• 한국미생물·생명공학회지
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• 제40권3호
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• pp.169-179
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• 2012

미생물에 의한 탄산칼슘침전은 생물 화학적으로 풍화, 침식된 시멘트 건축구조물 표면의 미학적 복원 및 수분침투 방지를 목적으로 응용되었다. 이 기술의 두드러진 장점이 보고된 후 유럽과 미국을 중심으로 미생물을 이용한 건축공학적 응용가능성에 대한 연구가 활발히 이루어져 왔다. 견고하고 원재료와의 호환성이 뛰어난 이 기술은 다양한 탄산칼슘형성세균의 선별 또는 배양 및 적용방법의 개발로 그 관심이 촉발되었다. 본 총설의 목적은 친환경적 건축소재에 대한 관심이 높아지고 그 필요성이 대두되고 있는 현 시점에서 미생물 탄산칼슘형성 매카니즘과 그 관련 기술들을 검토해 보고자 한다. 본론에선 시멘트 건축물 표면코팅 효과에 대한 방법론적 연구사례들을 조사하였고, 시멘트 구조물의 내구성 증진을 위한 미생물의 첨가에 대한 연구사례들도 함께 살펴보았다. 부가적으로 향후 미생물의 다기능성을 이용한 자기수복 스마트 콘크리트 개발에 대한 개념을 살펴보고 그 미래를 전망하였다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제38권2호
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• pp.216-221
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• 2010

본 연구는 탄산칼슘형성세균을 이용하여 시멘트-모래 모르타르의 압축강도증진 및 균열보수의 응용에 연구의 목적이 있다. 독도로부터 분리한 7가지의 탄산칼슘형성세균을 16S rDNA 염기서열을 이용하여 동정했다. 고체배지상의 콜로니 주변부에 형성되는 광물결정을 확인했다. Urea-$CaCl_2$ 배지에서 형성되는 광물의 모양은 종 특이적인 것을 확인했다. Arthrobacter nicotinovorans KNUC601, Microbacterium resistens KNUC602, Agrobacterium tumefaciens KNUC603, Exiguobacterium acetylicum KNUC604, 및 Bacillus thuringiensis KNUC606균주는 인위적으로 만든 모르타르 균열부위를 메우는 것을 확인했다. Stenotrophomonas maltophilia KNUC605가 혼입된 시멘트-모래 모르타르는 음성대조구에 비해 14.7%정도 강도가 증가됐다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권1호
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• pp.103-108
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• 2023

이 연구에서는 자발적 균열 치유 콘크리트에 적용할 수 있는 미생물자원을 확보하기 위한 기초 연구를 수행하였다. 이를 위해 본 실험에서는 생체광물 형성 미생물을 시료에서 분리하고 시멘트 내부 생존 및 탄산칼슘 석출량을 비교하여 적합한 미생물자원을 확보하였다. 시료에서 내생포자(endospore)를 형성하는 Bacillus 계열의 박테리아를 분리하여 16S rRNA 염기서열 분석법으로 동정한 6종의 미생물이 생성하는 탄산칼슘 석출량을 비교하였다. 탄산칼슘 석출량이 가장 많은 Bacillus velezensis와 Bacillus subtilis의 2종의 미생물을 선별하였고, 모르타르에 첨가 후 양생하여 위상차 현미경 관찰을 통해 미생물의 생존을 확인하였다. 또한 모르타르에 인위적 균열을 발생시켜 미생물에 의해 생성된 균열치유물질에 의한 자발적 균열 치유 작용을 확인할 수 있었다.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제39권3호
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• pp.287-293
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• 2011

