knauf b1


Микробная карбонатная биоминерализация как инструмент природоподобных технологий в строительном материаловедении

Журнал: №7-2019
Авторы:

Строкова В.В.
Власов Д.Ю.
Франк-Каменецкая О.В.

DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-772-7-66-72
УДК: 625.041.2:691.3

 

АннотацияОб авторахСписок литературы
Рассматриваются процессы и механизмы микробной карбонатной биоминерализации как инструмента природоподобных технологий в строительстве. Показана междисциплинарность направления и особенности исследований в области микробной биоминерализации, технологической минералогии и материаловедения как прикладного аспекта использования биогенного минералообразования для управления процессами структурообразования с целью изменения свойств различных видов материалов. Обозначены существующие подходы, имеющиеся проблемы и намечены задачи, решение которых позволит расширить области использования технологий биоминерализации в строительном материаловедении.
В.В. СТРОКОВА1, д-р техн. наук (Адрес электронной почты защищен от спам-ботов. Для просмотра адреса в вашем браузере должен быть включен Javascript.)
Д.Ю. ВЛАСОВ2, д-р биол. наук
О.В. ФРАНК-КАМЕНЕЦКАЯ2, д-р геол.-минерал. наук

1 Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46)
2 Санкт-Петербургский государственный университет (199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9)

