生物微胶囊的制备及其应用研究

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1、分类号TB学校代码10590UDC324、332密级公幵i$HA.fSHENZHENUNIVERSITY硕士学位论文生物微胶囊的制备及其应用研究申请人姓名罗园春申请人学号2120120107专业名称材料物理与化学导师姓名及职称朱光明副教授二O—五年五月十日深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文是本人在导师的指导下，独立进行研宄工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写的作品或成果。对本文的研宄做出重要贡献的个人和集体，均己

2、在文中以明确方式标明。本声明的法律后果由本人承担。论文作者签名：〉日期年h月/v日学位论文版权使用授权书(必须装订在印刷本首页）本学位论文作者完全了解深圳大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属深圳大学。学校有权保留学位论文并向国家主管部门或其他机构送交论文的电子版和纸质版，允许论文被査阅和借阅。本人授权深圳大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(涉密的学位论文在解密后适用本授权书）论文

3、作者签名：’i导师签名：日期：h士年’月厶闩曰期：fnf•日分类号TB学校代码10590UDC324、332密级公开深圳大学硕士学位文生物微胶囊的制备及其应用研究学位申请人姓名罗园春专业名称材料物理与化学学院（系、所）材料学院指导教师朱光明副教授生物微胶囊的制备及其应用研究摘要微生物产生的生物矿物碳酸钙是一种很好的混凝土裂缝修复剂。某些细菌能代谢钙离子，形成碳酸钙沉淀物，填补裂缝。因此可以先将这些细菌进行微胶囊化，然后埋入混凝土中，成为自修复混凝土。考虑到微生物与微胶囊制备材料的生物相容性，生物微胶囊的壁材通

4、常都是天然高分子，如海藻酸钠、甲壳素、明胶等，这些高分子都是亲水物质，在水里会溶解或溶胀。在与混凝土复合的过程中不具有防水性能，使得微胶囊不能让微生物成功渡过潜伏期，因此不适合用在自修复混凝土中。本文以环氧E-51为壁材，通过油相悬浮分散法制备了含有科氏芽孢杆菌DSM6307孢子的防水性生物微胶囊，优化了微胶囊的制备工艺参数，研究了微胶囊化对孢子活性的影响，测试了孢子对环氧及其固化剂的生物相容性，考察了这种生物微胶囊在混凝土中的自修复过程，解决了孢子在混凝土中的埋入和休眠问题，为实现混凝土的生物自修复迈出了关

5、键的一步。为防止孢子在微胶囊化之前遇水萌发，本论文采用双油相悬浮分散法来制备微胶囊，也就是，分散相和连续相均为油相，全过程无水。工艺过程是：先将孢子与萌发剂、营养物质混合造粒，再在表面裹上一层环氧树脂，然后加入固化剂使环氧树脂部分固化，以增加树脂在芯材上的附着力，再转移至油性溶剂聚二甲基硅油中，搅拌分散，进行二次固化，形成以环氧树脂为壁材的生物微胶囊。论文系统地考察了芯/壁比、搅拌速率、固化剂、预固化时间、二次固化温度对微胶囊性能的影响，得到了优化后的工艺参数：芯壁比为1:1.0，使用固化剂DMP-30，用量

6、10克每百克环氧E-51，预固化时间为40min，两次固化温度50℃，搅拌转速为300rpm，二次固化时间2~3小时。包覆后，通过平板菌落计数法得知微胶囊化后囊芯中孢子的存活率达到89.2%。通过防水性测试得知微胶囊在纯水中浸泡7天后不破裂，表明壁材具有优异的防水性。通过矿化率实验得知微胶囊在高碱环境中浸泡6h后，矿化活性依然高达81.5%，表明微胶囊能够保证孢子在高碱环境下具有较高的矿化活性。即该微胶囊在能够保证孢子存活率的同时也具有优异的防水性能，保证了微胶囊在复合到混凝土中之后依然能够保持原来状态，使得

7、微胶囊中的孢子能够持续保持休眠状态，直到混凝土开裂使微胶囊触发而释放芯I生物微胶囊的制备及其应用研究材中的孢子。为考察微胶囊壁材的力学触发性能，论文将环氧树脂壁材做成了标准试块进行性能表征，实验结果表明，在所挑选的三种典型环氧固化剂所固化的环氧试块中，DMP-30所固化的环氧试块的脆性最好，且断裂强度最低，约为86N。为考察微胶囊在混凝土基体中的力学触发性能，将这种生物微胶囊埋入了普通的波特兰水泥基体中，对其进行抗压试验，发现微胶囊在应力下可以随基体同时破裂，释放芯材。修复试验表明，37℃下，30天时间，科氏

8、芽孢杆菌DSM6307代谢沉积出的碳酸钙基本可以将宽为100m的裂缝填平，且宽度大于500m的大裂纹也有被修复的趋势。关键词：自修复；混凝土；生物微胶囊；科氏芽孢杆菌；环氧树脂IIThepreparationandapplicationofbio-microcapsulesAbstractMicrobeisagoodrepairingagentforconcretecracks,assomeba