• 제목/요약/키워드: anti-biofouling

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Anti-biofouling 광생물반응기를 이용한 미세조류 배양 연구 (Culture of Microalgae using Anti-biofouling Photobioreator)

  • 나인욱;서민호;안수한;황경엽
    • KSBB Journal
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    • 제26권6호
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    • pp.561-564
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    • 2011
  • In this study, we carried out the development of high performance photobioreactor, which can be used to develop the biological $CO_2$ fixation technology as well as the renewable biofuels, the microalgae Botryococcus braunii. When B. Braunii was cultured in Anti-biofouling photobioreator, growth rate of it showed about 3 times higher than that of bubble column photobioreactor at the same conditions. In case of photobioreactor without bead, after 3 days culture time, biofouling occur rapidly in wall of the photobioreactor. However, with bead 5% (V/V), biofouling do not occur all experimental days.

An Experimental Study of Non-Electrolysis Anti-Microfouling Technology Based on Bioelectric Effect

  • Young Wook Kim
    • 한국해양공학회지
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    • 제37권4호
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    • pp.172-179
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    • 2023
  • Biofouling initiated by biofilm (slime) formation is a key challenge for practical ocean engineering and construction. This study evaluated a new anti-biofilm technology using bioelectricity. The anti-microfouling electrical technology is based on the principles of the bioelectric effect, known as the application of an electrostatic force for biofilm removal. Previously, the electricity was optimized below 0.82V to avoid electrolysis, which can prevent the production of biocides. A test boat comprised of microelectronics for electrical signal generation with electrodes for an anti-biofouling effect was developed. The tests were conducted in the West Sea of Korea (Wangsan Marina, Incheon) for three weeks. The surface biofouling was quantified. A significant reduction of fouling was observed under the bioelectric effect conditions, with approximately 30% enhanced prevention of fouling progress (P<0.05). This technology can be an alternative eco-friendly technique for anti-microfouling that can be applied for canals, vessels, and coastal infrastructure because it does not induce electrolysis.

은 나노 입자가 코팅된 인공경량골재의 생물오손 방지 특성 (Anti-biofouling properties of silver nano-particle coated artificial light-weight aggregates)

  • 김성열;김유택;박용준
    • 한국결정성장학회지
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    • 제25권5호
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    • pp.212-217
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    • 2015
  • 본 연구는 해상 양식장 내에 유해 조류로 인해 발생하는 수산 동, 식물의 폐사를 막고, 양식장을 주기적으로 정화하는 폰툰 시스템 내의 멤브레인 층(Membrane Layer)의 생물오손(Biofouling)을 막고자, ML에 적용되는 인공경량골재 및 골재의 구조에 따른 미생물 흡착을 비교하고자 지오폴리머에 은 나노 입자를 코팅하여 생물오손 정도를 확인하고 그 능력을 평가하였다. 이후 코팅에 따른 미생물 기능 억제 능력을 확인하고자 항균 테스트를 실시하였으며, 한국해양과학기술원 남해연구소 앞바다에 설치하여 생물오손 정도와 무게변화율을 관찰하였다. 항균 테스트 결과 은 나노 입자를 코팅한 인공경량골재에서 99.99 %의 세균 감소율을 확인하였으며, 생물오손 정도를 관찰한 결과 2개월부터 은 나노 입자의 효과에 의해 생물오손 정도가 억제되는 것을 확인하였다. 은 나노 입자 코팅에 의한 생물오손 억제기간은 인공경량골재에서 5개월, 지오폴리머에서 3개월 미만으로 나타났으며, 따라서 은 나노 입자가 코팅된 인공경량골재가 효과적으로 생물오손을 감소시킬 수 있는 친환경적이며 효과적인 방법임을 알 수 있었다.