1. Осипов В.И. Адаптационный принцип природопользования // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2017. № 5. С. 3–12.
1. Osipov V.I. The adaptation principle of nature management. Geoekologiya. Inzhenernaya geologiya, gidrogeologiya, geokriologiya. 2017. No. 5, pp. 3–12. (In Russian).
2. Пинчук Л.С. и др. Введение в систематику умных материалов. Минск: Беларус. навука, 2013. 399 с.
2. Pinchuk L.S. Vvedenie v sistematiku umnykh materialov [Introduction to the systematics of smart materials]. Minsk: Belarus. Navuka. 2013. 399 p.
3. Basha S., Lingamgunta L.K., Kannali J., Gajula S.K., Bandikari R., Dasari S., Dalavai V., Chinthala P., Gundala P.B., Kutagolla P., Balaji V.K. Subsurface endospore-forming bacteria possess bio-sealant properties. Scientific Reports. 2018. Vol. 8. А. 6448. DOI: 10.1038/s41598-018-24730-3
4. Krajewska В. Urease-aided calcium carbonate mineralization for engineering applications: A review. Journal of Advanced Research. 2018. Vol. 13, pp. 59–67. https://doi.org/10.1016/j.jare.2017.10.009
5. Dhami N.K., Reddy M.S., Mukherjee А. Biomineralization of calcium carbonates and their engineered applications. Frontiers Microbiol. 2013. Vol. 4 (314), pр. 1–13. doi:10.3389/fmicb.2013.00314
6. Пэйн К.А., Алажари М., Шарма Т., Купер Р., Хит А. Разработка бетона, самозалечивающегося при помощи бактерий // Цемент и его применение. 2017. № 5. С. 81–85.
6. Payne K.A., Alajari M., Sharma T., Cooper R., Hit A. Development of concrete self-healing using bacteria. Tsement i ego primenenie. 2017. No. 5, pp. 81–85. (In Russian).
7. Степанов Н.А., Ефременко Е.Н., Бруяко М.Г., Григорьева А.И. Изменение свойств строительных материалов при введении в них биомассы бактерий с уреазной активностью // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. № 7 (106). С. 788–796.
7. Stepanov N.A., Efremenko E.N., Bruyako M.G., Grigorieva A.I. Changes in the properties of building materials with the introduction of the biomass of bacteria with urease activity. Vestnik MGSU. 2017. Vol. 12. No. 7 (106), pp. 788–796. (In Russian).
8. De Muynck W., De Belie N., Verstraete W. Microbial carbonate precipitation in construction materials: a review. Ecological engineering. 2010. Vol. 36, pр. 118–136. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.02.006
9. Day T. Computability, Gödel’s incompleteness theorem, and an inherent limit on the predictability of evolution. Journal of the Royal Society Interface. 2012. Vol. 9 (69), pр. 624–639. DOI: 10.1098/rsif.2011.0479
10. Кораго А.А. Введение в биоминералогию. СПб.: Недра, 1992. 280 с.
10. Korago A.A. Vvedenie v biomineralogiyu. [Introduction to biomineralogy]. Saint Petersburg: Nedra. 1992. 280 p.
11. Юшкин Н.П. Теория и методы минералогии (избранные проблемы). Л.: Наука, 1977. 291 с.
11. Yushkin N.P. Teoriya i metody mineralogii (izbrannye problemy) [Theory and methods of mineralogy (selected issues)]. Leningrad: Nauka. 1977. 291 p.
12. Сивков С.П., Логинова Т.В., Мымрина А.К. Биодобавки для сухих строительных смесей // Сухие строительные смеси. 2017. № 5. С. 15–18.
12. Sivkov S.P., Loginova T.V., Mymrina A.K. Bioadditives for dry building mixes. Sukhie stroitel’nye smesi. 2017. No. 5, pp. 15–18. (In Russian)
13. Al-Salloum Y., Abbas H., Sheikh Q.I., Hadi S., Alsayed S., Almusallam T. Effect of some biotic factors on microbially-induced calcite precipitation in cement mortar. Saudi Journal of Biological Sciences. 2017. Vol. 24. No. 2, pp. 286–294. DOI: 10.1016/j.sjbs.2016.01.016
14. De Muynck W., Cox K., De Belie N., Verstaete W. Bacterial carbonate precipitation as an alternative surface treatment for concrete. Construction and Building Materials. 2008. Vol. 22, pp. 875–885. DOI: org/10.1016/j.conbuildmat.2006.12.011
15. Yoosathaporn S., Tiangburanatham P., Bovonsombut S., Chaipanich A., Pathom-aree W. A cost effective cultivation medium for biocalcification of Bacillus pasteurii KCTC 3558 and its effect on cement cubes properties. Microbiological Research. 2016. Vol. 186–187, pр. 132–138. DOI: org/10.1016/j.micres.2016.03.010
16. Tingting Z., Lin Y., Lu X., Dittrich M. Assessment of cyanobacterial species for carbonate precipitation on mortar surface under different conditions. Ecological Engineering. 2018. Vol. 120, pр. 154–163. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2018.05.038
17. Rodriguez-Navarro С., Jroundi F., Schiro M., Ruiz-Agudo E., Gonzalez-Muñoz M.T. Influence of substrate mineralogy on bacterial mineralization of calcium carbonate: Implications for stone conservation. Accepted Environ Microbiology. 2012. Vol. 78, pр. 4017–4029. DOI: 10.1128/AEM.07044-11.
18. Métayer-Levrel G., Castanier S., Orial G., Loubière J.-F., Perthuisot J.-P. Applications of bacterial carbonatogenesis to the protection and regeneration of limestones in buildings and historic patrimony. Sedimentary Geology. 1999. Vol. 126, pр. 25–34. DOI: 10.1016/S0037-0738 (99) 00029-9
19. Stuckrath C., Serpell R., Valenzuela LM., Lopez M. Quantification of chemical and biological calcium carbonate precipitation: performance of self-healing in reinforced mortar containing chemical admixtures. Cement Concrete Composites. 2014. No. 50, pр. 10–15. DOI: org/10.1016/j.cemconcomp.2014.02.005
20. Rodriguez-Navarro C., Rodriguez-Gallego M., ChekrounK.B., Gonzalez-Munoz M.T. Conservation of ornamental stone by Myxococcus xanthus-induced carbonate biomineralization. Applied and Environmental Microbiology. 2013. Vol. 69, pр. 2182–2193. DOI: 10.1128/AEM.69.4.2182-2193.2003
21. Лапо В.А. Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого. М.: Знание, 1987. 213 с.
21. Lapo V.A. Sledy bylykh biosfer, ili Rasskaz o tom, kak ustroena biosfera i chto ostalos’ ot biosfer geologicheskogo proshlogo [Traces of bygone biospheres, or the story about how the biosphere is arranged and what remains of the biological spheres of the geological past]. Moscow: Znanie. 1987. 213 p. 22. Blondeau M., Sachse M., Boulogne C., Gillet C., Guigner J.M., Skouri-Panet F., Poinsot M., Ferard C., Miot J., Benzerara K. Amorphous calcium carbonate granules form within an intracellular compartment in calcifying cyanobacteria. Frontiers in Microbiology. 2018. Vol. 9. А. 1768. DOI: org/10.3389/fmicb.2018.01768
