Previous studies have indicated that exopolymer alters the rheological properties of the local environment. Recently, scientists have used rheology to evaluate exopolymer gels produced by various microbes.
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当生长条件有利时，许多细菌和浮游藻类会产生外聚物。在细菌中，外聚物在细胞的外表面形成胶囊，其主要功能是增加细胞的有效直径，并有助于更好地粘附细菌细胞到表面上。在藻类中，它形成了一个局部网络，该网络会使水变稠或凝胶。
由微生物产生的外聚合物的概述
一些常见的细菌将外聚物作为其不断增长的制度的一部分是Pseudomonas, Arthrobacter, Bacillus,Anabaena，Nostoc，等。当从细胞中释放出聚合物时，它可能会修饰固体表面以更好地连接细胞。当细菌细胞不在有利条件下，例如在营养缺乏的条件下，它会降低大小，圆形并脱落外聚合物胶囊。
Previously, many researchers have studied rheological thickening on ocean turbulence. However, while conducting these studies, the contribution of exopolymers to the rheological properties was not well included. In the context of bacteria producing exopolymer, this compound promotes superior adherence of the cell on the surface and limits bacterial mobility, which clogs pores.
This leads to poor septic tank performance, reduction in groundwater infiltration in recharge basins, and clogging of systems related to in situ bioremediation process.
外聚合物的化学特征是多种多样的，它取决于细菌或藻类的性质。这些细胞外聚合物（EPS）通常由蛋白质，多糖，核酸，脂质和复杂的大分子组成。
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这些分子可以发展出可以与大量水结合的交联的三维分子网络。因此，生物膜或外聚合物被认为是复杂的水凝胶，它们构成了针对化学，生物学和机械危害的细菌保护性屏蔽层。它还可以防止干燥。另外，EPS基质降低了杀菌剂的有效性。
Rheological Properties of Exopolymer Gel
先前的研究表明，即使在杀死了其生产的细菌后，EPS矩阵也为生物膜提供了机械强度。发现生物膜具有抵抗物理力的能力，例如流动水的剪切应力。
EPS矩阵的这种机械强度是由于外聚物的两个主要特征，即具有粘附在表面和内部内聚力的能力。这两种特性都与生物膜密切相关。科学家透露，生物膜的凝聚力通过粘弹性反映，这是由于交联聚合物网络而发生的。
生物膜交联中存在的某些物理相互作用是氢键，范德·瓦斯力，静电相互作用，离子桥和纠缠。
通常，藻酸盐样外聚物（ALES）为污泥和生物膜提供结构完整性。因此，最近科学家将其用作EPS矩阵的模型来评估生物膜的机械性能。在钙离子存在下形成凝胶，这会赋予生物膜粘附和强度。基于藻类藻酸盐的ALE模型有助于阐明生物膜EPS的机械性能。
先前的研究表明，钙离子在薄啤酒层中的积累有助于其密度。最近，科学家用跳跃计测量了外聚物凝胶的时间依赖性粘弹性。据报道，水凝胶的肿胀状态会影响外聚物的粘附，渗透率机械强度和降解。
Synaeresis（从凝胶中提取液体）的因素取决于粘弹性特性，凝胶的孔径和渗透性。上层盐浓度的升高促进了Synaeresis，这与在干燥过程中生物膜的存活有关。
一种实验模型，用于评估外聚物凝胶使用流变学
研究人员已经准备了一个啤酒凝胶模型，该模型包含相等量的啤酒，碳酸钙量不同（CACO3）和葡萄糖 - δ-乳酮（GDL）。GDL在水中水解后形成葡萄糖酸，这导致最终挥发性悬浮固体（VSS）。
在这项研究中，胶凝过程发生在100％的潮湿环境中。科学家观察到CA的增加2+：ALE比率导致VSS密度的增加。此外，啤酒网络变得紧凑，Caco浓度升高3由于交联的数量较高。
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This model showed that during gelation, water is expelled from the samples (synaeresis), which occurs due to contraction in the hydrogel network. Additionally, researchers found that synaeresis was less pronounced at low calcium ion concentrations.
这项研究发现，如果啤酒凝胶不受干扰，它们的弹性特性保持不变。但是，当生物膜暴露于持续力时，发现显着的粘弹性没有破裂。当钙离子浓度高时，发现外聚合物凝胶的流量较慢。
这是因为CA的存在2+increased the density of the matrix with more crosslinks needing to be broken with increasing strain. Put simply, an increase of calcium content in the exopolymer gel caused an increase in water removal, which was correlated with the formation of stiffer and brittle gels.
未来的研究
科学家认为，ALE凝胶模型是研究外聚合物凝胶的机械性能的绝佳平台。它可用于开发生物污染清洁的方法。将来，可以通过添加更多在生物膜（例如DNA）中存在的组件来扩展该模型。
参考和进一步阅读
Pfaff，N.M。等。（2021）。与钙交联的藻酸盐样外聚合物凝胶的流变特征。水研究。207. 117835。https://www.欧洲杯线上买球sciendirect.com/science/article/pii/s00431354210290?via%3dihub
Decho, W.A. and Gutierrez. (2017) Microbial Extracellular Polymeric Substances (EPSs) in Ocean Systems. Frontiers in Microbiology. 8:922.https://www.frontiersin.org/欧洲杯猜球平台articles/10.3389/fmicb.2017.00922/full
Bhatnagar，M。等。（2012）来自沙漠的蓝细菌的多功能外聚合物的流变学和组成Anabaena variabilis。Journal of Applied Phycology。24。第1387–1394页。https://doi.org/10.1007/s10811-012-9791-7
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