוסיפו לאותו בקבוק או בנפח 1 ליטר המכילים אבקת BHI.
      זהירות: אין לבצע חיטוי או להוסיף אקונומיקה לחומרים המכילים אוריאה. אוריאה תתפרק לאמוניה, שעלולה להזיק כגז נדיף ויכולה להגיב עם אקונומיקה ליצירת גז חרדל רעיל. השלך את כל הפסולת כפסולת מסוכנת לפי פרוטוקולי הבטיחות של המוסד.
   3. מלאו את בקבוק או הכוס בנפח 1 ליטר המכילים אבקת BHI ואוריאה ב-1 ליטר של H₂O.
   4. מערבבים ומסננים מעקרים את המדיום בעזרת פילטר של 0.45 מיקרומטר לבקבוק או חיטוי.
2. תמיסת צמנטציה (1 ליטר)
   1. שוקלים 20 גרם אוריאה בעזרת איזון ומוסיפים לבקבוק או של 1 ליטר.
   2. שקלו 10 גרם של NH₄Cl (אמוניום כלוריד) בעזרת איזון והוסיפו לאותו בקבוק או בנפח 1 ליטר המכילים אוריאה.
      זהירות: אין לבצע חיטוי או להוסיף אקונומיקה לחומרים המכילים אמוניום כלוריד. אמוניום כלוריד ייצור שיווי משקל עם גז אמוניה, שעלול להזיק כגז נדיף ויכול להגיב עם אקונומיקה ליצירת גז חרדל רעיל. השלך את כל הפסולת כפסולת מסוכנת לפי פרוטוקולי הבטיחות של המוסד שלך.
   3. שקלו 49 גרם CaCl_{4.2H 2}O (סידן כלורי) בעזרת איזון והוסיפו לאותו בקבוק או בנפח 1 ליטר המכילים אוריאה ואמוניום כלוריד.
   4. מלאו את הבקבוק או הכוס בנפח 1 ליטר המכילים אוריאה, אמוניום כלוריד וסידן כלורי ב-1 ליטר של H₂O.
      הערה: תמיסה זו אינה מעוקרת; יש להכין טרי ולהשתמש תוך 48 שעות.
3. הדפסת לבנים והכנתה (מבוצעת מספר ימים לפני הטיפול ב-MICP)
   1. טען את קובץ ה-STL עבור תבנית הלבנים (קובץ משלים 1) ואת התקן ההידוק (קובץ משלים 2) לתוכנית המתאימה למדפסת התלת מימד.
      הערה: התוכנית הספציפית שבה נעשה שימוש עשויה להיות שונה במדפסת תלת-ממד אחרת. השתמש בתוכנית המתאימה למדפסת שבה אתה משתמש.
   2. הדפס את התבניות והתקני ההידוק (איור 1).
   3. עבדו את התבניות בהתאם לדרישות המדפסת.
   4. הנח מגנט אחד בכל אחד מחריצי המגנט המתאימים בתבנית, וודא שהמטענים ממוקמים בצורה כזו ששני חצאי התבנית מושכים ולא דוחים זה את זה
   5. לאחר שהמגנטים ממוקמים כראוי, אטמו כל מגנט באפוקסי.
   6. בחר שני עיגולים בקוטר 1.5 אינץ 'של רשת תיל והניח בצד.

2. הכנת לבנים (יום 0)

הערה: הפרטים להכנת לבנה אחת מסופקים כאן.

