Текст книги "Экологическая безопасность среды обитания человека. Средство обеспечения экологической безопасности внутренней среды обитания"

Экологическая безопасность среды обитания человека
Средство обеспечения экологической безопасности внутренней среды обитания
Равиль Абдуллович Тулумбаев

© Равиль Абдуллович Тулумбаев, 2017

ISBN 978-5-4485-4357-9

Создано в интеллектуальной издательской системе Ridero

Средство обеспечения экологической безопасности внутренней среды обитания человека

Пористый композитный материал фрактальной конструкции (биополиминеральный композиционный материал) выполнен из органических и неорганических веществ и предусматривает пространственное размещение материала и различные аспекты практического использования.

Предложенный материал формирует способ контроля микроклимата и безопасную окружающую среду обитания человека, а также является средством контроля микро-климата среды обитания человека и источником тока для микро и нано электроники.

Альтернативный источник питания различных изделий микроэлектроники (датчики, сенсоры и т.д.)

Биополиминеральный композиционный материал, содержит: по меньшей мере, один белок (под термином белок подразумеваются в первую очередь материалы животного и растительного происхождения на основе белков, а также белковые материалы, синтезированные искусственным путём, материалы аналогичные по физическим и химическим свойствам белкам); микроорганизмы (под термином микроорганизмы в данном случае подразумеваются исходные культуры бактерий, простейших, грибков, водорослей, дрожжей и т.п., вносимые в сырье для производства композиционного материала, для последующего образования комплексов и ансамблей); по меньшей мере, одно соединение, включающее по меньший мере один неорганический элемент.

При конструировании биокомпозитного материала (из белков и неорганических веществ) используются новые направления в «зеленой» технологии биополимеров:

использование существующих организмов как источник биополимеров;

выделение из воздушной среды микроорганизмов и организация роста колоний в созданной питательной среде – биореакторе;

использование микроорганизмов в качестве каркаса для неорганических веществ и образования в последующем технологическом процессе пористого био-композиционного материала с микроструктурой из ячеек, включающие нанобио-электроды и электролит;

использование продуктов жизнедеятельности существующих организмов для производства мономеров – сырья для производства биополимеров.

Термин композиционный (композитный) материал в данном случае подразумевает одновременное и совместное использование нескольких материалов / сред / существ, аналогично в данном случае может быть использован термин гибридный материал, указывающий на использование материалов микро– и нано-размеров. Полученный биополиминеральный композиционный материал может быть использован в качестве клеящего вещества, в качестве связующего вещества для наполнителей природного и искусственного происхождения, а также в качестве наружного покрытия. В случае необходимости, регенерация материала осуществляется снятием микрослоя с поверхности изделия выполненного из материала или нанесения покрытия из данного материала.

Использование метода мета-анализа и проводимый систематический обзор публикаций в различных дисциплинах и областях фундаментальных и прикладных наук позволило сформировать и подкрепить понимание и назначение изобретения. Выполняемые экспериментальные и исследовательские работы основывались на принципах бионики / biomimetics, то есть на научном направлении рассматривающем изучение структуры и функций биологических систем и объектов в качестве моделей для создания инженерных решений.

Известно, что как микроорганизмы, так и живые клетки обладают собственной энергией и постоянно используют большое количество белков и минералов для того, чтобы построить (сформировать) самоорганизующемся способом клеточные материалы микро и нано метровых размеров. Таким образом, примеры из мира живой природы становятся основой для создания инженерных решений.

Основываясь на том, что в настоящее время известны композиционные материалы со структурами микро и нано уровня, производимые, как из синтетических, так и из биологических материалов (протеины, коллаген и др.), природных минералов, позволяют получать мембраны, подобные мембранам для обратного осмоса (т.е. задерживать и обезвреживать органические соединения) и на том, что белки обладают природной способностью формировать регулярные структуры в виде кристаллических решёток, а также на способности бактерий поглощать (выщелачивать) металлы, становится возможным предложить биополиминеральный композиционный материал, представляющий собой иерархическую структуры из пор.

