Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2009.05a
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pp.525-526
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2009
On this paper we induce calcite($CaCO_3$) precipitation using microbial biomineralization of the Sporosarcina pasteurii and evaluate required performance evaluation by adjusting it to mortar. As a result carbonation normal mortar test piece(C3S-W) and mortar test piece(C3S-S.p) mixed with Sporosarcina pasteurii, reaction of C3S-S.p was late than C3S-W. Also, in the case of carbonation experiment of C3S-S.p curing in the Urea-CaCl2 aqueous solution(Medium) during 28days and durability of the C3S-W, durability of the mortar test piece(C3S-S.p) mixed with Sporosarcina pasteurii become higher than normal mortar test piece(C3S-W).
A 6.9-kb DNA fragment including the minimal Bacillus pasteurii urease gene cluster was subcloned into a high-copy-number plasmid vector, pUC19, and the recombinant B. pasteurii urease was overexpressed in Escherichia coli. The recombinant urease was purified 25.9-fold by using combinations of anion-exchange and gel-filtration chromatography followed by Mono-Q chromatography on a FPLC. N-terminal peptide sequencing analyses revealed that two distinct smaller peptide bands resolved on a 10-18% gradient SDS-PAGE corresponded to UreA and UreB peptides, respectively. It was also shown that the ureB gene was translated from a GUG codon and the first methionine residue was post-translationally cleaved off. The native molecular weight of the recombinant urease was 176,000 and 2 nickel atoms were present per catalytic unit. pH stability studies of the purified enzyme showed that the recombinant Bacillus pasteurii urease is stable in alkaline pH range, which is similar to the enzyme of the evolutionarily related bacterium, Sporosarcina ureae.
Lee, Jun Cheol;Lee, Chang Joon;Chun, Woo Young;Kim, Wha Jung;Chung, Chul-Woo
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.25
no.8
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pp.1328-1338
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2015
Years of research have shown that the application of microorganisms increases the compressive strength of cement-based material when it is cured in a culture medium. Because the compressive strength is strongly affected by the hydration of cement paste, this research aimed to investigate the role of the microorganism Sporosarcina pasteurii in hydration of cement paste. The microorganism's role was investigated with and without the presence of a urea-CaCl2 culture medium (i.e., without curing the specimens in the culture medium). The results showed that S. pasteurii accelerated the early hydration of cement paste. The addition of the urea-CaCl2 culture medium also increased the speed of hydration. However, no clear evidence of microbially induced calcite precipitation appeared when the microorganisms were directly mixed with cement paste.
Kim, Wha-Jung;Ghim, Sa-Youl;Park, Sung-Jin;Choi, Kil-Jun;Chun, Woo-Young
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.22
no.4
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pp.547-557
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2010
This paper presents a study on the development of next generation smart concrete in an eco-friendly manner using micro-biologically induced calcite precipitation (MICP) via microbial biomineralization. It seems that currently, the reformation and functional improvement of concrete using MICP can be achieved using Sporosarcina pasteurii, which is a representative microorganism that produces calcite precipitation. Based on previous studies on MICP the biochemical tests and crystallinity evaluation of cement using sporoasrcina pasteurii and four additional micro-organisms from the concrete structures as identified by 16S rDNA sequence analysis were conducted. Also by applying the Sporosarcina pasteurii and separated four effective micro-organisms from the concrete structures to mortar, the compressive strength improvement by varying curing conditions, repair of crack were examined, and plans for future study were suggested. The effect of the application of effective micro-organisms can lead to the development of a new material that will contribute to resolution of environmental problems and facilitate repair work, and this can also serve as a new research theme in the future. In addition, the importance of this study is to use micro-organism, which is found common in concrete structures, this new microbial is not only environmentally safe but also persists in the natural environment for an extended period of time. Therefore, it seems to have a great potential to became a new environmentally low-burdened functional material.
Mine soil contamination by high levels of metal ions that prevents the successful vegetation poses a serious problem. In the study presented here, we used the microbial biocatalyst of urease producing bacterium Sporosarcina pasteurii or plant extract based BioNeutro-GEM (BNG) agent. The ability of the biocatalysts to bioremediate contaminated soil from abandoned mine was examined by solid-state composting vegetation under field conditions. Treatment of mine soil with the 2 biocatalysts for 5 months resulted in pH increase and electric conductivity reduction compared to untreated control. Further analyses revealed that the microbial catalysts also promoted the root and shoot growth to the untreated control during the vegetation treatments. After the Sporosarcina pasteurii or plant extract based BNG treatment, the microbial community change was monitored by culture-independent pyrosequencing. These results demonstrate that the microbial biocatalysts could potentially be used in the soil bioremediation from mine-impacted area.
