DE102021105164B4 - Sprayable synthetic biofilm hydrogel - Google Patents
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- C12R2001/01—Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
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Abstract
Verwendung eines sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogels umfassend ein Hydrogel und Mikroorganismen, zur Herstellung eines synthetischen Biofilms auf einer Oberfläche durch Aufsprühen des Biofilm-Hydrogels auf die Oberfläche.Use of a sprayable synthetic biofilm hydrogel comprising a hydrogel and microorganisms for producing a synthetic biofilm on a surface by spraying the biofilm hydrogel onto the surface.
Description
Einleitung:Introduction:
Die vorliegende Erfindung betrifft synthetische Biofilm-Hydrogele mit Mikroorganismen, welche in sprühbarer Form appliziert werden, sowie ein Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Biofilms.The present invention relates to synthetic biofilm hydrogels with microorganisms, which are applied in sprayable form, and a method for producing a synthetic biofilm.
Hintergrund:Background:
Bei Biofilmen handelt es sich um eine Schleimschicht (einen Film), in den Einzel- oder Mischpopulationen von Mikroorganismen (z. B. Bakterien) eingebettet sind. In Biofilmen aggregierte Mikroorganismen können so mit hoher Zelldichte immobilisiert werden und auf Oberflächen anhaften. In Biofilmen aggregierte Bakterien haben gegenüber im planktonischen Zustand, also in freier Suspension, vorliegenden Bakterien einige Vorteile. Die Biofilm-Matrix, in der die Bakterien eingebettet vorliegen, bietet mechanische Stabilität und erlaubt es den Biofilm-Organismen, langfristige synergistische Wechselwirkungen aufzubauen, Hungerperioden zu überstehen und verhindert das Abschwemmen extrazellulärer Enzyme. Die Aggregation im Biofilm ermöglicht den Bakterien darüber hinaus, durch spezielle physiologische Wechselwirkungen, wie z.B. über Signalmoleküle, sich in einem untereinander agierenden, flexiblen, leistungsfähigen Verbund zu organisieren. Der Biofilm bietet dem einzelnen Mikroorganismus darin optimierte Lebensbedingungen sowie einen erhöhten Schutz vor Veränderungen der Umgebungsbedingungen, wie pH- und TemperaturSchwankungen, Schadstoffen (z. B. Bakteriziden), oder UV- und Röntgenstrahlung, sowie Nahrungsmangel. Biofilme eignen sich damit besonders gut zur Stabilisierung und Immobilisierung hoher Zelldichten von Mikroorganismen auf Flächen.Biofilms are a layer of mucus (a film) in which single or mixed populations of microorganisms (e.g. bacteria) are embedded. Microorganisms aggregated in biofilms can thus be immobilized with a high cell density and adhere to surfaces. Bacteria aggregated in biofilms have a number of advantages over bacteria present in the planktonic state, i.e. in free suspension. The biofilm matrix in which the bacteria are embedded provides mechanical stability and allows the biofilm organisms to establish long-term synergistic interactions, survive periods of starvation and prevent extracellular enzymes from being washed away. The aggregation in the biofilm also enables the bacteria to organize themselves into a flexible, efficient network that interacts with one another through special physiological interactions, such as signal molecules. The biofilm offers the individual microorganisms in it optimized living conditions and increased protection against changes in the environmental conditions, such as pH and temperature fluctuations, pollutants (e.g. bactericides), or UV and X-ray radiation, as well as a lack of food. Biofilms are therefore particularly suitable for stabilizing and immobilizing high cell densities of microorganisms on surfaces.
Allerdings benötigen einige Bakterien einen langen Zeitraum zur Ausbildung natürlicher dicker und stabiler Biofilme, wie sie für technische Anwendungen benötigt werden, oder bilden überhaupt nur verhältnismäßig dünne oder gar keine natürlichen Biofilme aus.However, some bacteria require a long period of time to form naturally thick and stable biofilms, as required for technical applications, or form only relatively thin natural biofilms or no natural biofilms at all.
So werden z.B. exoelektrogene Bakterien in bioelektrochemischen Systemen (BES) zur Beschichtung der Elektroden eingesetzt, um eine Elektroden-basierte Produktion von regenerativen Energieträgern wie Wasserstoff zu ermöglichen. Gas-fermentierende Bakterien werden in Gasfermentationssystemen eingesetzt, um die darin verwendeten Gasdiffusionsmembranen zu beschichten. Für derartige Anwendungen ist eine stabile und dichte Besiedlung der Arbeitselektroden bzw. Gasdiffusionsmembranen erforderlich, um eine möglichst hohe Effizienz zu erreichen. Eine Besiedelung der Elektroden bzw. Gasdiffusionsmembranen mit in einem Biofilm immobilisierten Bakterien ist dabei gegenüber planktonischen, also in einer freien Suspension befindlichen, Bakterien besonders vorteilhaft, um die erforderliche Besiedelungsdichte und -stabilität für eine hohe und stabile Effizienz des Systems zu erhalten.For example, exoelectrogenic bacteria are used in bioelectrochemical systems (BES) to coat the electrodes in order to enable electrode-based production of regenerative energy carriers such as hydrogen. Gas-fermenting bacteria are used in gas fermentation systems to coat the gas diffusion membranes used therein. For such applications, a stable and dense population of the working electrodes or gas diffusion membranes is required in order to achieve the highest possible efficiency. A colonization of the electrodes or gas diffusion membranes with bacteria immobilized in a biofilm is particularly advantageous compared to planktonic bacteria, i.e. bacteria in a free suspension, in order to obtain the colonization density and stability required for a high and stable efficiency of the system.
So entstehen beispielsweise in bioelektrochemischen Systemen mit zu dünnen Biofilmen oder lediglich planktonisch inokulierten exoelektrogenen Mikroorganismen zu niedrige Stromdichten bzw. zu geringe Produktionseffizienzen. Dadurch wird die Anwendung exoelektrogener Mikroorganismen mit geringer Biofilmbildungsfähigkeit für die Anwendung in Elektroden-basierten Systemen insbesondere für den industriellen Maßstab erschwert (Edel et al. „Biofilm systems as tools in biotechnological production“, Applied Microbiology and Biotechnology 103.13 (2019), 5095-5103).For example, in bioelectrochemical systems with too thin biofilms or only planktonically inoculated exoelectrogenic microorganisms, current densities that are too low or production efficiencies are too low. This makes it difficult to use exoelectrogenic microorganisms with low biofilm-forming ability for use in electrode-based systems, especially on an industrial scale (Edel et al. "Biofilm systems as tools in biotechnological production", Applied Microbiology and Biotechnology 103.13 (2019), 5095-5103 ).
Eine ausreichend dicke und stabile Biofilmbildung ist aus den genannten Gründen wünschenswert.A sufficiently thick and stable biofilm formation is desirable for the reasons mentioned.
Stand der Technik:State of the art:
Es ist grundsätzlich bekannt, exoelektrogene Mikroorganismen in bioelektrochemischen Systemen einzusetzen, wie z.B. in Elektrobiogasanlagen wie in
Weitere Forschungsansätze beruhen darauf, die Einbettung von Mikroorganismen in teilweise leitfähige Hydrogele zur Effizienzsteigerung und die synthetische Ausbildung eines Biofilms mittels 3D-Matrix auszunutzen (Antipova et al. „Flexible Electroconductive Hydrogel for Biosensors and Biofuel Cells Application“, 12th International Conference on Developments in eSystems Engineering (DeSE), IEEE (2019); Hu et al. „Cultivation of Exoelectrogenic Bacteria in Conductive DNA Nanocomposite Hydrogels Yields a Programmable Biohybrid Materials System“, ACS Applied Materials & Interfaces 12.13 (2020), 14806-14813; Liu et al. „Conductive carbon nanotube hydrogel as a bioanode for enhanced microbial electrocatalysis“ ACS Applied Materials & Interfaces 6.11 (2014), 8158-8164; Mottet el al. „A conductive hydrogel based on alginate and carbon nanotubes for probing microbial electroactivity“, Soft Matter (2018), doi:10.1039/C7SM01929G).Other research approaches are based on using the embedding of microorganisms in partially conductive hydrogels to increase efficiency and the synthetic formation of a biofilm using a 3D matrix (Antipova et al. "Flexible Electroconductive Hydrogel for Biosensors and Biofuel Cells Application", 12th International Conference on Developments in eSystems Engineering (DeSE), IEEE (2019), Hu et al., "Cultivation of Exoelectrogenic Bacteria in Conductive DNA Nanocomposite Hydrogels Yields a Programmable Biohybrid Materials System", ACS Applied Materials & Interfaces 12.13 (2020), 14806-14813; Liu et al. "Conductive carbon nanotube hydrogel as a bioanode for enhanced microbial electrocatalysis" ACS Applied Materials & Interfaces 6.11 (2014), 8158-8164; Mottet el al. "A conductive hydrogel based on alginate and carbon nanotubes for probing microbial electroactivity”, Soft Matter (2018), doi:10.1039/C7SM01929G).