본 연구는 터널표면의 퇴색 및 변색을 초래할 것으로 생각되는 주요 균사형진균을 결정하고, 그 진균을 방제하기 위해 부근 장소에서 분리된 세균들이 항진균 길항능을 가지는 동시에 탄산칼슘 형성을 확인하였다. 이 균주를 이용하여 모르타르에 적용했을 때 항진균 및 압축강도 증진효과를 가진 세균자원을 확보하는데 그 목적이 있다. 터널내의 오염된 지역에서 시료를 취하여 다양한 배지를 이용하여 곰팡이, 효모 및 세균을 분리하였고, 분리된 진균의 ITS-5.8S rRNA gene sequene와 세균의 16s rDNA sequence를 이용해 부분동정을 실시했다. 분리된 미생물의 터널 내 분포를 결정하였으며, 분리된 세균 5종의 탄산칼슘 형성능력을 확인하였다. 터널내 오염지역에서 가장 널리 분포하는 곰팡이인 C. sphaerospermum KNUC253 과 감수성 시험에 널리 이용되는 공시균인 A. niger KCTC6906을 대상으로 항진균 시험을 실시하였다. 터널 분리세균 5종 모두 urea-$CaCl_2$ 고체배지에서 배양했을 때 콜로니 주변부 에서 종 특이적으로 다양한 크기와 형태의 탄산칼슘을 형성함을 확인하였다. 그 중 B. aryabhatti KNUC205는 감수성 곰팡이를 대상으로 뛰어난 항진균 길항능을 보였다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제20권4호
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• pp.782-788
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• 2010

Microbiological calcium carbonate precipitation (MCP) has been investigated for its ability to improve the compressive strength of mortar. However, very few studies have been conducted on the use of calcite-forming bacteria (CFB) to improve compressive strength. In this study, we discovered new bacterial genera that are capable of improving the compressive strength of mortar. We isolated 4 CFB from 7 environmental concrete structures. Using sequence analysis of the 16S rRNA genes, the CFB could be partially identified as Sporosarcina soli KNUC401, Bacillus massiliensis KNUC402, Arthrobacter crystallopoietes KNUC403, and Lysinibacillus fusiformis KNUC404. Crystal aggregates were apparent in the bacterial colonies grown on an agar medium. Stereomicroscopy, scanning electron microscopy, and X-ray diffraction analyses illustrated both the crystal growth and the crystalline structure of the $CaCO_3$ crystals. We used the isolates to improve the compressive strength of cement-sand mortar cubes and found that KNUC403 offered the best improvement in compressive strength.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제23권9호
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• pp.1269-1278
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• 2013

Crack remediation on the surface of cement mortar using microbiological calcium carbonate ($CaCO_3$) precipitation (MICP) has been investigated as a microbial sealing agent on construction materials. However, MICP research has never acknowledged the antifungal properties of calcite-forming bacteria (CFB). Since fungal colonization on concrete surfaces can trigger biodeterioration processes, fungi on concrete buildings have to be prevented. Therefore, to develop a microbial sealing agent that has antifungal properties to remediate cement cracks without deteriorative fungal colonization, we introduced an antifungal CFB isolated from oceanic islands (Dokdo islands, territory of South Korea, located at the edge of the East Sea in Korea.). The isolation of CFB was done using B4 or urea-$CaCl_2$ media. Furthermore, antifungal assays were done using the pairing culture and disk diffusion methods. Five isolated CFB showed $CaCO_3$ precipitation and antifungal activities against deteriorative fungal strains. Subsequently, five candidate bacteria were identified using 16S rDNA sequence analysis. Crack remediation, fungi growth inhibition, and water permeability reduction of antifungal CFB-treated cement surfaces were tested. All antifungal CFB showed crack remediation abilities, but only three strains (KNUC2100, 2103, and 2106) reduced the water permeability. Furthermore, these three strains showed fungi growth inhibition. This paper is the first application research of CFB that have antifungal activity, for an eco-friendly improvement of construction materials.