In this study, 52 ureolytic bacterial strains were newly isolated from various environments. From these, 2 strains (TB-15 and TB-22) were selected based on their high urease activity. XRD spectra clearly showed presence of various sequestration products such as calcite and strontianite in samples. TB-22 showed 20~30% higher survivability upon Sr concentration (20 mM) than Sporosarcina pasteurii KCTC 3558. TB-15 and TB-22 showed 80~90% higher survivability at pH 6 than S. pasteurii. The results demonstrated that the 2 isolates colud be good candidates for the bioremediation of Sr contaminated sites.
This paper presents an environment-friendly sand cementation method by precipitating calcium carbonate using plant extracts. The plant extracts contain urease like $Sporosarcina$$pasteurii$, which can decompose urea into carbonate ion and ammonium ion. It can cause cementation within sand particles where carbonate ions decomposed from urea combine with calcium ions dissolved from calcium chloride or calcium hydroxide to form calcium carbonate. Plant extracts, urea and calcium chloride or calcium hydroxide were blended and then mixed with Nakdong River sand. The mixed sand was compacted into a cylindrical specimen and cured for 3 days at room temperature ($18^{\circ}C$). Unconfined compression test, SEM and XRD analyses were carried out to evaluate three levels of urea concentration and two different calcium sources. As urea concentration increased, the unconfined compressive strength increased up to 10 times those without plant extracts because calcium carbonate precipitated more, regardless of calcium source. It was also found that the strength of specimen using calcium chloride was higher than that of specimen using calcium hydroxide.
Microbially induced calcium carbonate precipitation (MICP) has recently become an intelligent and environmentally friendly method for repairing cracks in concrete. To improve on this ability of microbial materials concrete repair, we applied random mutagenesis and optimization of mineralization conditions to improve the quantity and crystal form of microbially precipitated calcium carbonate. Sporosarcina pasteurii ATCC 11859 was used as the starting strain to obtain the mutant with high urease activity by atmospheric and room temperature plasma (ARTP) mutagenesis. Next, we investigated the optimal biomineralization conditions and precipitation crystal form using Plackett-Burman experimental design and response surface methodology (RSM). Biomineralization with 0.73 mol/l calcium chloride, 45 g/l urea, reaction temperature of 45℃, and reaction time of 22 h, significantly increased the amount of precipitated calcium carbonate, which was deposited in the form of calcite crystals. Finally, the repair of concrete using the optimized biomineralization process was evaluated. A comparison of water absorption and adhesion of concrete specimens before and after repairs showed that concrete cracks and surface defects could be efficiently repaired. This study provides a new method to engineer biocementing material for concrete repair.
Abo-El-Eanein, S.A.;Abdel-Gawwad, H.A.;El-Mesallamy, Amani M.D.;El-Belbasi, Hussein I.;Ayoub, Hebah. G.
Geosystem Engineering
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v.21
no.5
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pp.291-296
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2018
The aim of this work is to study the effect of aggregate type on the physico-mechanical properties and microstructure of bio-mortar (BM). Three different aggregates such as sand, dolomite and basalt were used. BM was prepared by mixing aggregates with bacterial cells (Sporosarcina Pasteurii) and one equimolar (1 M) of $urea/CaCl_2.2H_2O$. The results proved that the chemical composition and physical properties of aggregates play an important role in the microbial precipitation rate as well as size, morphology and crystallinity of the precipitated calcite, which strongly reflects on the properties of the prepared BM. The BM containing dolomite gave the highest compressive strength and lowest water absorption.
Kim, Wha-Jung;Kim, Sung-Tae;Park, Sung-Jin;Ghim, Sa-Youl;Chun, Woo-Young
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.21
no.4
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pp.501-511
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2009
This study was conducted to develop self-healing ability of concrete so that inspection could be available even in the event of minute cracks without complex works at any time for more economic concrete structure maintenance and longevity. A completely different method has been carried out in comparison with many of similar researches on self-healing concrete. This is a basic study on the development of self-healing concrete using microbial biomineralization. Compounds were generated except for cells by precipitation reaction of CaC$O_3$ during the microbial metabolism and we examined the use as a binder that hardens the surface of sand using biomineralization that Sporosarcina pasteurii precipitates CaC$O_3$. In result, the formation of new mineral and hardening of sand surface could be verified partly, and it was available for cracks to be repaired by calcite with organic (microorganism) and inorganic (CaC$O_3$) complex structure through the basic experiment a little bit. Therefore the use of biomineralization by this sort of microbial metabolism for concrete structure helps to develop absolute repair-concrete like this concrete with microorganism. The effect of microbial application will be one of the most important research tasks having influence on not only repair for concrete structure but also development of new materials able to reduce environmental problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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