So zeigten beispielsweise Zadjel et al. (Zajdel et al. „PEDOT: PSS-based multilayer bacterialcomposite films for bioelectronics“, Scientific Reports 8.1 (2018), 1-12), dass ein leitfähiges Hydrogel, in welches S. oneidensis eingebettet wurde, eine erhöhte Stromdichte im BES ermöglicht. Weiterhin gibt es den Ansatz, bereits bestehende, natürliche Multispezies-Biofilme in Hydrogele einzubetten, um die Resistenz gegenüber harschen Umgebungsbedingungen im Prozess zu steigern (Chen et al. „Encapsulation of a living bioelectrode by a hydrogel for bioelectrochemical systems in alkaline media“ Journal of Materials Chemistry 8 3.23 (2015), 4641-4646). Weiterhin wurde Agarose als Hydrogel von Suruvaram et al. (Suravaram et al. „Conductive gels based on modified agarose embedded with gold nanoparticles and their application as a conducting support for Shewanella oneidensis MR-1“ ChemElectroChem 6.23 (2019), 5876-5879) so modifiziert, dass Goldnanopartikel gleichmäßig eingebettet und eine erhöhte Stromdichte mit planktonischer Beimpfung mit S. oneidensis nachgewiesen werden konnte. Allerdings erfolgte dabei keine Einbettung der Mikroorganismen vor Beschichtung der Elektrodenfläche.For example, Zadjel et al. (Zajdel et al. "PEDOT: PSS-based multilayer bacterialcomposite films for bioelectronics", Scientific Reports 8.1 (2018), 1-12) that a conductive hydrogel in which S. oneidensis was embedded enables an increased current density in the BES. There is also the approach of embedding existing, natural multispecies biofilms in hydrogels in order to increase resistance to harsh environmental conditions in the process (Chen et al. "Encapsulation of a living bioelectrode by a hydrogel for bioelectrochemical systems in alkaline media" Journal of Materials Chemistry 8 3.23 (2015), 4641-4646). Furthermore, agarose was used as a hydrogel by Suruvaram et al. (Suravaram et al. "Conductive gels based on modified agarose embedded with gold nanoparticles and their application as a conducting support for Shewanella oneidensis MR-1" ChemElectroChem 6.23 (2019), 5876-5879) modified so that gold nanoparticles are evenly embedded and increased Current density could be detected with planktonic inoculation with S. oneidensis. However, the microorganisms were not embedded before the electrode surface was coated.
In
Ein Nachteil der bisher untersuchten Einbettungsstrategien von Mikroorganismen in Hydrogelen zur Effizienzsteigerung (Chen et al., 2015; Zadjel et al., 2018) liegt in der zeitaufwendigen und komplexen Herstellung solcher modifizierter Hydrogele, wodurch diese für industrielle Anwendungen unattraktiv sind. Für industrielle Anwendungen sind große Mengen Hydrogel für große Anwendungsmaßstäbe erforderlich, so dass im Labormaßstab anwendbare komplexe Herstellungsverfahren nicht ohne weiteres auf industrielle Verfahren übertragbar sind. Beispielsweise geht der Beschichtung von Elektrodenflächen mit einer gemäß Suruvaram et al. (2019) modifizierten Agarose eine komplexe und aufwendige Synthese und Applikation des Hydrogels voraus, in welches dann nach der Aufbringung auf die Elektroden die Mikroorganismen planktonisch inokuliert werden. Ein derart hergestellter modifizierter Biofilm ist für die technische Anwendung im industriellen Maßstab ungeeignet. A disadvantage of the previously investigated embedding strategies of microorganisms in hydrogels to increase efficiency (Chen et al., 2015; Zadjel et al., 2018) is the time-consuming and complex production of such modified hydrogels, which makes them unattractive for industrial applications. For industrial applications, large quantities of hydrogel are required for large application scales, so that complex manufacturing processes that can be used on a laboratory scale cannot easily be transferred to industrial processes. For example, the coating of electrode surfaces with a according to Suruvaram et al. (2019) modified agarose to require a complex and time-consuming synthesis and application of the hydrogel, into which the microorganisms are then planktonically inoculated after application to the electrodes. A modified biofilm produced in this way is unsuitable for technical application on an industrial scale.
Auch bietet keines der bis dato bekannten Systeme eine schnelle, skalierbare Möglichkeit große Flächen mit synthetischem Biofilm zu beschichten.Also, none of the systems known to date offer a fast, scalable option for coating large areas with synthetic biofilm.
Aufgabenstellung:Task:
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand darin, eine Möglichkeit zur Herstellung verbesserter synthetischer Biofilme mit Mikroorganismen bereitzustellen, welche die Nachteile der bekannten Materialien nicht aufweisen. Insbesondere bestand die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Möglichkeit zur Herstellung verbesserter synthetischer Biofilme mit Mikroorganismen bereitzustellen, welche einen oder mehrere der vorgenannten Vorteile aufweisen. So ist ein Aspekt der Erfindung auf die Aufgabe gerichtet, eine Möglichkeit zur Herstellung synthetischer Biofilme mit exoelektrogenen Mikroorganismen oder Gas-fermentierenden Mikroorganismen bereitzustellen, die eine erhöhte Effizienz in der Anwendung ermöglichen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, synthetische Biofilme schnell, einfach und kostengünstig verfügbar und applizierbar zu machen. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, einfach und schnell herstellbare synthetische Biofilme mit Mikroorganismen bereitzustellen, die stabile 3D-Hydrogele an einer räumlich fixierten Oberfläche ausbilden. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, synthetische Biofilme mit Mikroorganismen mit den vorgenannten Vorteilen bereitzustellen, die außerdem zusätzlich modifizierbar sind, so dass sie eine hohe Variabilität hinsichtlich der Einsatzmöglichkeiten bieten. Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist auf die Aufgabe gerichtet, synthetische Biofilme mit Mikroorganismen bereitzustellen, die leicht entfernbar sind, so dass eine leichte Reinigung der mit den Biofilmen beschichteten Oberflächen möglich ist.The object of the present invention was to provide a way of producing improved synthetic biofilms with microorganisms which do not have the disadvantages of the known materials. In particular, the object of the present invention was to provide a way of producing improved synthetic biofilms with microorganisms which have one or more of the aforementioned advantages. Thus, one aspect of the invention is aimed at the task of providing a possibility for the production of synthetic biofilms with exoelectrogenic microorganisms or gas-fermenting microorganisms that enable increased efficiency in use. A further aspect of the invention is aimed at the task of making synthetic biofilms available and applicable quickly, easily and inexpensively. A further aspect of the invention is aimed at the task of providing synthetic biofilms with microorganisms which can be produced easily and quickly and form stable 3D hydrogels on a spatially fixed surface. A further aspect of the invention is aimed at the task of providing synthetic biofilms with microorganisms with the aforementioned advantages, which can also be modified in addition, so that they offer a high degree of variability with regard to possible uses. A further aspect of the invention is aimed at the task of providing synthetic biofilms with microorganisms which can be easily removed, so that the surfaces coated with the biofilms can be cleaned easily.
Diese Aufgaben wurden gelöst durch die Verwendung eines sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogels mit darin eingebetteten Mikroorganismen, wie in den Ansprüchen und den nachfolgend im Detail beschriebenen Ausführungsformen und Aspekten der Erfindung beschrieben.These objects have been achieved through the use of a sprayable synthetic biofilm hydrogel having microorganisms embedded therein as described in the claims and the embodiments and aspects of the invention detailed below.
Beschreibung der Erfindung:Description of the invention:
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend näher beschrieben und umfasst insbesondere die folgenden Aspekte:
- [1] Verwendung eines sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogels umfassend ein Hydrogel und Mikroorganismen, zur Herstellung eines synthetischen Biofilms auf einer Oberfläche durch Aufsprühen des Biofilm-Hydrogels auf die Oberfläche.
- [2] Verwendung gemäß [1], worin die Mikroorganismen ausgewählt werden aus den Gattungen Geobacter, Shewanella, Clostridium, Acetobacterium, Kyrpidia, Sporomusa, Cupriavidus, Sulfolobus, Methanothermobacter, Methanosarcina und Methanoformicicum, Rhodoferax, Streptococcus, oder aus Kombinationen daraus.
- [3] Verwendung gemäß [1] oder [2], worin die Mikroorganismen exoelektrogene und/oder Gas-fermentierende Mikroorganismen sind.
- [4] Verwendung gemäß einem der Aspekte [1] bis [3], worin Agarose oder Low-Melt-Agarose (LMA), oder Mischungen davon, als Hydrogel ausgewählt wird.
- [5] Verwendung gemäß einem der Aspekte [1] bis [4], worin als Mikroorganismen mesophile Mikroorganismen und als Hydrogel Agarose mit einer Geliertemperatur von ≤ 28 °C bei einer Agarose-Konzentration von 1,5 w/v % (Low-Melt-Agarose; LMA) ausgewählt werden.
- [6] Verwendung gemäß einem der Aspekte [1] bis [5], worin als Mikroorganismen exoelektrogene Mikroorganismen ausgewählt werden.
- [7] Verwendung gemäß einem der Aspekte [1] bis [5], worin als Mikroorganismen Gas-fermentierende Mikroorganismen ausgewählt werden.
- [8] Verwendung gemäß [6], worin die exoelektrogenen oder gasfermentativen Mikroorganismen ausgewählt werden aus der Gruppe umfassend Clostridum beijerinckii, Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Acetobacterium woodii, Geobacter sulfurreducens, Geobacter metallireducens, Methanothermobacter marburgensis, Methanothermobacter thermoautotrophicus, Rhodoferax ferrireducens, Shewanella putrefaciens, Streptococcus lactis, Cupriavidus necator, Kyrpidia spormannii, Sulfolobus solfataricus und Shewanella oneidensis oder aus Kombinationen davon.