1. מסנן לעקר 150 מ"ל של מדיום BHI-urea. חיטוי בקבוק 250 מ"ל.
2. הכן 250 מ"ל של תמיסת מלט; אל תניח אותו בבקבוק החיטוי של 250 מ"ל.
3. מכינים תרבית פסים מבודדת של S. pasteurii על צלחת פטרי עם אגר אוריאה BHI ודוגרים בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס למשך 24-48 שעות (S. pasteurii מציר גליצרול קפוא).
4. תרבות ההתחלה של S. pasteurii (יום 1)
   1. הכינו תרבית התחלה של 1.6 מ"ל על ידי הוספת 1.6 מ"ל של מדיום BHI-Urea לצינור תרבית.
   2. חסנו את התרבות עם מושבה אחת מצלחת הפס של יום 0.
   3. גדלו את תרבית המנה הראשונה בשייקר (150 סל"ד) בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס למשך הלילה.
5. צמיחה תרבותית (יום 2)
   1. בדוק את תרבות המתנע כדי לאשר צמיחה (ניכרת כעכירות מוגברת).
   2. הוסף 40 מ"ל של מדיום BHI-urea לבקבוק החיטוי של 250 מ"ל. שופכים את תרבית המתנע של 1.6 מ"ל לבקבוק. יש לדגור ולנער בטמפרטורה של 30 מעלות צלזיוס למשך 7 שעות.
   3. הוסף 40 מ"ל נוספים של מדיום BHI-urea לבקבוק. מניחים את הבקבוק בשייקר בחום של 20 מעלות צלזיוס למשך הלילה (~ 16 שעות).
6. טיפול בלבנים עם S. pasteurii (יום 3)
   1. הוסף 40 מ"ל נוספים של מדיום BHI-urea לבקבוק התרבות הלילה והמשיך לדגור את ה- S. pasteurii בטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס.
7. הכן תבניות לבנים (יום 3) (ראה איור 2).
   1. הנח אטמי גומי בחללים המתאימים על התבניות. חבר את שני חצאי התבניות, וודא שהאטמים אטומים וכל המגנטים מתחברים.
   2. הוסף עיגול של רשת תיל דקה לתחתית תבנית הלבנים הגלילית כדי למנוע מהחול ליפול דרך החור בתבנית.
   3. ממלאים את התבנית בחול או בחומר אחר עד לקו בחלק הפנימי של התבנית ומהדקים היטב.
   4. הניחו עיגול נוסף של רשת תיל על החלק העליון של החול כדי לכסות את כל המשטח העליון ולהדביק שוב.
   5. הניחו את התבנית על גבי מיכל פסולת כדי לתפוס את הזרימה.
8. הליך הטיפול (יום 3)
   1. יוצקים 40 מ"ל של תרבית S. pasteurii על גבי החול ומניחים לו להיספג פנימה. המתן 45 דקות.
   2. יוצקים 80 מ"ל תמיסת מלט על גבי החול. המתן 30 דקות.
   3. יוצקים 40 מ"ל של תרבית S. pasteurii על גבי החול. המתן 30 דקות.
   4. יוצקים 80 מ"ל תמיסת מלט על גבי החול. המתן 30 דקות.
   5. יוצקים 40 מ"ל של תרבית S. pasteurii על גבי החול. המתן 30 דקות.
   6. יוצקים 80 מ"ל תמיסת מלט על גבי החול. השאירו את הלבנה לבד למשך 48 שעות לפחות או עד שהחול נראה יבש.
9. בדוק את המוצר הסופי (יום 5).
   1. פתח את התבניות בזהירות על ידי פיצול התבנית לשניים ושחרור הלחץ מהמגנטים. הסר בעדינות את הלבנה מהתבנית.
      הערה: אם החול נראה רטוב, התבנית תצטרך להתייבש עוד יום-יומיים לפני הוצאת הלבנה מהתבנית (ככל שהלבנה יבשה יותר, כך קל יותר להסיר אותה).
   2. הניחו את הלבנה על מגבת נייר כדי להמשיך להתייבש במשך 3 שבועות לפני ביצוע בדיקות דחיסה.
10. ניקוי תבניות (יום 5)
    1. לאחר הוצאת הלבנה מהתבנית, הפרד את האטמים ורשת התיל מכל מחצית התבנית.
    2. משרים את רשת התיל בתמיסה של 70% אתנול למשך 24 שעות לפני השטיפה במים. ייתכן שיידרש קרצוף קל כדי לנקות את הרשת.
    3. שוטפים את התבניות עם 70% אתנול ושפשפו בעזרת מברשת זיפים רכה, ספוג או מכשיר ניקוי אחר לפחות 3 פעמים; לאחר מכן נקו במים וסבון ולאחר מכן ייבוש באוויר
    4. שטפו את האטמים עם 70% אתנול ולאחר מכן נקו אותם במים וסבון, ולאחר מכן ייבוש באוויר.

3. בדיקת דחיסה (יום 25)

1. נתח את כל הלבנים לחוזק באמצעות מבחן דחיסה בלתי מוגבל¹⁶.
   1. ודא שהקצוות העגולים של הלבנה שטוחים ואחידים. אם הקצוות אינם אחידים, השתמש בקובץ או במכשיר אחר כדי ליישר את המשטחים.
      הערה: קצות הלבנה צריכים להיות שטוחים ברובם אם רשת התיל הוחלה כהלכה. זה קריטי שקצות הלבנה יהיו אחידים ככל האפשר כדי להבטיח מדידה מדויקת של חוזק.
2. הניחו לבנה בשקית ניילון עם רוכסן או אטום ומקמו את הלבנה בשקית הניילון כך שהפנים השטוחות של הלבנה לא יכוסו בתפר כדי להשיג כיסוי חלק ושטוח.
3. הנח את הלבנה על צלחת הטעינה התחתונה. הניחו צלחת טעינה שטוחה ואחידה על גבי הלבנה.
4. הפעל כקילו אחד של לחץ על הלבנה באמצעות מכונת בדיקת הדחיסה הבלתי מוגבלת.
5. טרה את הקריאה הדיגיטלית.
6. הפעל עומס הולך וגובר ברציפות על פי מפרט המכונה עד להשגת כשל מבני מוחלט של הלבנה.
7. רשום את העומס המרבי הנושא משקל עבור כל לבנה. לבצע ניתוח סטטיסטי רצוי להערכת התוצאות.

