[영국] 서리대, "박테리아 이용한 페인팅은 폐수처리 혁신 가져올 수 있다"
박테리아를 함유한 새로운 형태의 수성페인트의 개선은 폐기물 관리와 바이오매스 또는 바이오 연료가스의 생산의 진보에 대한 길을 열어줄 수 있다고 미국화학협회 저널(American Chemical Society journal)인 『바이오매크로몰 분자지(Biomacromolecules reports)』가 보도했다.
영국 서리대학교(University of Surrey) 연구진은 박테리아를 캡슐화하는 고분자층으로 구성된 바이오코팅(biocoating)의 성질을 연구하고 개선했다. 코팅 내부에서 세균이 자라거나 분열되지 않지만 독소나 이산화탄소를 흡수하는 등 유용한 기능을 수행할 수 있다.
다른 연구자들이 이전에 바이오코팅(biocoating)을 제조했지만, 이 박테리아는 오랫동안 살아있지 않아 사용이 제한되었다. 바이오코팅(biocoating)은 수분과 영양분이 침투해 박테리아를 살아있게 하고 부산물이 빠져나갈 수 있도록 하는 투과성 구조를 갖추는 것이 필요하다.
서리대학교(University of Surrey) 연구진은 폐기물 관리 분야와 바이오매스 및 바이오 연료 가스 생산 분야에서의 박테리아 사용의 효율성을 개선하기 위해 내부 박테리아 생존의 핵심인 바이오코팅(biocoating)의 투과성 문제를 해결하기 위해 노력했다.
그들은 천연 저비용과 미세한 점토로 구성된 할로이 사이트(halloysite)를 사용했는데, 이전에는 플라스틱 재료의 보강재로 사용되었었다. 작은 할로이 사이트(halloysite) 튜브들은 투과성을 높이기 위해 바이오코팅(biocoating)에 채널을 만들었다.
연구자들은 특별히 적응된 레사주린 감소 측정법(resazurin reduction assay)을 사용하여 할로이 사이트(halloysite) 바이오 코팅에 캡슐화된 박테리아가 일반 바이오코팅(biocoating)의 박테리아에 비해 통계적으로 생존 가능성이 더 높다는 것을 발견했다.
그들은 29%의 할로이 사이트(halloysite)로 구성된 코팅이 우수한 기계적 강도와 높은 투과성을 최적으로 조합한 것으로 결정했다. 중요한 것은 형광현미경 검사에서 그 박테리아가 장기간 생존하고 신진대사가 활발하다는 것을 알아냈다. 미래에는 유해한 화학물질을 제거함으로써 오염된 물을 정화하는데 실행 가능한 박테리아가 사용될 수 있다.
서리대학교(University of Surrey)의 연질물리학(Soft Matter Physics ) 교수인 조 케디(Joe Keddie) 박사는 "우리의 연구는 학제간이다. 미생물학 전문가들과 협업하게 된 것은 부드러운 물질 물리학자로서 나에게 즐거움이었다. 함께 일해야만 바이오코팅(biocoating)의 돌파구를 마련할 수 있었다. 연구를 가능하게 해 준 레버 훌메 트러스트(Leverhulme Trust)에 감사드린다"라고 말했다.
서리대학교(University of Surrey)의 세균학 강사인 수지 힝글-윌슨(Suzie Hingley-Wilson) 박사는“대부분의 박테리아는 유익하며 박테리아 없이는 불가능할 것이라고 알고있는 많은 일상적인 과정과 생활을 한다. 바이오코팅(biocoating) 내에서 생존력을 유지하는 것은 오염 감소에서 핵 폐기물 제거에 이르기까지 다양한 응용 분야에 혁명을 일으킬 수 있는 많은 힘을 활용하는 데 중요하다”라고 말했다.
이 연구는 레버훌메 트러스트(The Leverhulme Trust)의 연구 프로젝트 보조금에 의해 자금을 지원받았다.
이번 연구는 서리대학교의 필 첸(Phil Chen) 박사와 시몬 크링스(Simone Krings) 박사(설리대) 및 워릭대학교(University of Warwick)의 조슈아 부스(Joshua Booth) 박사와 스테판 본 (Stefan Bon) 교수 등이 공동으로 진행됐다.
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Painting With Bacteria Could Revolutionise Wastewater Treatment
Improvements to a new type of water-based paint containing bacteria could pave the way for advancements in waste management and the production of biomass or biofuel gases, a new study in the American Chemical Society journal, Biomacromolecules reports.
Researchers from the University of Surrey investigated and improved the properties of biocoatings, which consist of a polymeric layer that encapsulate bacteria. When inside the coating, the bacteria do not grow or divide, but they can still perform useful functions, such as absorbing toxins or carbon dioxide.
Although other researchers have previously manufactured biocoatings, the bacteria did not stay alive for long, which limited their use. It is necessary for biocoatings to have a permeable structure to allow water and nutrients to enter and keep the bacteria alive, and to allow byproducts to escape.
To improve the effectiveness of using bacteria in the field of waste management and in the production of biomass and biofuel gases, the Surrey researchers sought to resolve the issue of permeability in biocoatings, key to the survival of the bacteria within.
They used halloysite, which consists of natural low-cost and microscopic tubes of clay, previously used as a reinforcement for plastic materials. The tiny halloysite tubes created channels in the biocoating to raise the permeability.
Using a specially adapted resazurin reduction assay, the researchers found that bacteria encapsulated in halloysite biocoatings were statistically more likely to stay viable compared to bacteria in the ordinary biocoatings.
They determined that a coating made up of 29 percent halloysite had the best combination of good mechanical strength and high permeability. Importantly, fluorescence microscopy determined that the bacteria remained viable and metabolically active for extended periods of time. In the future, viable bacteria could be used to clean polluted water by removing harmful chemicals.
Joe Keddie, Professor of Soft Matter Physics at the University of Surrey, said: “Our research is inter-disciplinary. It has been a pleasure for me as a soft matter physicist to collaborate with experts in microbiology. Only when working together could we make a breakthrough in biocoatings. We are grateful to The Leverhulme Trust for making the research possible.”
Dr Suzie Hingley-Wilson, Lecturer in Bacteriology, at the University of Surrey, said: “The majority of bacteria are beneficial and without them many daily processes and life as we know it would be impossible. Maintaining their viability within biocoatings is critical to harnessing their many powers which could revolutionise applications ranging from reducing pollution to clearing up nuclear waste.”
This research was funded by a Research Project Grant from The Leverhulme Trust.
The research was conducted by Dr Phil Chen (University of Surrey), Simone Krings (University of Surrey) and in collaboration with Joshua Booth (University of Warwick) and Professor Stefan Bon (University of Warwick).
[출처 = 워터온라인(https://www.wateronline.com/doc/painting-with-bacteria-could-revolutionise-wastewater-treatment-0001) / 2020년 8월 27일]