- [9] Verwendung gemäß [6] oder [8], worin die exoelektrogenen Mikroorganismen ausgewählt werden aus der Gruppe umfassend Geobacter sulfurreducens, Shewanella oneidensis und Kombinationen davon.
- [10] Verwendung gemäß einem der Aspekte [1] bis [9], umfassend außerdem ein oder mehrere leitfähige Materialen, Elektronenshuttle und/oder Zusatzstoffe, wie insbesondere Wachstumssupplemente.
- [11] Verwendung gemäß [10], worin als leitfähige Materialen Carbon-Nanostrukturen, leitfähige Metall-Nanostrukturen oder Mischungen davon ausgewählt werden.
- [12] Verwendung gemäß [11], worin aus der Gruppe der leitfähigen Carbon-Nanostruktur-Materialien Carbon-Nanofibers (CNF), Carbon-Nanotubes (CNT), Carbon-Nanopartikel (CNP) ausgewählt werden und worin aus der Gruppe der leitfähigen Metall-Nanostruktur-Materialien Ag-Nanowires, Au-Nanowires, Au-Nanopartikel oder Ni-Nanopartikel ausgewählt werden.
- [13] Verwendung gemäß einem der Aspekte [1] bis [12], worin das sprühbare Agarose-Hydrogel eine Konzentration von maximal 2,0% w/v aufweist.
- [14] Verwendung gemäß einem der Aspekte [1] bis [13] in bioelektrochemischen- oder Gasfermentations-Systemen.
- [15] Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Aspekte [1] bis [13] zur Beschichtung von Elektroden oder Gasdiffusionsmembranen mit einem Biofilm von Mikroorganismen.
- [16] Verwendung gemäß einem der vorhergehenden Aspekte [1] bis [13] in Biogas-Fermentern, in Elektrobiogasanlagen mit oder ohne Exoenzymfarmen, in Biofilmreaktoren, beispielsweise in Biofilmreaktoren zur Behandlung von Abwasser, im Bereich Power to X und der Bioelektrochemie, beispielsweise als mikrobielle Brennstoffzellen, im Bereich der Biotechnologie, beispielsweise als Biosensoren.
- [1] Use of a sprayable synthetic biofilm hydrogel comprising a hydrogel and microorganisms for producing a synthetic biofilm on a surface by spraying the biofilm hydrogel onto the surface.
- [2] Use according to [1], wherein the microorganisms are selected from the genera Geobacter, Shewanella, Clostridium, Acetobacterium, Kyrpidia, Sporomusa, Cupriavidus, Sulfolobus, Methanothermobacter, Methanosarcina and Methanoformicicum, Rhodoferax, Streptococcus, or combinations thereof.
- [3] Use according to [1] or [2], wherein the microorganisms are exoelectrogenic and/or gas-fermenting microorganisms.
- [4] Use according to any one of aspects [1] to [3], wherein agarose or low-melt agarose (LMA), or mixtures thereof, is selected as the hydrogel.
- [5] Use according to one of aspects [1] to [4], wherein the microorganisms are mesophilic microorganisms and the hydrogel is agarose with a gelation temperature of ≦28° C. at an agarose concentration of 1.5 w/v% (low-melt -agarose; LMA).
- [6] Use according to any one of aspects [1] to [5], wherein exoelectrogenic microorganisms are selected as microorganisms.
- [7] Use according to any one of aspects [1] to [5], wherein as the microorganisms, gas-fermenting microorganisms are selected.
- [8] Use according to [6], wherein the exoelectrogenic or gas-fermentative microorganisms are selected from the group consisting of Clostridum beijerinckii, Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Acetobacterium woodii, Geobacter sulfurreducens, Geobacter metallireducens, Methanothermobacter marburgensis, Methanothermobacter thermoautotrophicus, Rhodoferax ferrireducens, Shewanella putrefaciens , Streptococcus lactis, Cupriavidus necator, Kyrpidia spormannii, Sulfolobus solfataricus and Shewanella oneidensis or combinations thereof.
- [9] Use according to [6] or [8], wherein the exoelectrogenic microorganisms are selected from the group comprising Geobacter sulfurreducens, Shewanella oneidensis and combinations thereof.
- [10] Use according to one of aspects [1] to [9], also comprising one or more conductive materials, electron shuttle and/or additives, such as in particular growth supplements.
- [11] Use according to [10], wherein carbon nanostructures, conductive metal nanostructures or mixtures thereof are selected as conductive materials.
- [12] Use according to [11], wherein carbon nanofibers (CNF), carbon nanotubes (CNT), carbon nanoparticles (CNP) are selected from the group of conductive carbon nanostructure materials and wherein from the group of conductive metal -Nanostructure materials Ag nanowires, Au nanowires, Au nanoparticles or Ni nanoparticles can be selected.
- [13] Use according to any one of aspects [1] to [12], wherein the sprayable agarose hydrogel has a concentration of at most 2.0% w/v.
- [14] Use according to any one of aspects [1] to [13] in bioelectrochemical or gas fermentation systems.
- [15] Use according to one of the preceding aspects [1] to [13] for coating electrodes or gas diffusion membranes with a biofilm of microorganisms.
- [16] Use according to one of the preceding aspects [1] to [13] in biogas fermenters, in electric biogas plants with or without exoenzyme farms, in biofilm reactors, for example in biofilm reactors for the treatment of waste water, in the field of Power to X and bioelectrochemistry, for example as microbial fuel cells, in the field of biotechnology, for example as biosensors.
Eine zur Applikation von sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogelen geeignete Vorrichtung umfasst einen druckregulierenden Gasbehälter und einen daran angeschlossenen Sprühapplikator, worin der Sprühapplikator einen das sprühbare synthetische Biofilm-Hydrogel enthaltenden Behälter umfasst sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Sprühnebels des Biofilm-Hydrogels.A device suitable for applying sprayable synthetic biofilm hydrogel comprises a pressure-regulating gas container and a spray applicator connected thereto, wherein the spray applicator comprises a container containing the sprayable synthetic biofilm hydrogel and a device for generating a spray of the biofilm hydrogel.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung:Detailed description of the invention:
Der hierin verwendete Begriff „Biofilm“ bezeichnet grundsätzlich einen Film oder eine Gel- oder Schleimschicht, in die Mikroorganismen eingebettet sind oder eingebettet werden können. Bei natürlichen Biofilmen handelt es sich um solche im herkömmlichen Sinne. Bei den hier beschriebenen „synthetischen Biofilmen“ handelt es sich um ein einem natürlichen Biofilm nachempfundenes System einer 3D-Hydrogelmatrix mit darin eingebetteten Mikroorganismen. Dabei wird in den synthetischen Biofilmen die Gel- bzw. Schleimschicht nicht durch die Mikroorganismen selbst gebildet, sondern diese werden in die Hydrogelmatrix eingebettet.The term "biofilm" as used herein basically means a film or a gel or slime layer in which microorganisms are embedded or can be embedded. Natural biofilms are those in the traditional sense. The "synthetic biofilms" described here are a system of a 3D hydrogel matrix with microorganisms embedded in it, which is modeled on a natural biofilm. The gel or slime layer in the synthetic biofilms is not formed by the microorganisms themselves, but rather they are embedded in the hydrogel matrix.
Der Begriff „Biofilm-Hydrogel“ bezeichnet dabei eine sprühbare Gel-Matrix, die bereits die im synthetischen Biofilm einzubettenden Mikroorganismen enthält. Nach dem Aufsprühen dieses synthetischen Biofilm-Hydrogels auf die zu beschichtende Oberfläche entsteht der „synthetische Biofilm“ mit den darin eingebetteten Mikroorganismen.The term "biofilm hydrogel" refers to a sprayable gel matrix that already contains the microorganisms to be embedded in the synthetic biofilm. After spraying this synthetic biofilm hydrogel onto the surface to be coated, the "synthetic biofilm" with the microorganisms embedded in it is created.
Der Begriff „Hydrogel“ bezeichnet im herkömmlichen Sinne ein Gel aus wasserunlöslichem Polymer, welches Wasser binden kann. Grundsätzlich kommen alle Hydrogel-bildenden Polymere zur Herstellung der sprühbaren synthetischen Biofilme in Betracht, die das stabile Einbetten der Mikroorganismen in einer sprühbaren Gel-Form erlauben und eine stabile 3D-Hydrogelmatrix bilden, in der die eingebetteten Mikroorganismen ohne Aktivitätsverlust überleben. Erfindungsgemäß bevorzugt ist Agarose und sogenannte Low-Melt-Agarose (LMA).The term "hydrogel" in the traditional sense refers to a gel made of water-insoluble polymer that can bind water. In principle, all hydrogel-forming polymers can be used to produce the sprayable synthetic biofilms that allow the microorganisms to be stably embedded in a sprayable gel form and form a stable 3D hydrogel matrix in which the embedded microorganisms survive without loss of activity. Agarose and so-called low-melt agarose (LMA) are preferred according to the invention.