ניתן לראות את בניית התבנית המודפסת בתלת מימד באיור 1 ובאיור 2. יש לראות תוצאות חיוביות כלבנה השומרת על צורתה כאשר היא מוסרת מהתבנית, ולאחר 3 שבועות של ייבוש, מופיעה כמבנה מוצק שניתן לטפל בו בקלות עם אובדן חומר מינימלי ממגע. אם הלבנה אינה מוצקה ויש התפוררות או אובדן חומר משמעותי ממגע או תנועה, יתכן שנעשתה טעות בהכנת המדיה או התרבות. דוגמאות לתוצאות לבנים חיוביות ושליליות ניתן לראות באיור 3.

כפי שמוצג באיור 4, התבניות שימשו לבדיקה בו-זמנית של שני מצעים שונים: חול גס וחול דק. בסך הכל ארבע לבנים באמצעות חול גס וארבע באמצעות חול דק יוצרו באמצעות פרוטוקול S. pasteurii המתואר כאן ועברו בדיקות דחיסה בלתי מוגבלות. תוצאות שתועדו בעבר של חוזק דחיסה בלתי מוגבל של קרקעות ביו-צמנטיות באמצעות S. pasteurii מצביעות על טווח של 48-12,400 kPa בהתאם לסוג הקרקע או החול ופעילות האוראז של S. pasteurii¹⁷. העומס המרבי הממוצע עבור לבני החול הגס היה 95.125 PSI (655 kPa), בעוד שלבני החול העדינות עמדו בעומס מרבי ממוצע של 49.625 PSI (321.46 kPa). היכולת להדפיס בקלות תלת מימד כל מספר של תבניות לפי הצורך אפשרה בדיקה של כל המשתנים בו זמנית, תוך מזעור וריאציות פוטנציאליות.

איור 1: תבנית לבנים. איור זה ממחיש את מפת ההדפסה בתלת מימד עבור התבניות המודפסות בתלת מימד. כל מחצית התבנית מודפסת בנפרד. לאחר עיבוד התבנית, מגנטים מונחים בשמונת המקומות המיועדים ואטומים באפוקסי. המשטח הפנימי של התבניות מכיל שני אזורים שקועים שבהם שני החצאים מתחברים. חומר אטם גומי נחתך כך שיתאים לאזורים השקועים הללו כדי להבטיח איטום אטום למים לתבנית. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: בנייה, טיפול ופירוק תבניות. תרשים זה מתאר את התהליך שלב אחר שלב להרכבת התבניות ויצירת דוגמאות לבנים: שלב 1: הרכבת התבנית מתבצעת על ידי חיתוך חומר האטם בהתאם למפרט הקובץ, כאשר כל אחד מ-16 המגנטים מוכנס לחורים המיועדים ואטום באפוקסי. שלב 2: אטמים מונחים לתוך החריצים המתאימים בתבנית. שלב 3: שני חצאי התבנית מחוברים. שלב 4: (א) חתיכה עגולה של רשת תיל מוכנסת דרך החלק העליון של התבנית כדי לכסות את החור התחתון, ומונעת נפילת חול; (ב) מוסיפים לתבנית חול או אדמה עד לקו המילוי המסומן בחלק הפנימי של התבנית; (ג) חתיכה עגולה שנייה של רשת תיל מונחת על גבי החול או האדמה; (ד) מכשיר הידוק משמש ללחיצה חזקה כלפי מטה על השכבה העליונה של רשת התיל, מה שמבטיח שכבה עליונה שטוחה ואחידה ללבנה. שלב 5: התבנית עם החול ממוקמת על גבי או מיכל אחר כדי לאסוף את תמיסת הזרימה. שלב 6: הטיפולים מיושמים בהתאם לפרוטוקול. שלב 7: לאחר תקופת הייבוש מניחים את התבנית על צדה, והמחצית העליונה של התבנית מופרדת בזהירות מהמחצית התחתונה. במידת הצורך מותר ללבנה להמשיך להתייבש במחצית התחתונה של התבנית עד שהיא הופכת למוצקה מספיק כדי להרים אותה החוצה בחתיכה אחת. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: תוצאות צפויות בעקבות פרוטוקול הלבנים. (A) מציג את התוצאה החיובית הצפויה, המאופיינת בקצוות ברורים ובמבנה גלילי מוצק. (B) מראה את התוצאה השלילית הצפויה, המאופיינת בהתפוררות ובחוסר יציבות מבנית. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: בדיקת דחיסה. איור זה מציג את התוצאות של בדיקות דחיסה בלתי מוגבלות עבור שמונה לבנים המיוצרות בו זמנית באמצעות התבניות המודפסות בתלת מימד. החול הגס הביא לחוזק ממוצע של 95.125 PSI, בעוד שהחול הדק היה ממוצע של 49.625 PSI. קווי שגיאה מציינים את סטיית התקן. מבחן t של סטודנט בוצע כדי לחשב את ערך ה-p לניתוח סטטיסטי. לבנים שיוצרו עם המצע הגס היו חזקות משמעותית מאלה שיוצרו עם המצע בגודל חלקיקים עדינים (ערך p < 0.005). כל הלבנים טופלו בתמיסות מאותה אצווה ויובשו בתנאים זהים כדי למזער חוסר עקביות בניסוי. אנא לחץ כאן לצפייה בגרסה גדולה יותר של איור זה.

