人工蛋白纤维增强微生物胶结松散砂的物质变化规律和动态过程机制

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    41902314
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    25.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    D0217.生物地质学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2019
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

Chimeric protein fiber constructed by synthetic biotechnology has the advantages of directional regulation, low cost and durability compared with traditional fibers in the fiber-reinforcing sands consolidation technology. It has great application potential in the microbially induced calcite precipitation (MICP)-cemented-loose sands. At present, chimeric protein fiber using in MICP-cemented-loose sands is in the initial exploration stage, lacking in-depth process and mechanism research. In this project, a keratin-adhesive protein chimeric protein fiber, namely HSKI-MCFP3 constructed from our laboratory formerly, was investigated in the research of fiber reinforcing MICP-cemented-loose sands. Firstly, the cementation parameters were optimized through response surface method, and the dynamic changes of the cementation process were comprehensively analyzed. Based on the convection-diffusion equation, the cementation process was simulated, and the design method of cementation materials and process parameters was established. Secondly, the structure-affect relationship between the structure and strength/toughness of the cement were determined, and the microscopic mechanism were explored through the analysis of the microstructure, thermal stability, functional group and binding energy of the cement. Finally, the dynamic process mechanism of chimeric protein fiber HSKI-MCFP3 enhancing the MICP-cemented-loose sands were clarified through comprehensive analysis of the above results. The project will provide theoretical basis and technical support for the development of artificial chimeric protein fiber materials reinforcing MICP-cemented-loose sands.
在纤维增强固结砂土技术中,运用合成生物技术构建的嵌合蛋白纤维相较于传统纤维具有可定向调控、成本低和耐久性等优势,在微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)固结砂土技术中极具应用潜力。目前人工嵌合蛋白纤维增强MICP固结砂土尚处在初始探索阶段,缺乏深入的过程和机制研究。基于此,本项目拟利用实验室已构建的具有胶凝功能的角蛋白-粘胶蛋白嵌合蛋白纤维HSKI-MCFP3开展增强MICP胶结松散砂机制研究。采用响应面法优化胶结参数,综合分析过程中物质变化规律,并以对流-扩散方程模拟胶结过程;明确胶结体结构、矿物组成和含量与强度/韧性之间的构效关系;分析胶结体微结构、热稳定性、官能团和结合能变化规律,探讨微观机制;综合上述结果,进一步阐明嵌合蛋白纤维HSKI-MCFP3增强MICP胶结松散砂的动态过程机制。为开发可定向调控、环保、高效、低成本的人工蛋白纤维材料增强MICP固结砂土技术提供理论基础和技术支撑。

结项摘要

人工嵌合蛋白纤维增强微生物诱导碳酸盐沉积(MICP)是一种低能耗、低排放的绿色固结技术,但缺乏深入的过程和机制研究。本课题首先分别以羊毛纤维、角蛋白、聚谷氨酸(γ-PGA)和黄原胶为研究对象,深入研究并探索蛋白纤维对MICP固结砂土的影响和增强机制。基于此,选取人工嵌合蛋白纤维MFP 151和交联丝素蛋白,探索人工合成蛋白纤维对MICP固结砂土力学性能的影响。. 首先向MICP固结砂土中添加富含α-角蛋白的羊毛纤维(0.1 wt%)后,抗压强度(UCS)最高提高到对照的3.34倍,并显著提高了抗弯性能。基于此,进一步以α-角蛋白为添加剂,验证了蛋白类添加剂对MICP固结砂土力学性能具有提高作用。以上研究都发现细菌分泌的有机物或者蛋白质通过分子间氢键HN-H…O-C(Si)固结砂粒和方解石。蛋白类添加剂可以促进方解石沉淀,从而提高砂粒对载荷的抵抗力。蛋白类物质固有的弹性特性,可以提高试样的韧性。因此,选取具有黏性和水可分散性的两种阴离子生物聚合物γ-PGA和黄原胶,分别对MICP固结砂土的力学性能和潜在机理进行了研究。结果发现,向MICP固结砂土中添加0.1-9 g/L γ-PGA可将抗压强度提高到对照的1.54-3.96倍,并显著降低脆性。黄原胶也可以有效增强MICP固结效果。. 基于以上研究结果,选取人工嵌合蛋白纤维MFP 151和交联丝素蛋白,探索人工合成蛋白纤维对MICP固结砂土力学性能的影响。结果发现,MFP 151可以将MICP固结砂土的UCS和韧性分别提高到对照的2.43倍和2.13倍。在MICP处理前,将0.05%vt戊二醛、交联试剂和1%wt丝素蛋白加入到松散砂土中,UCS和抗弯强度分别最高提高到对照的2.77倍和4.10倍。通过细胞活力测试和转录组分析,首次发现戊二醛的弱毒性环境具有一定程度的细菌活力刺激。本研究探索了人工合成蛋白纤维添加剂在提高MICP固结砂土力学性能中的作用,为开发可定向调控、环保、高效、低成本的人工合成蛋白纤维材料增强MICP固结砂土技术提供理论基础和技术支撑。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(2)
Effect of wool fiber addition on the reinforcement of loose sands by microbially induced carbonate precipitation (MICP): mechanical property and underlying mechanism
羊毛纤维添加对微生物诱导碳酸盐沉淀(MICP)松散砂体加固的影响:力学性能和潜在机制
  • DOI:
    10.1007/s11440-020-01112-6
  • 发表时间:
    2021-01
  • 期刊:
    Acta Geotechnica
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Dunfan Yao;Jiao Wu;Guowei Wang;Pengbo Wang;Jun-Jie Zheng;Jinyong Yan;Li Xu;Yunjun Yan
  • 通讯作者:
    Yunjun Yan
An anionic biopolymer γ-polyglutamate enhanced the microbially induced carbonate precipitation for soil improvement: mechanical behaviors and underlying mechanism
阴离子生物聚合物γ-聚谷氨酸增强微生物诱导的碳酸盐沉淀以改善土壤:机械行为和潜在机制
  • DOI:
    10.1007/s11440-022-01539-z
  • 发表时间:
    2022-03
  • 期刊:
    Acta Geotechnica
  • 影响因子:
    5.7
  • 作者:
    Dunfan Yao;Jiao Wu;Shuang Niu;Zhaorui Gu;Jun-Jie Zheng;Jinyong Yan;Li Xu;Min Yang;Yunjun Yan
  • 通讯作者:
    Yunjun Yan

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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