Ein besonderer Vorteil der vorliegenden Erfindung liegt darin, dass die Verwendung eines synthetischen Biofilm-Hydrogels in sprühbarer Form zur Herstellung eines synthetischen Biofilms es erlaubt, das Biofilm-Hydrogel mittels Sprühapplikator schnell, gleichmäßig, großflächig und gezielt auf die zu beschichtenden Oberflächen aufzubringen. Damit ist eine schnelle Anwendung und Inbetriebnahme der Anwendungsprozesse möglich.A particular advantage of the present invention is that the use of a synthetic biofilm hydrogel in sprayable form to produce a synthetic biofilm allows the biofilm hydrogel to be applied quickly, evenly, over a large area and in a targeted manner to the surfaces to be coated using a spray applicator. This enables quick application and commissioning of the application processes.
Das bevorzugte Hydrogel-Material Agarose ist ein Polysaccharid, welches vor allem aus den Rotalgengattungen Gelidium und Gracillaria gewonnen wird. Agarose ist ein lineares Polymer mit einer molaren Masse der Wiederholungseinheit von 306,27 g/mol, das aus alternierender D-Galaktose und 3,6-Anhydro-L-Galaktopyranose besteht, die durch α-(1-3) und β-(1-4) glykosidische Bindungen verbunden sind. Die 3,6-Anhydro-L-Galactopyranose ist eine L-Galactose mit einer Anhydro-Brücke zwischen der 3. und 6. Position, obwohl einige L-Galactose-Einheiten im Polymer die Brücke nicht enthalten können. Einige D-Galactose- und L-Galactose-Einheiten können methyliert sein, und auch Pyruvat und Sulfat kommen in geringen Mengen vor. Jede Agarosekette enthält -800 Galaktosemoleküle, und die Agarosepolymerketten bilden helikale Fasern, die zu einer supergewickelten Struktur mit einem Radius von 20-30 nm aggregieren. Die Fasern sind quasi starr und haben einen großen Längenbereich, abhängig von der Agarosekonzentration. Bei Verfestigung bilden die Fasern ein dreidimensionales Netzwerk von Kanälen mit einem Durchmesser von 50 nm bis > 200 nm, abhängig von der Konzentration der verwendeten Agarose, höhere Konzentrationen ergeben geringere durchschnittliche Porendurchmesser. Dabei entspricht die Porengröße bei einem Agarosegehalt von 1,5 % einem Durchmesser von etwa 200 nm (Serwer, P. und Hayes, S.J. „Exclusion of spheres by agarose gels during agarose gel electrophoresis: Dependence on the sphere's radius and the gel's concentration." Analytical Biochemistry (1986) doi: 10.1016/0003-2697(86)90591-9). Die 3D-Struktur einer derartigen Agarose Hydrogel-Matrix wird durch Wasserstoffbrückenbindungen zusammengehalten und kann daher durch Erhitzen wieder verflüssigt werden. Das dadurch gebildete Porennetzwerk eignet sich besonders gut zur Einbettung von Mikroorganismen zur Ausbildung synthetischer Biofilme.The preferred hydrogel material, agarose, is a polysaccharide that is primarily obtained from the red algae genera Gelidium and Gracillaria. Agarose is a linear polymer with a repeating unit molar mass of 306.27 g/mol, consisting of alternating D-galactose and 3,6-anhydro-L-galactopyranose linked by α-(1-3) and β-( 1-4) glycosidic bonds are connected. The 3,6-anhydro-L-galactopyranose is an L-galactose with an anhydro bridge between the 3rd and 6th positions, although some L-galactose units in the polymer may not contain the bridge. Some D-galactose and L-galactose units may be methylated, and small amounts of pyruvate and sulfate are also present. Each agarose chain contains -800 galactose molecules, and the agarose polymer chains form helical fibers that aggregate into a supercoiled structure with a radius of 20-30nm. The fibers are quasi-rigid and have a wide range of lengths, depending on the agarose concentration. Upon solidification, the fibers form a three-dimensional network of channels ranging in diameter from 50 nm to >200 nm depending on the concentration of agarose used, higher concentrations result in smaller average pore diameters. The pore size corresponds to a diameter of about 200 nm with an agarose content of 1.5% (Serwer, P. and Hayes, S.J. "Exclusion of spheres by agarose gels during agarose gel electrophoresis: Dependence on the sphere's radius and the gel's concentration." Analytical Biochemistry (1986) doi: 10.1016/0003-2697(86)90591-9).The 3D structure of such an agarose hydrogel matrix is held together by hydrogen bonds and can therefore be liquefied again by heating.The pore network formed as a result is particularly suitable good for embedding microorganisms to form synthetic biofilms.
Agarose ist als weißes Pulver erhältlich, das sich in heißem Wasser auflöst und beim Abkühlen ein Gel bildet. Dabei zeigt Agarose das Phänomen der thermischen Hysterese beim Übergang von Flüssigkeit zu Gel, d.h. sie geliert und schmilzt bei unterschiedlichen Temperaturen. Die Gelier- und Schmelztemperaturen variieren je nach Art der Agarose. Herkömmliche Agarose, die aus Gelidium gewonnen wird, hat eine Geliertemperatur von 34 - 38 °C und eine Schmelztemperatur von 90 - 95 °C. Agarose, die aus Gracilaria gewonnen wird, hat aufgrund ihrer höheren Methoxy-Substituenten eine Geliertemperatur von 40 - 52 °C und eine Schmelztemperatur von 85 - 90 °C. Die Schmelz- und Geliertemperaturen können von der Konzentration des Gels abhängig sein, insbesondere bei niedrigen Gelkonzentrationen von weniger als 1 %. Die Gelier- und Schmelztemperaturen werden daher bei einer bestimmten Agarosekonzentration angegeben.Agarose is available as a white powder that dissolves in hot water and forms a gel on cooling. Agarose exhibits the phenomenon of thermal hysteresis when going from liquid to gel, i.e. it gels and melts at different temperatures. The gelation and melting temperatures vary depending on the type of agarose. Conventional agarose, which is obtained from Gelidium, has a setting temperature of 34 - 38 °C and a melting temperature of 90 - 95 °C. Agarose, which is obtained from Gracilaria, has a gelation temperature of 40 - 52 °C and a melting temperature of 85 - 90 °C due to its higher methoxy substituents. The melting and gelling temperatures can depend on the concentration of the gel, especially at low gel concentrations of less than 1%. The gelation and melting temperatures are therefore given at a specific agarose concentration.
Natürliche Agarose enthält ungeladene Methylgruppen und das Ausmaß der Methylierung ist direkt proportional zur Geliertemperatur. Synthetische Methylierungen hingegen haben den umgekehrten Effekt, wobei eine erhöhte Methylierung die Geliertemperatur senkt. Durch chemische Modifikationen sind eine Vielzahl von chemisch modifizierten Agarosen mit unterschiedlichen Schmelz- und Geliertemperaturen erhältlich, am häufigsten durch Hydroxyethylierung, die die Anzahl der Wasserstoffbrückenbindungen innerhalb der Stränge reduziert, was zu niedrigeren Schmelz- und Geliertemperaturen als bei Standardagarosen führt. Die genaue Temperatur wird durch den Grad der Substitution bestimmt, und viele verfügbare Agarosen mit niedrigem Schmelzpunkt (Low-Melt-Agarose; LMA) können im Bereich von 30 - 35 °C flüssig bleiben. Diese Eigenschaft ermöglicht es, mesophile Mikroorganismen (d.h. Mikroorganismen, die mittlere, nicht extreme Umweltbedingungen, insbesondere Temperaturen bevorzugen) in die flüssige LMA einzubringen und als sprühbaren synthetischen Biofilm bereitzustellen. Für die Herstellung sprühbarer synthetischer Biofilm-Hydrogele mit mesophilen Mikroorganismen (Bakterien) werden daher bevorzugt Low-Melt-Agarose als Hydrogel ausgewählt, d.h. bevorzugt Agarose mit einer Geliertemperatur von ≤ 35 °C, bevorzugter ≤ 30 °C. Dabei ist herkömmliche Low-Melt-Agarose, die bei einer Agarose-Konzentration von 1,5 w/v % eine Geliertemperatur von ≤ 28 °C aufweist, besonders bevorzugt.Natural agarose contains uncharged methyl groups and the extent of methylation is directly proportional to the setting temperature. Synthetic methylations, on the other hand, have the opposite effect, with increased methylation lowering the gelation temperature. A variety of chemically modified agaroses with different melting and gelling temperatures are available through chemical modifications, most commonly through hydroxyethylation, which reduces the number of hydrogen bonds within the strands, resulting in lower melting and gelling temperatures than standard agaroses. The exact temperature is determined by the degree of substitution, and many available low-melt agaroses (LMA) can remain liquid in the 30 - 35 °C range. This property makes it possible to introduce mesophilic microorganisms (i.e. microorganisms that prefer medium, non-extreme environmental conditions, especially temperatures) into the liquid LMA and provide them as a sprayable synthetic biofilm. For the production of sprayable synthetic biofilm hydrogels with mesophilic microorganisms (bacteria), low-melt agarose is therefore preferably selected as the hydrogel, i.e. preferably agarose with a gelling temperature of ≤ 35 °C, more preferably ≤ 30 °C. Conventional low-melt agarose, which has a gelling temperature of ≦28° C. at an agarose concentration of 1.5 w/v%, is particularly preferred.