קובץ משלים 1: קובץ STL לעובש. קובץ זה מכיל את קובץ STL להדפסת תלת מימד לעיצוב התבנית. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

קובץ משלים 2: קובץ STL להתקן הידוק. קובץ זה כולל את קובץ STL להדפסת תלת מימד עבור התקן ההידוק. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

קובץ משלים 3: קובץ CAD של עובש. קובץ זה מספק את קובץ ה-CAD לעיצוב התבנית. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

קובץ משלים 4: קובץ CAD של התקן הידוק. קובץ זה מכיל את קובץ ה-CAD עבור עיצוב התקן ההידוק. אנא לחץ כאן להורדת קובץ זה.

שלבים קריטיים
פרוטוקול ביו-צמנטציה זה משתמש ב-S. pasteurii MICP לייצור לבנים גליליות ביו-צמנטיות המתאימות לבדיקת דחיסה לא מוגבלת. אחד הגורמים הקריטיים ביותר לבדיקת דחיסה בלתי מוגבלת הוא הצורה והמבנה של המדגם. ודא שהחלק העליון והתחתון של מוצר הצילינדר שטוחים וגובה הלבנה קרוב ככל האפשר ל-3 אינץ'; לעבור מעט את סימן הגובה של 3 אינץ' עדיף מאשר לרדת מתחת. יש מעט גובה שהולך לאיבוד בעת יישום טיפולים עקב שקיעת החול/אדמה; לפיכך, מומלץ למלא מעט את התבנית לפני הטיפול הראשוני. מעגל רשת התיל המונח על גבי החול/אדמה לפני הטיפולים מסייע בפיזור התמיסה המיושמת ויצירת משטח ישר יותר¹⁶. ניקוי יסודי של התבניות, הרשת והאטמים הוא קריטי כדי למזער את סיכוני הזיהום הצולב של לבנים עתידיות. חשוב גם לנקות את הרשת או להשתמש ברשת חדשה מכיוון שהיא תהפוך לביו-צמנט/סתומה עם הזמן ויכולה להפחית את קצב הזרימה אם לא תנקה או תחליף^13,17.

שינויים/פתרון בעיות

בתבניות
ניתן להשתמש במכשירי הדפסה וחומרי הדפסה רבים אחרים כדי לענות על צרכי החוקרים. ניתן גם לשנות את קובץ ה-CAD כדי לענות על צרכים שונים ולייצר צורות תבנית גדולות יותר, קטנות יותר או חלופיות. בנוסף, ניתן להשתמש בכל חומר אטם או מגנטים; רק ודא שהם עומדים במידות בקובץ ה-CAD או שנה את קובץ ה-CAD כדי לענות על צרכים שונים. ניתן להחליף את רשת התיל גם ברשת אחרת או בנייר סינון פוטנציאלי; ודא שהנקבוביות קטנות מספיק כדי למנוע מהחלקיקים ליפול דרכן. אם חלקיקים נופלים דרך הפתח התחתון, הדבר נגרם לרוב ממיקום לא נכון של רשת התיל ונוכחות של פער בין הרשת לתבנית. בדוק את מיקום הרשת. אם יש דליפה משמעותית של התמיסות המיושמות מדפנות התבניות, סביר להניח שמדובר בבעיה בחומר האטם. יכול להיות שהייתה בעיה בתהליך החיתוך, או שהאטמים לא היו במקומם. אם התאמת המיקום אינה מתקנת את הבעיה, ייתכן שיהיה צורך לחתוך אטמים חדשים. אם נצפה זיהום צולב בתבניות, ייתכן שיהיה צורך להשרות את התבניות, הרשת או האטמים בתמיסות אתנול של 70%, או להחליפם בתבניות, רשת או אטמים חדשים ^14,15.