Bioinspired Nanoengineering of Multifunctional Superhydrophobic Surfaces

  • Choi, Chang-Hwan
    • 한국표면공학회:학술대회논문집
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    • 한국표면공학회 2015년도 추계학술대회 논문집
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    • pp.102-133
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    • 2015
  • Nature, such as plants, insects, and marine animals, uses micro/nano-textured surfaces in their components (e.g., leaves, wings, eyes, legs, and skins) for multiple purposes, such as water-repellency, anti-adhesiveness, and self-cleanness. Such multifunctional surface properties are attributed to three-dimensional surface structures with modulated surface wettability. Especially, hydrophobic surface structures create a composite interface with liquid by retaining air between the structures, minimizing the contact area with liquid. Such non-wetting surface property, so-called superhydrophobicity, can offer numerous application potentials, such as hydrodynamic drag reduction, anti-biofouling, anti-corrosion, anti-fogging, anti-frosting, and anti-icing. Over the last couple of decades, we have witnessed a significant advancement in the understanding of surface superhydrophobicity as well as the design, fabrication, and applications of superhydrophobic coatings/surfaces/materials. In this talk, the designs, fabrications, and applications of superhydrophobic surfaces for multifunctionalities will be presented, including hydrodynamic friction reduction, anti-biofouling, anti-corrosion, and anti-icing.

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정족수 제어효소와 biofouling 제어 (Quorum Quenching Enzymes and Biofouling Control)

  • 전용재;정원겸;허혜숙
    • 생명과학회지
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    • 제26권12호
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    • pp.1487-1497
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    • 2016
  • 정족수 인식 체계라 불리는 세균들의 세포간 의사교환 전략은 다양한 유전자의 발현조절을 통해, 생물막 성숙, 세포 외 고분자물질의 생산, 병원성 발현 및 항생제 생산 등과 같은 다양한 표현형을 조절하는 세균의 다세포성 행동 양식을 제어한다. 다수의 연구에 의하면 많은 종류의 그람 (Gram)음성 세균들이 정족수 인식체계에 필요한 신호전달 물질로 acyl-homoserine lactones (AHLs)를 사용하고 있으며, 이들은 생물막 형성에 중요한 인자로 작용함을 시사하였다. 이러한 정족수 인식체계에 의한 생물막의 형성은 물이 존재하는 모든 표면환경에서 불필요한 바오매스 축적이라는 심각한 기술적, 경제적 문제를 초래하고 있다. 최근 정족수 인체 체계를 교란하는 다수의 물질들이 다양한 미생물로부터 발견되어, 그들의 정족수 인식 체계와 관련된 주요 기능과 기작들이 밝혀지고 있다. 이러한 정족수 제어 물질들은 최근 다양한 산업에서 발생하는 생물 부착현상들을 제어할 수 있는, 환경 친화적이며 세균의 항생제 다재 내성을 완화 시킬 수 있는 새로운 방법으로 대두되고 있다. 따라서 본 논문은 세균의 정족수 인식 체계와 관련된 최근 정보, 정족수 인식 신호를 제어할 수 있는 정족수 제어 효소와 이러한 기술을 이용한 생물 부착 저해 방법 등을 논의하고자 한다.

Reduction of biofouling using vanillin as a quorum sensing inhibitory agent in membrane bioreactors for wastewater treatment

  • Nam, AnNa;Kweon, JiHyang;Ryu, JunHee;Lade, Harshad;Lee, ChungHak
    • Membrane and Water Treatment
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    • 제6권3호
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    • pp.189-203
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    • 2015
  • Membrane biofouling impedes wide application of membrane bioreactor (MBR) for wastewater treatment. Recently, quorum sensing (QS) mechanisms are accounted for one of major mechanisms in biofouling of MBRs. In this study, vanillin was applied to investigate reduction of biofouling in MBRs. MBR sludge was analyzed to contain QS signal molecules by cross-feeding biosensor assay and HPLC. In addition, the inhibitory activity of vanillin against bacterial quorum sensing was verified using an indicator strain CV026. The vanillin doses greater than 125 mg/L to 100 mL of MBR sludge showed 25% reduction of biofilm formed on the membrane surfaces. Two MBRs, i.e., a typical MBR as a control and an MBR with vanillin, were operated. The TMP increases of the control MBR were more rapid compared to those of the MBR with the vanillin dose of 250 mg/L. The treatment efficiencies of the two MBRs on organic removal and MLSS were maintained relatively constant. Extracellular polymeric substance concentrations measured at the end of the MBR operation were 173 mg/g biocake for the control MBR and 119 mg/g biocake for the MBR with vanillin. Vanillin shows great potential as an anti-biofouling agent for MBRs without any interference on microbial activity for wastewater treatment.