Agarose mit höheren Geliertemperaturen sind hingegen auch für synthetische Biofilme mit hitzeresistenten Mikroorganismen, beispielsweise aus der Gattung Clostridium, einsetzbar und damit für Gas-fermentierende Mikroorganismen. In einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst das sprühbare synthetische Biofilm-Hydrogel daher Gas-fermentierende Mikroorganismen.On the other hand, agarose with higher setting temperatures can also be used for synthetic biofilms with heat-resistant microorganisms, for example from the genus Clostridium, and thus for gas-fermenting microorganisms. in a white In another aspect of the invention, therefore, the sprayable synthetic biofilm hydrogel comprises gas-fermenting microorganisms.
Agarosen mit sehr niedriger Schmelz- oder Geliertemperatur gelieren nur bei 8 - 15 °C und können im Prinzip für sehr Temperatur-empfindliche Mikroorganismen geeignet sein.Agaroses with a very low melting or gelling temperature only gel at 8 - 15 °C and can in principle be suitable for very temperature-sensitive microorganisms.
Grundsätzlich sind auch Mischungen von Agarose und LMA möglich sowie Mischungen derselben mit anderen Hydrogel-bildenden Polymeren.In principle, mixtures of agarose and LMA are also possible, as well as mixtures of the same with other hydrogel-forming polymers.
Die Wahl einer geeigneten Agarose oder Mischungen davon (ggf. mit anderen Hydrogel-bildenden Polymeren) hängt vom Schmelzpunkt und der Viskosität ab, wodurch sich einerseits die Wahl der Mikroorganismen mit deren jeweiliger Temperaturempfindlichkeit und andererseits die Sprühbarkeit bedingt.The choice of a suitable agarose or mixtures thereof (possibly with other hydrogel-forming polymers) depends on the melting point and the viscosity, which on the one hand determines the choice of microorganisms with their respective temperature sensitivity and on the other hand sprayability.
Die Sprühbarkeit der synthetischen Biofilm-Hydrogele kann wie beschrieben durch die Wahl einer geeigneten Agarose und die Herstelltemperatur, sowie durch die Agarosekonzentration eingestellt werden. Bevorzugt weist das synthetische Biofilm-Hydrogel eine Agarose-Konzentration von maximal 2,0 % w/v auf.The sprayability of the synthetic biofilm hydrogels can be adjusted, as described, by choosing a suitable agarose and the production temperature, as well as by the agarose concentration. The synthetic biofilm hydrogel preferably has an agarose concentration of at most 2.0% w/v.
Der Begriff „Mikroorganismen“ umfasst üblicherweise Bakterien, viele Pilze, mikroskopische Algen sowie Protozoen. Bevorzugte Mikroorganismen im Sinne der vorliegenden Erfindung sind Bakterien. Aus der Gruppe der Bakterien sind erfindungsgemäß bevorzugt solche der Gattungen Geobacter, Shewanella, Clostridium, Kyrpidia, Sporomusa, Cupriavidus, Sulfolobus, Methanothermobacter, Methanosarcina und Methanoformicicum, Rhodoferax, Streptococcus.The term "microorganisms" typically includes bacteria, many fungi, microscopic algae, and protozoa. Preferred microorganisms for the purposes of the present invention are bacteria. According to the invention, those of the genera Geobacter, Shewanella, Clostridium, Kyrpidia, Sporomusa, Cupriavidus, Sulfolobus, Methanothermobacter, Methanosarcina and Methanoformicicum, Rhodoferax, Streptococcus are preferred from the group of bacteria.
Bevorzugte Mikroorganismen werden aus der Gruppe der exoelektogenen und/oder der Gas-fermentierenden Mikroorganismen (Bakterien) ausgewählt.Preferred microorganisms are selected from the group of exoelecgenic and/or gas-fermenting microorganisms (bacteria).
Sogenannte exoelektrogene Mikroorganismen sind in der Lage, organische Substrate zu oxidieren und die bei diesem Prozess entstehenden Elektronen extrazellulär zu übertragen. Exoelektrogene Bakterien eignen sich somit für den Einsatz in mikrobiellen Brennstoffzellen, wo sie die Stromgewinnung aus organischen Substanzen ermöglichen, indem die Elektronen direkt auf eine Anode übertragen werden. Für derartige Anwendungen werden die exoelektrogenen Mikroorganismen auf die Elektroden der Brennstoffzellen aufgebracht. Bei Verwendung von Mikroorganismen in Biofilmen, kann eine Beschichtung mit hoher Zelldichte und guter Stabilität erfolgen, was besonders vorteilhaft ist. Um auch exoelektrogene Bakterien mit geringer oder langsamer Biofilmbildungsneigung, oder gar solche die gar keine Biofilme bilden, für derartige Anwendungen zugänglich zu machen, sind synthetische Biofilme besonders geeignet.So-called exoelectrogenic microorganisms are able to oxidize organic substrates and transfer the electrons generated during this process extracellularly. Exoelectrogenic bacteria are thus suitable for use in microbial fuel cells, where they enable the generation of electricity from organic substances by transferring the electrons directly to an anode. For such applications, the exoelectrogenic microorganisms are applied to the electrodes of the fuel cells. When using microorganisms in biofilms, a coating with a high cell density and good stability can take place, which is particularly advantageous. Synthetic biofilms are particularly suitable for making exoelectrogenic bacteria with a low or slow tendency to form biofilms, or even those that do not form biofilms at all, accessible for such applications.
Durch die sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogele kann die Besiedlung der begrenzten Elektrodenfläche erhöht werden. Außerdem kann die Anlaufphase, die für die Bildung der für einen Biofilm unabdingbaren 3D-Matrix benötigt wird, reduziert werden. Gleichzeitig lassen sich mit der Technologie auch Biofilme für Power to X Anwendungen auf Kathoden aufsprühen, so dass auch bei dieser reversen Anwendung stark verbesserte Raum-Zeit-Ausbeuten erwartet werden können.The colonization of the limited electrode area can be increased by the sprayable synthetic biofilm hydrogels. In addition, the start-up phase required for the formation of the 3D matrix that is essential for a biofilm can be reduced. At the same time, the technology can also be used to spray biofilms onto cathodes for Power to X applications, so that greatly improved space-time yields can also be expected with this reverse application.
Die mittels Low-Melt Agarose gebildete synthetische 3D-Hydrogelmatrix ermöglicht die Bildung von Mikrokanälen zur Versorgung der darin eingebetteten Mikroorganismen und zum Transport der Elektronen zur Elektrodenfläche. Durch die niedrige Schmelztemperatur von LMA, aufgrund derer LMA bei physiologischen Temperaturen von < 28 °C bei einer Agarosekonzentration von 1,5 w/v % den Gelierprozess beginnt, ist ein schonendes Einbetten der mesophilen Mikroorganismen im flüssigen Gel, sowie eine gleichmäßige Verteilung der Mikroorganismen im Hydrogel möglich. Weiterhin kann durch die einfache Applikation mittels Sprühapplikator eine besonders anwenderfreundliche Handhabung des sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogels gewährleistet werden. Dadurch werden Effizienzsteigerungen in kürzester Zeit realisiert, wohingegen die bisherigen Methoden eine lange Präinkubation des Elektrodenmaterials benötigten (Chen et al., 2015; Madjarov et al. „The performance of microbial anodes in municipal wastewater: pre-grown multi-species biofilm vs. natural inocula“ Bioresource Technology 221 (2016), 165-171).The synthetic 3D hydrogel matrix formed using low-melt agarose enables the formation of micro-channels to supply the microorganisms embedded in them and to transport the electrons to the electrode surface. Due to the low melting temperature of LMA, due to which LMA begins the gelling process at physiological temperatures of < 28 °C with an agarose concentration of 1.5 w/v%, gentle embedding of the mesophilic microorganisms in the liquid gel and even distribution of the microorganisms is possible possible in the hydrogel. Furthermore, a particularly user-friendly handling of the sprayable synthetic biofilm hydrogel can be ensured due to the simple application by means of a spray applicator. As a result, increases in efficiency are realized in a very short time, whereas the previous methods required a long pre-incubation of the electrode material (Chen et al., 2015; Madjarov et al. "The performance of microbial anodes in municipal wastewater: pre-grown multi-species biofilm vs. natural inocula" Bioresource Technology 221 (2016), 165-171).
In einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird daher ein sprühbares synthetisches Biofilm-Hydrogel verwendet, das exoelektrogene Mikroorganismen umfasst.In a preferred aspect of the invention, therefore, a sprayable synthetic biofilm hydrogel comprising exoelectrogenic microorganisms is used.
Die Gruppe der exoelektrogenen Mikroorganismen umfasst insbesondere Clostridum beijerinckii, Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Acetobacterium woodii, Geobacter sulfurreducens, Geobacter metallireducens, Methanothermobacter marburgensis, Methanothermobacter thermoautotrophicus, Rhodoferax ferrireducens, Shewanella putrefaciens, Streptococcus lactis, Cupriavidus necator, Kyrpidia spormannii, Sulfolobus solfataricus und Shewanella oneidensis, die erfindungsgemäß bevorzugt sind. Ganz besonders bevorzugt sind exoelektrogenen Mikroorganismen aus der Gruppe umfassend Geobacter sulfurreducens und Shewanella oneidensis.The group of exoelectrogenic microorganisms includes in particular Clostridum beijerinckii, Clostridium autoethanogenum, Clostridium ljungdahlii, Acetobacterium woodii, Geobacter sulfurreducens, Geobacter metallireducens, Methanothermobacter marburgensis, Methanothermobacter thermoautotrophicus, Rhodoferax ferrireducens, Shewanella putrefaciens, Streptococcus lactis, Cupriavidus sulphidicus and Kylfpiella. Sulmanniir. Sulmanniir oneidensis, which are preferred according to the invention. Very particular preference is given to exoelectrogenic microorganisms from the group comprising Geobacter sulfurreducens and Shewanella oneidensis.