• 대한환경공학회지
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• 제35권8호
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• pp.598-606
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• 2013

본 연구에서는 실제 매립장에 매립되어 있는 슬러지 고화물을 대상으로 생광물화 미생물 종분석을 위한 기초 연구를 수행 하였고, 또한 분석된 미생물을 배양하여 일반적으로 알려진 생광물화균과의 대조 실험을 통해 토착 미생물의 carbonate 생성능을 기기분석을 통해 비교 평가하였다. 시료내 미생물 종분석을 16S rDNA 시퀀스 분석을 통해 수행해본 결과, 다양한 미생물종이 관찰되었으며, 특히 생광물화 기작에 관여한다고 알려진 호기성 토양 미생물의 한종인 Bacillus megaterium과 금속을 환원시켜 미네랄염 상태로 전환시키는 Alkaliphilus metalliredigens의 근연종을 확인 하였다. 복토재에서 분리 배양한 균주를 이용하여 실험을 수행한 결과, 생광물화 균주가 주입된 실험군에서 미생물이 주입되지 않은 대조군보다 이산화탄소의 감소량이 더 컸다. 이와 연계하여 반응후 열중량분석기(TG-DTA)를 이용하여 탄산염(carbonate minerals)을 정량한 결과, 미생물이 주입된 실험군에서 대조군에 비해 약 30% 정도 더 생성된 것을 확인 하였다. 이러한 실험 결과로 비춰 볼 때 열중량분석법(TG-DTA)은 이산화탄소의 생물학적 전환에 의해 생성된 탄산염물의 정략적 분석에 적합할 것으로 판단된다. 이를 종합해 보면 복토재로 현장 매립된 슬러지 고화물은 매립장에서 표면 발산되는 이산화탄소의 자연적인 탄산염 전환 매체로서 적용이 가능할 것으로 판단된다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제22권7호
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• pp.1015-1020
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• 2012

Antifungal cement mortar or microbiological calcium carbonate precipitation on cement surface has been investigated as functional concrete research. However, these research concepts have never been fused with each other. In this study, we introduced the antifungal calcite-forming bacteria (CFB) Bacillus aryabhattai KNUC205, isolated from an urban tunnel (Daegu, South Korea). The major fungal deteriogens in urban tunnel, Cladosporium sphaerospermum KNUC253, was used as a sensitive fungal strain. B. aryabhattai KNUC205 showed $CaCO_3$ precipitation on B4 medium. Cracked cement mortar pastes were made and neutralized by modified methods. Subsequently, the mixture of B. aryabhattai KNUC205, conidiospore of C. sphaerospermum KNUC253, and B4 agar was applied to cement cracks and incubated at $18^{\circ}C$ for 16 days. B. aryabhattai KNUC205 showed fungal growth inhibition against C. sphaerospermum. Furthermore, B. aryabhattai KNUC205 showed crack remediation ability and water permeability reduction of cement mortar pastes. Taken together, these results suggest that the $CaCO_3$ precipitation and antifungal properties of B. aryabhattai KNUC205 could be used as an effective sealing or coating material that can also prevent deteriorative fungal growth. This study is the first application and evaluation research that incorporates calcite formation with antifungal capabilities of microorganisms for an environment-friendly and more effective protection of cement materials. In this research, the conception of microbial construction materials was expanded.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제27권6호
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• pp.138-143
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• 2023

이 연구에서는 탄산칼슘 형성 박테리아의 내생포자를 접종한 알지네이트 겔과 포자현탁액 형태의 균열치유제를 모르타르에 첨가하여 균열치유성능을 비교, 분석함으로써 균열치유제 제조방법별 균열치유성능을 분석하였다. 또한 박스형 암거 형태의 실 구조물에 적용하여 실험실 환경뿐만 아니라 개발된 균열치유제가 실제 현장에 적용될 수 있는 환경을 조성하여 실구조물 스케일에서 균열치유성능을 검증하고자 하였다. 건조 방식을 달리한 두 가지 형태의 알지네이트 겔로 구성된 균열치유제를 분석한 결과, 건열건조 방식의 균열치유제는 균열치유 성능을 나타내었으나, 동결건조 방식의 경우 얼음 결정에 의해 다수의 포자가 사멸되어 균열치유성능을 잃는 것으로 나타났다. 실스케일 구조물의 균열부에서 추출된 균열치유 추정물질의 SEM 사진과 XRD 패턴 분석 결과 균열치유제에 적용된 균열치유 미생물이 생성한 탄산칼슘 결정 중 하나인 calcite인 것으로 나타났으며, 미생물에 의한 균열치유메커니즘이 실구조물에서 구현될 수 있음을 확인하였다.