Предложенный материал представляет собой биополиминеральный композиционный материал, содержащий: белки (белок одного типа в предельном случае), микроорганизмы (одного либо нескольких видов, штаммов), а также необходимую совокупность, соединений, на базе неорганических элементов (то есть неорганические и/или металлоорганические соединения).

Конструирование структуры биополиминерального композиционного материала осуществляется самосборкой с участием микроорганизмов при управляемом и контролируемым воздействии на процесс. Возможность практического использования биополиминерального композиционного материала основана на явлении биоминерализации, которая будет представлять собой подготовительную биохимическую операцию к основному технологическому процессу, формирующему плёночное покрытие для функционального обеспечения источника тока структурных пор-ячеек (несущих назначение фотоэлектрохимических ячеек) и для склеивания их при формировании пористой структуры.

Термин биоминерализация (индуцируемая биоминерализация, матрицируемая биоминерализация), то есть получения минералов под воздействием микроорганизмов, введен в научный оборот в палеонтологии.

Конструирование структуры биополиминерального композиционного материала осуществляется самосборкой с участием микроорганизмов при управляемом и контролируемым воздействии на процесс.

В качестве примера индуцируемой биоминерализации может быть приведена минералогическая сторона жизнедеятельности тионовых (окисляющих) и сульфатредуцирующих бактерий. При окислении сульфидных минералов с помощью тионовых бактерий продукты деструкции сульфидов накапливаются в гипергенном растворе (представляющем собой конкретную геологическую среду) в форме кислых сульфатных комплексов типа [Me (HSO4) n] +m, которые, подвергаясь гидролизу, дают материальную основу для формирования таких минералов, как ярозит, брошантит, батлерит и др. Минерал подобные фазы, возникающие в организмах по ходу нормального либо патологического метаболизма, формируются в качестве промежуточного результата движения материи в биологических циклах. При этом организмы находятся в состоянии интенсивного массоэнерго и информационного обмена с окружающей средой.

Согласно, электрохимической модели бактериального окисления сульфидов в условиях прямого контакта клетки микроорганизма с минералом, клетка, благодаря своим окислительным ферментам и катализаторам, стимулирует окислительный процесс на минерале, в результате чего получает необходимую для своего существования и развития энергию. В свою очередь, микроорганизм выступает в роли живого окислителя, а с точки зрения электрохимической модели процесса окисления – живого катода. Минерал, становясь донором электронов для бактериальной клетки, окисляется, то есть разрушается, занимая в этой системе анодную позицию. На разных минералах, в первую очередь в зависимости от их химической и структурной конституции, этот процесс в отношении его общего характера и интенсивности осуществляется индивидуально. В итоге, окисление руд направляется и контролируется особенностями электрохимических реакций, протекающих между контактирующими минералами и участвующими в этом процессе микроорганизмами.

Для получения композиционного материала могут быть использованы молочнокислые бактерии (неподвижные, неспорообразующие кокковидные или палочковидные представители отряда Lactobacillales {Lactococcus lactis или Lactobacillus acidophilus}; Lactobacillales из класса актинобактерий – бифидобактерии, которые часто рассматриваются в одной группе с молочнокислыми бактериями; некоторые представители аэробных спорообразующих родов Bacillus {Bacillus coagulans} и Sporolactobacillus {Sporolactobacillus inulinus}, которые иногда включают в группу молочнокислых бактерий из-за сходства в метаболизме углеводов и их роли в пищевой промышленности), уксуснокислые бактерии (Acetobacter), ацидофильные бактерии (Thiobacillus thiooxidance, Thiobacillus ferrooxidans), штаммы рода Sulfolobus, дрожжи Saccharomyces cerevisiae, сапрофитические виды бактерий и грибов, «сине-зеленые» водоросли.

В качестве белкового и неорганического составляющего, то есть белковой и неорганической основы композиционного материала для «посева» ми

...

конец ознакомительного фрагмента