Grundsätzlich sind auch Mischungen von Mikroorganismen unterschiedlicher Gattungen und/oder unterschiedlicher Stämme möglich.In principle, mixtures of microorganisms of different genera and/or different strains are also possible.
Zu den besonderen Vorteilen der synthetischen Biofilm-Hydrogele zählen die Stabilität des 3D-Hydrogels an einer räumlich fixierten Oberfläche, beispielsweise auf Elektroden in bioelektrochemischen Systemen oder auf Gasdiffusionsmembranen, Biosensoren u.a. denkbaren Anwendungssystemen. Durch die Möglichkeit der schnellen Bereitstellung eines Biofilms in Form einer stabilen 3D-Matrix, ohne die übliche Anlaufdauer zur Bildung eines natürlichen Biofilms, ist eine grundsätzliche Effizienzsteigerung möglich. Durch die einfache Handhabbarkeit mittels Aufsprühens sind die synthetischen Biofilme anwenderfreundlich, zeit- und kosteneffizient. Die synthetischen Bestandteile der Biofilm-Hydrogele sind außerdem sterilisierbar.The special advantages of synthetic biofilm hydrogels include the stability of the 3D hydrogel on a spatially fixed surface, for example on electrodes in bioelectrochemical systems or on gas diffusion membranes, biosensors and other conceivable application systems. A fundamental increase in efficiency is possible due to the possibility of quickly providing a biofilm in the form of a stable 3D matrix, without the usual start-up period for the formation of a natural biofilm. Due to the easy handling by spraying, the synthetic biofilms are user-friendly, time- and cost-efficient. The synthetic components of the biofilm hydrogels can also be sterilized.
Weiterhin besteht die Möglichkeit, durch Einbettung von leitfähigen Materialien und/oder Elektronenshuttle die Leitfähigkeit und damit Effizienz der synthetischen Biofilme weiter zu steigern und durch gezielte Modifikationen des Hydrogels synthetische Biofilme hoher Variabilität für eine Vielzahl unterschiedlicher, maßgeschneiderter Anwendungen bereitzustellen.Furthermore, it is possible to further increase the conductivity and thus the efficiency of the synthetic biofilms by embedding conductive materials and/or electron shuttles and to provide synthetic biofilms with high variability for a large number of different, tailor-made applications through targeted modifications of the hydrogel.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft somit die Verwendung sprühbarer synthetischer Biofilm-Hydrogele wie hierin beschrieben, die zusätzlich ein oder mehrere leitfähige Materialen enthalten. Geeignete leitfähige Materialien sind grundsätzlich bekannt, wobei sich besonders Carbon-Nanostruktur-Materialien und leitfähige Metall-Nanostrukturen oder Mischungen davon eignen. Dabei umfasst die Gruppe der leitfähigen Carbon-Nanostruktur-Materialien beispielsweise Carbon-Nanofibers (CNF), Carbon-Nanotubes (CNT) und Carbon-Nanopartikel (CNP). Die Gruppe der leitfähigen Metall-Nanostruktur-Materialien umfasst beispielsweise Ag-Nanowires, Au-Nanowires, Au-Nanopartikel oder Ni-Nanopartikel. Grundsätzlich sind auch Kombinationen leitfähiger Materialien aus einer oder aus beiden Gruppen möglich.A further aspect of the invention thus relates to the use of sprayable synthetic biofilm hydrogels as described herein, which additionally contain one or more conductive materials. Suitable conductive materials are known in principle, with carbon nanostructure materials and conductive metal nanostructures or mixtures thereof being particularly suitable. The group of conductive carbon nanostructure materials includes, for example, carbon nanofibers (CNF), carbon nanotubes (CNT) and carbon nanoparticles (CNP). The group of conductive metal nanostructure materials includes, for example, Ag nanowires, Au nanowires, Au nanoparticles or Ni nanoparticles. In principle, combinations of conductive materials from one or both groups are also possible.
Der Begriff „Elektronenshuttle“ umfasst dabei solche Stoffe, Verbindungen oder Komponenten, die in dem Hydrogel frei beweglich sind und einen Transfer von Elektronen bewirken können. Beispiele umfassen RedOx-aktive Stoffe und Verbindungen, die über einen indirekten Elektronen-Transfer als Shuttle wirken, sowie anthropogene Elektronen-Transfer Verbindungen, die als extrazelluläre Elektronenshuttle (EES) zugesetzt werden können. Bekannte EES umfassen beispielsweise Quinone (z.B. 1,4-Benzoquinon), Viologen, Isoalloxazine, Phenazine, Indigo u.a..The term “electron shuttle” includes such substances, compounds or components that can move freely in the hydrogel and can bring about a transfer of electrons. Examples include redox-active substances and compounds that act as shuttles via indirect electron transfer, as well as anthropogenic electron-transfer compounds that can be added as extracellular electron shuttles (EES). Known EES include, for example, quinones (e.g. 1,4-benzoquinone), viologen, isoalloxazine, phenazine, indigo and others.
Desweiteren können den Hydrogelen geeignete Zusatzstoffe zugefügt werden, wie z.B. Farbstoffe, Stabilisatoren, pH-Regulatoren oder Wachstumssupplemente, sowie Kombinationen davon.Furthermore, suitable additives can be added to the hydrogels, such as dyes, stabilizers, pH regulators or growth supplements, and combinations thereof.
Die synthetischen Biofilme auf Basis eines Hydrogels, wie insbesondere auf Basis von Agarose, sind leicht wieder entfernbar. Insbesondere Agarose-basierte Biofilme lassen sich leicht durch Temperaturerhöhung bzw. enzymatisch mittels des Enzyms Agarase verflüssigen und dadurch leicht von den beschichteten Oberflächen ablösen, um diese zu reinigen. Dadurch kann auf die Verwendung chemischer Reinigungsmittel ganz oder teilweise verzichtet werden.The synthetic biofilms based on a hydrogel, such as those based on agarose in particular, can be easily removed again. In particular, agarose-based biofilms can be easily liquefied by increasing the temperature or enzymatically using the enzyme agarase and can therefore be easily detached from the coated surfaces in order to clean them. As a result, the use of chemical cleaning agents can be completely or partially dispensed with.
Die synthetischen Biofilme sind in einer Vielzahl biotechnologischer Anwendungsprozesse einsetzbar. Neben der bereits beschriebenen Einbettung von exoelektrogenen Mikroorganismen zur Applikation auf Elektroden für bioelektrochemische Systeme, wie mikrobielle Brennstoffzellen (Madjarov et al., 2016), ist auch deren Anwendung in Power to X-Verfahren sowie in Prozessen mit Elektroden-basierter Fermentation von Wertstoffen wie Acetoin (Edel et al., 2019) möglich. Aufgrund der guten Stabilität der 3D-Hydrogelmatrix der synthetischen Biofilme und dem damit verbundenen Schutz der eingebetteten Mikroorganismen vor schädlichen äußeren Einflüssen, sind die synthetischen Biofilme auch zur Anwendung in der Abwasserreinigung geeignet (Chen et al., 2015; Liu et al. „Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cell“ Environmental Science & Technology 38. 7 (2004), 2281-2285).The synthetic biofilms can be used in a variety of biotechnological application processes. In addition to the already described embedding of exoelectrogenic microorganisms for application on electrodes for bioelectrochemical systems, such as microbial fuel cells (Madjarov et al., 2016), their application in Power to X processes and in processes with electrode-based fermentation of valuable substances such as acetoin is also possible (Edel et al., 2019) possible. Due to the good stability of the 3D hydrogel matrix of the synthetic biofilms and the associated protection of the embedded microorganisms from harmful external influences, the synthetic biofilms are also suitable for use in wastewater treatment (Chen et al., 2015; Liu et al. "Production of electricity during wastewater treatment using a single chamber microbial fuel cell" Environmental Science & Technology 38. 7 (2004), 2281-2285).
