Almindelige mikrober slår sig sammen for at nedbryde polymerkompositter

Polymerkompositter er holdbare, letvægtserstatninger til træ, metal eller andre materialer og bruges meget i alt fra rørledninger og brugsstænger til fly og biler.

Forskning ved University of Wisconsin-Madison kaster nyt lys over, hvordan almindelige bakterier kan nedbryde disse materialer.

"Mange undersøgelser har fokuseret på, hvordan disse polymermaterialer ville reagere på miljøforhold som temperatur, fugt eller ultraviolet lys, " siger Pavana Prabhakar, en UW-Madison professor i civil- og miljøteknik. "De er sjældent blevet undersøgt i forbindelse med mikrobielle interaktioner."

Prabhakar og hendes samarbejdspartnere identificerede fire bakteriegrupper, der har skadelige interaktioner med akrylatet, estere og bisphenol, der almindeligvis findes i polymerkompositter. Gruppen - inklusive UW-Madison bakteriologiprofessor Karthik Anantharaman og Adam Breister og Muhammad Imam, en forskningstekniker og en post-doc forsker i Anantharaman og Prabhakar laboratorier, henholdsvis - offentliggjorde deres resultater for nylig i tidsskriftet Kommunikationsmaterialer .

Forskning i mikroorganismer, der interagerer med polymerkompositter, har fokuseret på individuelle typer af dyrkede mikrober, som ikke nødvendigvis er almindelige i naturlige miljøer, ifølge Prabhakar. I stedet, hun og Anantharaman studerede mikrober fundet hyppigere i naturen.

"Vi ønskede at se på hele det mangfoldige samfund af mikrober, der findes i miljøet, for at se, hvordan de påvirker vores polymerkompositter, " siger Prabhakar.

Måden bakterier påvirker disse materialer på kan variere, siger Anantharaman. Nogle bakterier lever direkte på materialerne for at forbruge dem som kulstofforbindelser. Andre typer bakterier producerer hydrogen- og svovlbrintegasser i kompositterne, som kan svække den strukturelle integritet.

"Det, vi har observeret, er, at ingen organisme nedbryder alle tre materialer - akrylatet, estere og bisphenol - på samme tid, " siger Anantharaman. "Hver påvirker én type materiale, men ved at interagere, de kan nedbryde hele kompositmaterialet meget hurtigere. "

Prabhakar og Anantharaman brugte metagenomics, som genvinder en bred vifte af genetisk materiale direkte fra miljøprøver, at undersøge mikroorganismer, der lever på overflader af polymerkompositter i naturlige omgivelser. Prabhakar siger, at det er første gang, teknikken er blevet brugt på en sådan måde, og den gav en enorm fordel for at studere hele mikrobielle samfund på én gang.

Som resultat, forskningen danner grundlag for fremtidige undersøgelser. For eksempel, hvis forskere ønsker at studere mikrobiomets indvirkning på polymerkompositter under vandet eller i drænrør, de kan bruge duoens platform og metoder til bedre at forstå interaktioner i de sammenhænge.

Prabhakar, hvis arbejde er finansieret af Office of Naval Research, siger, at undersøgelsen også kan hjælpe konstruktionsingeniører til at forstå miljømæssige stressfaktorer af polymerkompositmaterialer, og hvordan man designer dem til at modstå mikrobiel nedbrydning. Hun ønsker at udføre yderligere forskning for at bestemme, hvordan mikrobiomet kan, for eksempel, skabe mikro-revner.

"Lige nu, vi ser på den overordnede nedbrydning af materialet, " siger Prabhakar, Charles G. Salmon Fellow of Structural Engineering. "Men kan de forårsage lokaliserede stressfaktorer ud over andre stressfaktorer, der findes i miljøet? Det er noget, vi vil fortsætte med at se på."