23. Otlewska А., Gutarowska В. Еnvironmental parameters conditioning microbially induced mineralization under the experimental model conditions. Acta Biochimica Polonica. 2016. Vol. 63. No. 2, pр. 343–351. DOI: 10.18388 / abp.2015_1172
24. De Muynck W., Verbeken К., De Belie N., Verstraete W. Influence of urea and calcium dosage on the effectiveness of bacterially induced carbonate precipitation on limestone. Ecological Engineering. 2010. Vol. 36 (2), pр. 99–111. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.03.025 25. Ramachandran S.K., Ramakrishnan V., Bang S.S. Remediation of concrete using microorganisms. ACI Materials Journal. 2001. Vol. 98 (1), pр. 3–9. DOI: 10.14359/10154
26. Boquet E., Boronat A., Ramos-Cormenzana A. Production of calcite (calcium carbonate) crystals by soil bacteria is a common phenomenon. Nature. 1973. Vol. 246, pр. 527–529.
27. Castanier S., Le Metayer-Levrel G., Perthuisot J.P. Ca-carbonates precipitation and limestone genesis – the microbiogeologist point of view. Sedimentary Geology. Vol. 126. Iss. 1, pp. 9–23. DOI:10.1016/S0037-0738(99)00028-7
28. Achal V., Mukherjee A., Reddy M.S. ORIGINAL RESEARCH: Biocalcification by Sporosarcina pasteurii using corn steep liquor as the nutrient source. Industrial Biotechnology. 2010. Vol. 6 (3), pp. 170–174. DOI: 10.1089/ind.2010.6.170
29. Minto J.M., Tan Q., Lunn R.J., El Mountassir G., Guo H., Cheng X. Microbial mortar-restoration of degraded marble structures with microbially induced carbonate precipitation. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 180, pр. 44–54. DOI: org/10.1016/j.conbuildmat.2018.05.200
30. Yang Т., Jho J. Y., Kim I.W. Epitaxial relationships between calcium carbonate and inorganic substrates. International Journal of Molecular Sciences. 2014. Vol. 15, pр. 16320–16330. DOI: 10.3390/ijms150916320
31. Вернадский В.И. Биосфера. М.: Мысль, 1967. 280 с.
31. Vernadsky V.I. Biosfera [Biosphere]. Moscow: Mysl’. 1967. 280 p.
32. Самойлов Я.В., Пустовалов Л.В. К литологии карбонатовых осадочных пород. Известняки и мергеля Поволжья Тверской губернии. М.: Научно-технический отдел Высшего совета народного хозяйства РСФСР, 1926. 72 с.
32. Samoilov Ya.V., Pustovalov L.V. K litologii karbonatovykh osadochnykh porod. Izvestnyaki i mergelya Povolzh’ya Tverskoi gubernii [To the lithology of carbonate sedimentary rocks. Limestone and marl in the Volga region of Tver province]. Moscow: Scientific and Technical Department of the Supreme Council of the National Economy of the RSFSR. 1926. 72 p.
33. Жабин А.Г. Введение в биоминералогию (памяти А.А. Кораго) // Записки Всероссийского минералогического общества. 1993. № 3. С. 125–128.
33. Zhabin A.G. Introduction to biomineralogy (In Memory of A. Korago). Zapiski vsesoyuznogo mineralogicheskogo obshchestva. 1993. No. 3, pp. 125–128. (In Russian).
34. Яхонтова Л. К., Грудев А. П., Зуев В. В. Проблемы изучения системы Минеральный субстрат – микроорганизм // Вестник МГУ. 1994. Сер. 4. № 5. С. 80–92.
34. Yakhontova L.K., Grudev A.P., Zuev V.V. Problems of studying the system Mineral substrate – a microorganism. Vestnik MGU. 1994. Part 4. No. 5, pp. 80–92. (In Russian).
35. Мак-Коннелл Дж., Патнис А. Основные черты поведения минералов. М.: МИР, 1983. 304 с.
35. Mc Connell J., Putnice A. Osnovnye cherty povedeniya mineralov [Principles of mineral behaviour]. Moscow: MIR. 1983. 304 p.
36. Lonsdale K., Robertson J. M., Lipson H., Powell H.M. Crystallography. Annual Reports on the Progress of Chemistry. 1941. Vol. 38, pр. 91–110.
37. Sutor D.J., Percival J.M. The effect of bile on the crystallisation of calcium carbonate, a constituent of gallstones. Clinica Chimica Acta. 1978. No. 89 (3), pр. 479–484. DOI: 10.1016/0009-8981(78)90413-8
38. Лоуэнстам Х. Процессы и продукты биоминерализации и эволюция биоминерализации. 27-й Международный геологический конгресс: Тезисы докладов. Москва. 1984. Т. 2. C. 51–56.
38. Lowenstam H. The processes and products of biomineralization and the evolution of biomineralization. The 27-th International Geological Congress: Abstracts. Moscow. 1984. Vol. 2, pp. 51–56. (In Russian).
39. Seifan M., SamaniA.K., Berenjian A. Bioconcrete: next generation of self-healing concrete. Applied Microbiology and Biotechnology. 2016. Vol. 100. No. 6, pр. 2591–2602. DOI: 10.1007/s00253-016-7316-z
40. Van Tittelboom K., De Belie N., De Muynck W., Verstraete W. Use of bacteria to repair cracks in concrete. Cement and Concrete Research. 2010. Vol. 40. No. 1, pр. 157–166. DOI: org/10.1016/j.cemconres.2009.08.025
41. Dhami N.K., Reddy M.S., Mukherjee А. Application of calcifying bacteria for remediation of stones and cultural heritage. Frontiers in Microbiology. 2014. Vol. 5. DOI: 10.3389/fmicb.2014.00304
42. Gower L.B. Biomimetic model systems for investigating the amorphous precursor pathway and its role in biomineralization. Chemical reviews. 2008. Vol. 108 (11), pр. 4551–4627. DOI: org/10.1021/cr800443h
43. Плюснина Л.П. Минералогенезис и правило ступеней Оствальда в самоорганизующихся геологических системах. Вестник ДВО РАН. 2007. № 2. С. 117–122.
43. Plusnina L.P. Mineralogenesis and the rule of Ostwald steps in self-organizing geological systems. Vestnik of the Far East Branch of the Russian Academy of Sciences. 2007. No. 2, pp. 117–122. (In Russian).

Для цитирования: Строкова В.В., Власов Д.Ю., Франк-Каменецкая О.В. Микробная карбонатная биоминерализация как инструмент природоподобных технологий в строительном материаловедении // Строительные материалы. 2019. № 7. С. 66–72. DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-772-7-66-72


Печать   E-mail