Weitere Anwendungen der sprühbaren Biofilm-Hydrogele umfassen deren Einsatz in Elektrobiogasanlagen sowie in Gasfermentationsanlagen zur Gasfermentation mit Mikroorganismen. Mit den erfindungsgemäß durch Aufsprühen hergestellten Biofilmen ist es möglich, Synthesegasfermentationen kontinuierlich in einem Retentostatensystem durchzuführen. Mit den erfindungsgemäß durch Aufsprühen hergestellten synthetischen Biofilmen werden nun für derartige Anwendungen auch solche Mikroorganismen zugänglich, die selbst keinen Biofilm auf Oberflächen bilden (Haas et al. „Technical photosynthesis involving CO2 electrolysis and fermentation.“ Nature Catalysis 1.1 (2018), 32-39). Dadurch wird auch die Biofilm-basierte Katalyse aus Abgasen und weiteren zur Verfügung stehenden Abfallstoffen als Edukte möglich. Zusätzlich ist auch die gezielte Applikation der erfindungsgemäßen synthetischen Biofilme im Bereich von Biosensoren möglich (Golitsch et al. „Proof of principle for an engineered microbial biosensor based on Shewanella oneidensis outer membrane protein complexes“ Biosensors and Bioelectronics 47 (2013), 285-291; Chang et al. „Continuous determination of biochemical oxygen demand using microbial fuel cell type biosensor“ Biosensors and Bioelectronics 19.6 (2004), 607-613), um dort bestimmte Mikroorganismen platziert aufzubringen.Further applications of the sprayable biofilm hydrogels include their use in electric biogas plants and in gas fermentation plants for gas fermentation with microorganisms. With the biofilms produced according to the invention by spraying, it is possible to carry out synthesis gas fermentations continuously in a retentostat system. With the synthetic biofilms produced according to the invention by spraying, those microorganisms that do not form a biofilm on surfaces themselves are now also accessible for such applications (Haas et al. "Technical photosynthesis involving CO 2 electrolysis and fermentation." Nature Catalysis 1.1 (2018), 32- 39). This also enables biofilm-based catalysis from exhaust gases and other available waste materials as educts. In addition, the targeted application of the synthetic biofilms according to the invention in the area of biosensors is also possible (Golitsch et al. "Proof of principle for an engineered microbial biosensor based on Shewanella oneidensis outer membrane protein complexes" Biosensors and Bioelectronics 47 (2013), 285-291; Chang et al., "Continuous determination of biochemi cal oxygen demand using microbial fuel cell type biosensor" Biosensors and Bioelectronics 19.6 (2004), 607-613) in order to apply certain microorganisms placed there.
Die oben beschriebene leichte Ablösung und Reinigung der beschichteten Oberflächen, z.B. durch Temperaturveränderung oder enzymatische Reinigung, ist in all diesen Anwendungen von Vorteil.The easy detachment and cleaning of the coated surfaces described above, e.g. by changing the temperature or enzymatic cleaning, is an advantage in all these applications.
Weitere Aspekte der Erfindung betreffen somit die Verwendung des sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogels sowie der daraus durch Aufsprühen hergestellten synthetischen Biofilme in bioelektrochemischen- oder Gasfermentations-Systemen, insbesondere zur Beschichtung von Elektroden oder Gasdiffusionsmembranen mit einem Biofilm von Mikroorganismen. Des Weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung des sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogels in Biogas-Fermentern, in Elektrobiogasanlagen mit oder ohne Exoenzymfarmen, in Biofilmreaktoren, beispielsweise in Biofilmreaktoren zur Behandlung von Abwasser, im Bereich Power to X und der Bioelektrochemie, beispielsweise als mikrobielle Brennstoffzellen, sowie im Bereich der Biotechnologie, beispielsweise als Biosensoren.Further aspects of the invention thus relate to the use of the sprayable synthetic biofilm hydrogel and the synthetic biofilms produced therefrom by spraying in bioelectrochemical or gas fermentation systems, in particular for coating electrodes or gas diffusion membranes with a biofilm of microorganisms. Furthermore, the invention relates to the use of the sprayable synthetic biofilm hydrogel in biogas fermenters, in electric biogas plants with or without exoenzyme farms, in biofilm reactors, for example in biofilm reactors for the treatment of waste water, in the field of Power to X and bioelectrochemistry, for example as microbial fuel cells, and in the field of biotechnology, for example as biosensors.
Synthetische Biofilme auf Basis einer dreidimensionalen Hydrogelmatrix mit darin eingebetteten Mikroorganismen sind aus den vorstehend im Detail definierten sprühbaren Biofilm-Hydrogelen durch Aufsprühen auf Oberflächen erhältlich.Synthetic biofilms based on a three-dimensional hydrogel matrix with microorganisms embedded therein can be obtained from the sprayable biofilm hydrogels defined in detail above by spraying onto surfaces.
Ein Agarose-Hydrogel kann zur Herstellung eines sprühbaren synthetischen Biofilms mit Mikroorganismen, insbesondere solchen Mikroorganismen wie vorstehend im Detail beschrieben, verwendet werden. Insbesondere kann ein Low-Melt-Agarose (LMA) Hydrogel, wie vorstehend definiert, zur Herstellung eines sprühbaren synthetischen Biofilms, insbesondere eines Biofilms mit exoelektrogenen Mikroorganismen wie vorstehend definiert, verwendet werden.An agarose hydrogel can be used to produce a sprayable synthetic biofilm containing microorganisms, particularly such microorganisms as detailed above. In particular, a low-melt agarose (LMA) hydrogel as defined above can be used to produce a sprayable synthetic biofilm, in particular a biofilm with exoelectrogenic microorganisms as defined above.
Mit den synthetischen Biofilmen können auch Nicht-Biofilmbildende Mikroorganismen für Biofilm-basierte Anwendungen verfügbar gemacht werden.With the synthetic biofilms, non-biofilm-forming microorganisms can also be made available for biofilm-based applications.
Ein Verfahren zur Herstellung eines sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogels umfasst die Schritte
- (a) Herstellen einer wässrigen Hydrogel-Lösung durch Auflösen des Hydrogel-Materials in erhitztem Wasser,
- (b) optional Hinzufügen weiterer leitfähiger Materialien und/oder Zusatzstoffe wie vorstehend definiert,
- (c) Erhalt eines Hydrogels durch Abkühlung auf eine Temperatur, bei der das Hydrogel noch flüssig vorliegt und bei der die einzubettenden Mikroorganismen nicht inaktiviert oder abgetötet werden,
- (d) Inokulierung der einzubettenden Mikroorganismen in das flüssige Hydrogel unter Erhalt eines sprühbaren Biofilm-Hydrogels.
- (a) preparing an aqueous hydrogel solution by dissolving the hydrogel material in heated water,
- (b) optionally adding further conductive materials and/or additives as defined above,
- (c) Obtaining a hydrogel by cooling to a temperature at which the hydrogel is still liquid and at which the microorganisms to be embedded are not inactivated or killed,
- (d) Inoculation of the microorganisms to be embedded into the liquid hydrogel to obtain a sprayable biofilm hydrogel.
Ein weiterer Erfindungsaspekt betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines synthetischen Biofilms, umfassend die vorstehenden Schritte (a) bis (d) zur Herstellung eines sprühbaren Biofilm-Hydrogels gefolgt von Schritt
- (e) Aufsprühen des synthetischen Biofilm-Hydrogels auf eine zu beschichtende Oberfläche unter Erhalt eines synthetischen Biofilms.
- (e) Spraying the synthetic biofilm hydrogel onto a surface to be coated to obtain a synthetic biofilm.
Die sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogele können mittels einer Vorrichtung zur Applikation der sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogele, wie hierin definiert, aufgesprüht werden. Eine solche Vorrichtung umfasst bevorzugt einen druckregulierenden Gasbehälter und einen daran angeschlossenen Sprühapplikator, der das sprühbare Biofilm-Hydrogel enthält.The sprayable synthetic biofilm hydrogels can be sprayed using a device for applying the sprayable synthetic biofilm hydrogels as defined herein. Such a device preferably comprises a pressure-regulating gas container and a spray applicator connected thereto, which contains the sprayable biofilm hydrogel.
Ein Sprühapplikator einer derartigen Vorrichtung umfasst einen das sprühbare synthetische Biofilm-Hydrogel enthaltenden Behälter sowie eine Vorrichtung zur Erzeugung eines Sprühnebels des Biofilm-Hydrogels. Der Sprühapplikator kann z.B. eine Spritze als Behälter umfassen, die über eine Luer-Verbindung an einen Y-Schlauchverbinder angeschlossen wird. Weiterhin kann der Gasbehälter ebenfalls über eine Luer-Verbindung an das Y-Stück angeschlossen werden. Dadurch treffen flüssiges Hydrogel und Gasfluss aufeinander und ein Sprühnebel wird erzeugt, der auf eine beliebige Oberfläche gesprüht werden kann. Die Vorrichtung zur Erzeugung des Sprühnebels des Biofilm-Hydrogels ist insbesondere eine Düse. Eine schematische Illustration einer solchen Vorrichtung zeigt
Figurenlistecharacter list
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1 Schematische Darstellung einer möglichen Vorrichtung zur Applikation der sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogele (entworfen in Biorender.com)1 Schematic representation of a possible device for applying the sprayable synthetic biofilm hydrogels (designed in Biorender.com)
- (1)(1)
- Gasflasche mit DruckmindererGas bottle with pressure reducer
- (2)(2)
- Sprühapplikator mit Anschluss an GasflussSpray applicator with connection to gas flow
- (3)(3)
- Spritze beliebiger GrößeSyringe of any size
- (4)(4)
- Sterilfilter zur Sterilisation des GasflussesSterile filter to sterilize the gas flow
- (5)(5)
- Y-Stück zur Erzeugung eines Sprühnebels indem dauerhafter Gasfluss auf flüssige Agarose trifft und Sprühnebel erzeugtY-piece for creating a spray in which a continuous flow of gas meets liquid agarose and creates a spray
- (6)(6)
- Kanüle für präzises Aufbringen des SprühnebelsCannula for precise application of the spray mist
-
2 Schematische Darstellung eines bioelektrochemischen Systems (BES) umfassend eine mit einem sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogel beschichtete Elektrode- (a) BES-Aufbau [abgeändert nach Golitsch, Frederik „Entwicklung bioelektrochemischer Systeme für die Untersuchung von elektrodenabhängigen Konversionsprozessen“ (2016)]
- 1
- Anode
- 2
- Referenzelektrode
- 3
- Kathode
- (b) Ansicht der Anodenhalterung
- 1
- Befestigung im BES
- 2
- Rückseite der Halterung
- 3
- PDMS-Dichtung
- 4
- Graphitvlies
- 5
- Vorderseite der Halterung
2 Schematic representation of a bioelectrochemical system (BES) comprising an electrode coated with a sprayable synthetic biofilm hydrogel- (a) BES structure [modified after Golitsch, Frederik "Development of bioelectrochemical systems for the investigation of electrode-dependent conversion processes" (2016)]
- 1
- anode
- 2
- reference electrode
- 3
- cathode
- (b) View of the anode holder
- 1
- Fastening in the BES
- 2
- back of the bracket
- 3
- PDMS seal
- 4
- graphite fleece
- 5
- front of the bracket
- (a) BES-Aufbau [abgeändert nach Golitsch, Frederik „Entwicklung bioelektrochemischer Systeme für die Untersuchung von elektrodenabhängigen Konversionsprozessen“ (2016)]
-
3 Vergleich der Effizienz eines BES mit S. oneidensis unter Verwendung eines erfindungsgemäß aufgesprühten synthetischen Biofilms gegenüber planktonischer Inokulation3 Comparison of the efficiency of a BES with S. oneidensis using a synthetic biofilm sprayed according to the invention against planktonic inoculation
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele näher beschrieben, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.The present invention is described in more detail by the following examples, without however being restricted thereto.
