普通微生物联手降解聚合物复合材料

聚合物复合材料是木材,金属或其他材料的耐用,轻质替代品,广泛用于从管道和电线杆到飞机和汽车的所有领域。

威斯康星大学麦迪逊分校的研究为常见细菌如何降解这些物质提供了新的思路。

威斯康星大学麦迪逊分校土木与环境工程系教授Pavana Prabhakar说:“许多研究集中在这些聚合物材料如何响应温度,湿度或紫外线等环境条件上。” “很少在微生物相互作用的背景下研究它们。”

Prabhakar和她的合作者确定了四个细菌类,它们与聚合物复合材料中常见的丙烯酸酯,酯和双酚具有有害的相互作用。该小组-包括威斯康星大学麦迪逊分校细菌学教授Karthik Anantharaman和Adam Breister和Muhammad Imam,分别是Anantharaman和Prabhakar实验室的研究技术员和博士后研究员-最近在该杂志上发表了他们的发现。 通讯材料.

Prabhakar说,有关微生物与聚合物复合材料相互作用的研究集中在自然环境中不一定常见的各种培养微生物上。相反,她和Anantharaman研究了自然界中发现频率更高的微生物。

“我们想研究环境中存在的整个微生物群落,以了解它们如何影响我们的聚合物复合材料,” Prabhakar说。

Anantharaman说,细菌影响这些物质的方式可能会有所不同。一些细菌直接以材料为食,将其作为碳化合物消耗。其他类型的细菌会在复合材料内产生氢气和硫化氢气体,这会削弱结构完整性。

“我们观察到,没有生物体同时降解所有三种物质(丙烯酸酯,酯和双酚),”安纳塔拉曼说。 “每种材料都会影响一种类型的材料,但是通过相互作用,它们可以更快地降解整个复合材料。”

Prabhakar和Anantharaman使用了宏基因组学技术,可以直接从环境样品中回收广泛的遗传物质,以探测在自然环境中生活在聚合物复合材料表面的微生物。 Prabhakar说,这是该技术的首次使用,它为一次研究整个微生物群落提供了巨大的优势。

结果,该研究为将来的研究奠定了基础。例如,如果研究人员想研究微生物对水下或排水管中的聚合物复合物的影响,则可以使用二重奏的平台和方法来更好地理解这些环境中的相互作用。

Prabhakar的工作由海军研究办公室资助,他说这项研究还可以帮助结构工程师了解聚合物复合材料的环境压力因素,以及如何设计它们以抵抗微生物降解。她想进行进一步的研究,以确定微生物组如何例如产生微裂纹。

“目前,我们正在研究材料的整体降解情况,”结构工程学的Charles G. Salmon研究员Prabhakar说。 “但是,除了环境中存在的其他压力源之外,它们还能引起局部压力源吗?这是我们将继续关注的事情。”

这项研究是由美国国防部(N00014-19-1-2206)。



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