Perfluoropolyether (PFPE)로 처리된 표면의 생물오손 방지 특성 연구 (Study on Anti-biofouling Properties of the Surfaces Treated with Perfluoropolyether (PFPE))

  • 박수인;권순일;이영민;고원건;하종욱;이상엽
    • 공업화학
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    • 제23권1호
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    • pp.71-76
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    • 2012
  • 해조류 및 따개비 등의 해양 생물에 의한 선박 및 해양 구조물 표면의 생물오손(biofouling)은 선박 운영비를 증가시키고 구조물을 유지, 보수하는데 어려움을 가져왔다. 본 논문에서는 이러한 생물오손 방지 또는 생물오손 제거(fouling-release)를 향상시키는 방안으로 불소계 화합물인 perfluoropolyether (PFPE)를 이용하여 해양 생물의 표면 점착을 억제하는 방법이 연구되었다. 우선 생물오손을 예측할 수 있는 지표로서 물방울 접촉각이 측정되었다. 아민그룹으로 처리 된 친수성 표면이 갖는 $46.7^{\circ}$의 물방울 접촉각이 PFPE 처리 후 $64.5^{\circ}$로 상승하여 표면의 혐수성이 증가하였다. 이로 인해 초기에 따개비 포자 및 해양 미생물의 점착이 친수성 카르복실 표면과 비교시 약 15% 억제되었다. 또한 표면 코팅시 평탄면이 형성되어 PDMS로 처리된 표면 굴곡이 있는 표면보다 점착된 미생물의 제거가 용이하였다. 이러한 점착 억제 특성은 물리화학적 방법을 통해 측정된 물성들과 비교, 분석되었으며, 표면에 점착된 미생물의 염색을 통한 형광도 측정을 통해 표면 점착도가 정량적으로 분석되었다. PFPE가 갖는 가공의 용이성과 저독성 특성으로 인해 PFPE는 향후 단기간 생물학적 방오염이 필요한 해양 구조물 이외에 단백질 점착 억제가 요구되는 의료용 장비 등에도 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

박테리아의 Quorum Sensing 및 생물막 형성 억제를 위한 Quorum Quenching 연구 동향 (Bacterial Quorum Sensing and Quorum Quenching for the Inhibition of Biofilm Formation)

  • 이정기
    • 한국미생물·생명공학회지
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    • 제40권2호
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    • pp.83-91
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    • 2012
  • 본 총설은 N-acyl-homoserine lactone (AHL)에 기반한 quorum sensing(QS)을 비롯한 다양한 QS 시스템 및 생물막 형성과의 관련성에 대한 연구 동향을 정리하였다. 또한 anti-QS으로서 quorum quenching 전략을 이용한 생물막 억제 연구 동향에 대해 중점적으로 서술하였다. 세균의 독특한 신호전달 체계인 QS는 AHL과 같은 특정한 신호분자의 농도에 의해 세균의 집단적 행동 양식이 결정되는 세포밀도-의존성 유전자 발현 조절 메커니즘이다. QS 시스템은 미생물의 부착 및 생물막 형성에 있어 중요한 역할을 한다. AI-1이나 AI-2에 의한 QS는 생물막 형성 과정에 필요한 세포외 다당류, 단백질, 세포 외 DNA 등 주요한 구성 성분 등의 생산뿐만 아니라, 세균의 운동성 조절, 부착, 생물막 해체 과정까지도 조절하는 기능을 한다. 일부 세균의 경우 QS시스템 이외에도 second messenger로 알려진 c-di-GMP에 의한 signaling이 QS와 서로 연결되어 생물막 형성이나 병독성과 같은 타깃들을 함께 조절한다. 생물막은 병원성 세균에 의한 감염 시 여러 가지 병독성 가운데 가장 중요한 요소 중 하나이기 때문에, 생물막 형성을 조절하는 QS를 차단하기 위한 다양한 anti-quorum sensing 전략이 연구되고 있다. Anti-QS 접근 방식은 의학적 이용뿐만 아니라 물에 노출되어있는 MBR을 비롯한 많은 산업적 장치 등에서 생물막 형성으로 인한 손상 및 오염을 방지하기 위해 쓰일 수 있다. Anti-QS 전략 중 신호분자인 AHL을 무력화 시키는 quorum quenching 효소(AHL-lactonase, AHL-acylase, oxidoreductas)를 이용하여 생물막 형성을 억제할 수 있으며, 막을 이용한 수처리 공정에서 막에 발생하는 biofouling을 완화시킬 수 있는 새로운 anti-fouling 처리 기술로서 이러한 QQ 효소의적용 가능성을 보여 주고 있다.