Beispieleexamples
1. Herstellungsbeispiel - Sprühbares Synthetisches LMA-Biofilm-Hydrogel mit S. oneidensis1. Example of Preparation - Sprayable Synthetic LMA Biofilm Hydrogel with S. oneidensis
S. oneidensis wurde oxisch in LB-Medium (Lennox; Carl Roth, Artikel-Nr. X964.4) angezogen und anschließend mittels Zentrifugation bei 6500 rpm für 10 Minuten und anschließender Resuspension in einer gering konzentrierten Salzlösung gewaschen. Der Vorgang wurde 2x wiederholt.S. oneidensis was grown oxically in LB medium (Lennox; Carl Roth, Article No. X964.4) and then washed by centrifugation at 6500 rpm for 10 minutes and subsequent resuspension in a low-concentration salt solution. The process was repeated twice.
Für eine 8 ml 1.8 %ige Low-Melt Agarose (LMA) Lösung wird die entsprechende Menge LMA eingewogen und mit 75 % des Endvolumens autoklaviert. Durch Aufkochen und anschließendes Abkühlen auf 37 °C werden physiologische Temperaturen erreicht, bei denen die LMA-Lösung dennoch flüssig vorliegt. Die gewaschene Bakterien-Suspension wird so verdünnt, dass die gewünschte Anzahl an Bakterien in 25 % des Endvolumens der LMA-Lösung vorliegt, und wird mittels Spritze zu der abgekühlten flüssigen LMA-Lösung hinzugefügt.For an 8 ml 1.8% low-melt agarose (LMA) solution, the appropriate amount of LMA is weighed out and autoclaved with 75% of the final volume. Physiological temperatures are reached by boiling and subsequent cooling to 37 °C, at which the LMA solution is still liquid. The washed bacterial suspension is diluted such that the desired number of bacteria is present in 25% of the final volume of the LMA solution and is added to the cooled liquid LMA solution via syringe.
Dieses kann mittels Sprühapplikator, beispielsweise gemäß schematischer Darstellung aus
2. Anwendungsbeispiel - Agarose-BES2. Application example - Agarose-BES
Ein sprühbares synthetisches Biofilm-Hydrogel auf Basis von Low-Melt-Agarose mit darin eingebetteten exoelektrogene Mikroorgansimen des Stamms Shewanella oneidensis gemäß Herstellbeispiel 1 wurde in einem bioelektrochemischen System (BES) hinsichtlich seiner Effizienz gegenüber einer einfachen planktonischen Inokulation getestet.A sprayable synthetic biofilm hydrogel based on low-melt agarose with embedded exoelectrogenic microorganisms of the Shewanella oneidensis strain according to preparation example 1 was tested in a bioelectrochemical system (BES) with regard to its efficiency compared to a simple planktonic inoculation.
Als BES Testsystem wurde ein 3-Elektrodensystem in einem 250 mL Reaktor (verändert nach Golitsch (2016); Schematische Darstellung gemäß
Darin überträgt S. oneidensis die bei ihrem Stoffwechsel anfallenden Elektronen auf die Anode [(1) in
Die Anode wurde mit der gewaschenen S. oneidensis Kultur gemäß Herstellungsbeispiel 1
- (a) planktonisch inokuliert, indem in einer 1 L Flasche Minimal-
Medium mit 20 mM Lactat eineoptische Dichte von 0,5 eingestellt wurde und 250 mL dieser Bakterien-Suspension anschließend mittels N2/CO2 Gasgemisch in ein BES gepumpt wurden; sowie - (b) mittels Sprühapplikation beschichtet, worin das synthetische Biofilm-
Hydrogel gemäß Herstellungsbeispiel 1 eineauf 2 ml (= 25 % des Endvolumens der LMA-Lösung) komprimierte Verdünnung der gewaschenen Bakterien-Suspension umfasst, welche die gleiche Anzahl an Bakterien wie für die planktonische Inokulation (a) enthält. Für die Sprühapplikation gemäß (b) wurden 250 mL Lösung des Minimal-Mediums mit 20 mM Lactat mittels N2/CO2 Gasgemisch in das BES gepumpt. Jedes BES wurde unter sterilen Bedingungen aufgeschraubt und mittels Sprühapplikator (gemäß1 ) wurden 8 mL der LMA-Bakterien-Suspension im flüssigen Zustand auf die Anodenfläche aufgesprüht. Nach erfolgter Gelierung des Hydrogels wurde die Anode erneut in das System eingebracht und das System erneut mittels Schrauben verschlossen.
- (a) planktonic inoculation by setting an optical density of 0.5 in a 1 L bottle of minimal medium with 20 mM lactate and then pumping 250 mL of this bacterial suspension into a BES using a N 2 /CO 2 gas mixture; as well as
- (b) coated by spray application, wherein the synthetic biofilm hydrogel according to Preparation Example 1 to 2 ml (= 25% of the final volume of the LMA solution) compressed dilution of the washed bacterial suspension comprising the same number of Contains bacteria as for planktonic inoculation (a). For the spray application according to (b), 250 mL solution of the minimal medium with 20 mM lactate were pumped into the BES using a N 2 /CO 2 gas mixture. Each BES was screwed on under sterile conditions and using a spray applicator (according to
1 ) 8 mL of the LMA bacteria suspension in liquid state were sprayed onto the anode surface. After the hydrogel had gelled, the anode was reinserted into the system and the system was closed again with screws.
Es wurde ein konstantes Potential von 0 mV gegen eine Normalwasserstoff-Elektrode (NHE) angelegt und durch Begasung mit sterilem N2 wurde ein anoxisches System gewährleistet. Die BES wurden im Triplikat angesetzt und bei 30 °C inkubiert.A constant potential of 0 mV was applied against a standard hydrogen electrode (NHE) and an anoxic system was ensured by gassing with sterile N 2 . The BES were prepared in triplicate and incubated at 30°C.
Das Ergebnis des Vergleichs der planktonischen Inokulierung gemäß (a) gegenüber der erfindungsgemäßen Inokulierung mittels Aufsprühen eines sprühbaren synthetischen Biofilm-Hydrogels gemäß (b) zeigt
Claims (10)
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|---|---|---|---|
| DE102021105164.9A DE102021105164B4 (en) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | Sprayable synthetic biofilm hydrogel |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102021105164.9A DE102021105164B4 (en) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | Sprayable synthetic biofilm hydrogel |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102021105164A1 DE102021105164A1 (en) | 2022-09-08 |
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Family Applications (1)
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| DE102021105164.9A Active DE102021105164B4 (en) | 2021-03-03 | 2021-03-03 | Sprayable synthetic biofilm hydrogel |
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| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE102021105164B4 (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19939236A1 (en) | 1999-08-18 | 2001-02-22 | Martin Strathmann | Artificial biofilm, e.g. useful for evaluating biocidal and cleaning products and procedures, comprises microorganisms immobilized on a synthetic polymer matrix containing embedded additives |
| DE102014001476A1 (en) | 2014-02-05 | 2015-08-06 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg | Electrobiogas plant with exoenzyme farm |
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2021
- 2021-03-03 DE DE102021105164.9A patent/DE102021105164B4/en active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19939236A1 (en) | 1999-08-18 | 2001-02-22 | Martin Strathmann | Artificial biofilm, e.g. useful for evaluating biocidal and cleaning products and procedures, comprises microorganisms immobilized on a synthetic polymer matrix containing embedded additives |
| DE102014001476A1 (en) | 2014-02-05 | 2015-08-06 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg | Electrobiogas plant with exoenzyme farm |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
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