MICP
ניתן לשנות את תהליך הגשת הבקשה ל-MICP כדי לענות על צרכים שונים, כלומר החלפת הצלוחיות / כוסות / וכו '. תהליך התרבות אינו דורש את שיטת הצלחת המתוארת; ניתן ליישם כאן תרבית נוזלית ממלאי גליצרול או כל שיטת גידול אחרת¹². ניתן ליישם טיפולים על דגימת הקרקע באמצעות פיפטורים אוטומטיים או יציקה מגליל מדורג או כל אמצעי אחר המאפשר שליטה בנפח. לפעמים, תרביות החיידקים עשויות שלא לגדול כראוי; ניתן לציין זאת על ידי היעדר עכירות לאחר הדגירה. אם זה קורה, התחל מחדש את תהליך התרבות עם מושבה חדשה או תרבית התחלה. מומלץ לבצע שלב כמות, שהוא מדידת OD600 או ספירת מושבות, כדי לשלוט ולתעד את ריכוז החיידקים המופעלים על כל לבנה¹⁶.

מגבלות
זהו תהליך ארוך שלוקח מספר ימים ודורש הכנה לפני שמתחילים. אין הזדמנויות להשהות את הניסוי לאחר תחילת פרוטוקול היום הראשון.

משמעות
פרוטוקול זה מתאר שיטה לייצור לבני ביו-צמנט גליליות המתאימות לבדיקת חוזק דחיסה בלתי מוגבל, ומספק אמצעי לבדיקת טכניקות ביו-צמנטציה ליישומים גיאוטכניים^13,17.

יישומים עתידיים
חשיבותו של פרוטוקול זה טמונה ביעילותו באופטימיזציה של פרוטוקולי ביו-צמנטציה תוך בדיקת משתנים מרובים בתהליך. התבניות הרב-פעמיות מאפשרות היווצרות לבנים גליליות במידות הספציפיות המשמשות לבדיקת דחיסה בלתי מוגבלת, והמאגרים בחלק העליון של התבניות מאפשרים ליישם את פתרונות ה-MICP בכמויות גדולות במקום ליישם לאט לאט תמיסות לאט לאט תוך המתנה למעבר דרך החומר בתבנית. ניתן להדפיס כל מספר של תבניות בודדות ולהשתמש בהן במקביל, מה שמאפשר השוואה קלה בין משתנים שונים, כגון שינויים בהרכב הכימי של תמיסת צמנטציה או שימוש במיקרואורגניזמים שונים. מכיוון שהתבניות נועדו לשבת על גבי מיכל לאיסוף פסולת זורמת, ניתן למדוד ולהעריך את הזרימה עבור ספירת חיידקים, pH, תכולת יונים או כל משתנה בדיקה אחר. מחקרים מסוימים, כגון הערכת יכולות ה-MICP של Escherichia coli שהונדסה גנטית לבטא את אנזים האוראז, מדדו קינטיקה של משקעים על ידי מדידת דלדול סידן, בדגש על השוואה ישירה של זנים שונים של חיידקים או מבני פלסמיד שונים; פרוטוקול זה אידיאלי לסוג זה של מחקר הערכה או אופטימיזציה¹⁸.

המחברים מצהירים שאין ניגוד עניינים. כתב היד הזה אושר לפרסום ציבורי. מספר הרשות: USAFA-DF-2024-777. הדעות המובעות במאמר זה הן של המחברים ואינן מייצגות בהכרח את העמדה או המדיניות הרשמית של ממשלת ארה"ב, משרד ההגנה או מחלקת חיל האוויר.

חומר זה מבוסס על מחקר בחסות האקדמיה של חיל האוויר של ארצות הברית ומעבדת המחקר של חיל האוויר תחת הסכם מספר FA7000-24-2-0005 (MG). ממשלת ארה"ב רשאית לשכפל ולהפיץ הדפסות חוזרות למטרות ממשלתיות, למרות כל סימון זכויות יוצרים עליהן.