Mitigation of Membrane Biofouling in MBR Using a Cellulolytic Bacterium, Undibacterium sp. DM-1, Isolated from Activated Sludge

  • Nahm, Chang Hyun;Lee, Seonki;Lee, Sang Hyun;Lee, Kibaek;Lee, Jaewoo;Kwon, Hyeokpil;Choo, Kwang-Ho;Lee, Jung-Kee;Jang, Jae Young;Lee, Chung-Hak;Park, Pyung-Kyu
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제27권3호
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    • pp.573-583
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    • 2017
  • Biofilm formation on the membrane surface results in the loss of permeability in membrane bioreactors (MBRs) for wastewater treatment. Studies have revealed that cellulose is not only produced by a number of bacterial species but also plays a key role during formation of their biofilm. Hence, in this study, cellulase was introduced to a MBR as a cellulose-induced biofilm control strategy. For practical application of cellulase to MBR, a cellulolytic (i.e., cellulase-producing) bacterium, Undibacterium sp. DM-1, was isolated from a lab-scale MBR for wastewater treatment. Prior to its application to MBR, it was confirmed that the cell-free supernatant of DM-1 was capable of inhibiting biofilm formation and of detaching the mature biofilm of activated sludge and cellulose-producing bacteria. This suggested that cellulase could be an effective anti-biofouling agent for MBRs used in wastewater treatment. Undibacterium sp. DM-1-entrapping beads (i.e., cellulolytic-beads) were applied to a continuous MBR to mitigate membrane biofouling 2.2-fold, compared with an MBR with vacant-beads as a control. Subsequent analysis of the cellulose content in the biofilm formed on the membrane surface revealed that this mitigation was associated with an approximately 30% reduction in cellulose by cellulolytic-beads in MBR.

Impact of quorum quenching bacteria on biofouling retardation in submerged membrane bioreactor (SMBR)

  • Pervez, Saimar;Khan, Sher Jamal;Waheed, Hira;Hashmi, Imran;Lee, Chung-Hak
    • Membrane and Water Treatment
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    • 제9권4호
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    • pp.279-284
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    • 2018
  • Membrane biofouling is a critical operational problem that hinders the rapid commercialization of MBRs. Quorum quenching (QQ) has been investigated widely to control membrane biofouling and is accepted as a promising anti-fouling strategy. Various QQ strategies based on bacterial and enzymatic agents have been identified and applied successfully. Whereas, this study aimed to compare indigenously isolated QQ strain i.e., Enterobacter cloaca with well reported Rhodococcus sp. BH4. Both bacterial species were immobilized in polymeric beads and introduced to two different MBRs keeping the overall beads to volume ratio as 1%. Efficiencies of these strains were monitored in terms of prolonging the membrane filtration cycle of MBR, release of extra-cellular polymeric substances, membrane resistivity measurements and mineralization of signal molecules and permeate quality. Indigenous strain (Enterobacter cloaca) was added to $QQ-MBR_E$ while Rhodococcus sp. BH4 was introduced to $QQ-MBR_R$. QQ bacterial embedded beads showed enhanced filtration cycles up to 1.4 and 2.3 times for $QQ-MBR_E$ and $QQ-MBR_R$ respectively as compared to control MBR (C-MBR). Soluble EPS concentration of 52 mg/L was observed in C-MBR while significantly lower EPS concentration of 20 and 10 mg/L was witnessed in $QQ-MBR_E$ and $QQ-MBR_R$, respectively. Therefore, substantial reduction in biofouling showed the effectiveness of indigenous strain.