Razvoj in optimizacija materiala za 3D tisk na osnovi bakterijsko inducirane precipitacije kalcijevega karbonataJakob, Sašo (Avtor) Kopač, Tilen (Mentor) Sporosarcina pasteuriialginat3D-biotiskbiomineralizacijareologijaMikrobno inducirana precipitacija kalcijevega karbonata se v naravi pojavlja v mnogih različnih oblikah in ima na področju inženirstva materialov velik potencial. Predstavlja lahko energijsko varčnejšo in kemijsko milejšo pot strjevanja. V interdisciplinarni magistrski nalogi smo razvili in testirali material na osnovi alginata, ki se zaradi ureolitične aktivnosti bakterij Sporosarcina pasteurii po ekstruziji in inkubaciji v mineralizacijski raztopini spremeni v trden izdelek. Ureazno aktivnost bakterij smo potrdili z visokozmogljivostnim ureaznim testom in s konduktometričnim pristopom. V začetnem preizkusu biomineralizacije smo potrdili mineralizacijo z alginatom zamrežene bakterijske kulture po inkubaciji v mineralizacijski raztopini. Z infrardečo spektroskopijo s Fourierjevo transformacijo smo v enem vzorcu potrdili prisotnost karbonata, z rentgensko difrakcijo pa v drugem vzorcu prisotnost kalcita in vaterita. Reološke parametre formulacij materiala z različno viskoznimi alginatnimi osnovami ter različno vsebnostjo kalcijevega karbonata in kalcijevih ionov smo primerjali s prileganjem teoretičnih modelov Carreau-Yasuda in Roberts-Barnes-Carew rezultatom tokovnih testov. S testi smo potrdili izrazito strižno redčenje pri vseh formulacijah, razlike med njimi pa prikazali s parametri teoretičnih modelov. Tako smo iz nabora izbrali dva materiala, ki sta se izkazala za najprimernejša za 3D-tisk in mineralizacijo. Vsebnost bakterij v materialu se je izkazala za enega najpomembnejših dejavnikov pri formuliranju materiala. Pri uporabi liofilizata z vsebnostjo 3,3 × 10⁷ CFU/mg smo določili, da ga je v 40 mL formulacije potrebno dodati vsaj 180 mg. Pri nižjih vsebnostih je alginat mineraliziral prepočasi, nabreknil ter razpadel zaradi povišanja pH. Vsebnost bakterij v materialu je v 19 dneh padla za en velikostni razred, v liofilizatu pa je bila po začetnem intenzivnem padcu stabilnejša. Za izboljšanje procesa bi bilo ključno optimizirati metodologijo določevanja števila bakterij v vzorcih in podrobno raziskati dinamiko mineralizacije v odvisnosti od števila bakterij, pH, časa inkubacije ter razmerja med volumnom mineralizacijske raztopine in površino ter volumnom materiala.20262026-10-30 15:40:01Magistrsko delo/naloga190632VisID: 25606sl