固体材料を封入する細菌セルロース球

細菌セルロース(BC)は、その機械的強度、高純度および結晶性、保水能力、および複雑な繊維構造^{1、2、3、4}のために、その潜在的な産業の使用のために注目されている。これらの特性は、生物医学、食品加工、環境修復法を含む様々な用途に適した生体材料であるBCを¹.BCフィルムの形成は、単一の生物培養物または昆布茶^5、発酵茶飲料に使用されるもののような混合培養物で行うことができる。醸造昆布茶は、一般的にSCOBYとして知られている「細菌と酵母の共生培養」に依存しています。生物のこの共生文化を用いて、BC球体を作り出すために同様の技術が用いられた。この生体材料は、より効率的な作物生産を達成するために、環境汚染物質を分離し、バイオチャーのような農業改正を固定するのに役立つ可能性があります。

以前の文献では、攪拌状態で生成されたBCの特性が静止培養で生産されたBCと比較してどのように議論されてきた。静止培養は液体空気界面で形成されるフィルムをもたらし、振られた培養物は液体⁶内に浮遊する様々なBC粒子、ストランド、および球体をもたらす。多くの研究は、BCの商業生産は、この論文の方法を適用するための根拠を提供する動的な条件^6、7でより実現可能であるという主張を参照しています。さらに、BC球体の構造や性質に関する様々な調査が行われています。豊崎ら⁶は、動揺したBC生産におけるバッフルと滑らかな壁のエルレンマイヤーフラスコを比較した。HuとCatchmark⁴の研究では、現在のBC球体生産プロセスのガイドラインとして使用されたBC球体の条件が決定され、その結果は、球体のサイズが60時間後に増加し続けないことを示しています。MohammadらのBC生産のレビューは、BC培養を揺るがすことで、BCの成長を成功させるために必要な酸素供給と分布さえ保証^{することを示している}。オランダ^等は、X線回折とフーリエ変換赤外分光法を用いてBCの結晶性と化学構造を研究した。BCカプセルも同様の特徴を示し、今後の研究では構造特性を調査する。研究はまた、改善されたバイオコンポジットを生成するためにBCを使用することの有益な効果を探っています。.研究者は、エポキシ樹脂をベースとして、BCの添加により疲労寿命、破壊靭性、引張および曲げ強度^9,10などの材料特性が向上することを示している。過去と現在の研究で示されるように、多くはBCの使用を商品化することに興味を持っています。

多くの研究者は、制御放出系で細菌セルロースを調査しており、ここで説明する方法は、制御放出システムとして利用できるカプセルを生成する。この研究の多くは、生物医学分野における制御放出と、制御放出肥料(CRF)投与におけるいくつかの探査に焦点を当てています。BCのアモキシシリン^11、リドカイン^12、およびイブプロフェン¹³の制御放出の成功に基づいて、BCはペレット化肥料などの他の物質と同様の送達特性を示し得る。ShavivとMikkelsen¹⁴によるCRFの概要は、CRFがより効率的で、労働力を節約し、一般的に従来の肥料塗布よりも環境劣化が少ないことを認めています。細菌セルロースは、CRFの良好な封入材料として働く可能性があります。肥料はBC膜から浸出するか、BC生分解^15、16として排出することができる。BCの高水膨張能力は、肥料の栄養素と水分の両方がBC球体の適用によって地面に放出される可能性があるため、有益な土壌修正^17、18、19としても機能します。これらの形質を使用すると、BC球カプセル化によって形成されたCRFは、生産および処分段階で悪影響を及ぼす可能性のある他の肥料コーティング材料よりも有利である可能性があります。BCを肥料コーティングに適応させることは、CRF技術をさらに向上させる可能性があります。肥料の放出率を下げることで、作物は肥料を取り込み、水域への過剰流出を防ぐのに十分な時間を持ち、それによって富栄養化および非酸素化地帯を減少させる。同様の緩徐放出肥料が、ポリマーコーティング²⁰を用いて調製および試験的に製造されている。

以前の研究で概説されたプロトコルとは異なり、これは高いセルロース収率ではなく、均一でまとまりのある球体生産に焦点を当てています。さらに、他の固形物のBCカプセル化はセルロース膜で研究されているが、球体²¹ではない。細菌セルロース球の研究を拡大することにより、BCの環境的に安全な特徴のために有益であるBCを商業的に生産するためのさらなるステップを作ることができます。BC球の製造のこの方法は、安価で容易に入手可能な料理の食材を利用しています。最初のアセンブリの後、BC球は干渉なしで2日以内に形成し始める。この戦略を通じてBC球体を生産するには、スペースがほとんどなく、食用の副産物である発酵茶「昆布茶」があります。他の研究で言及されたカプセル化技術は、相反転技術^22、23、マトリックス形成^24、噴霧乾燥^25、および合成中の直接封入²⁶を介して形成されるコーティングを含む。本稿で概説されている直接封入法は、容易に入手できる材料を利用する、簡単で安価なプロセスを望む人に有用である。

この研究を通じて、BC球体生産とカプセル化のための成功したプロトコルが作成されました。BC球体は、バイオチャー、鉱山テーリング、ポリスチレンマイクロビーズの固体粒子を個々の構造内に封入することができます。まだ業界で広く使用されていませんが、BCは実用的で持続可能な材料であり、将来の用途に使用できる天然材料です。