Adheze jednobuněčných řas Chlorella vulgaris na pevné povrchy

Ing. Marcela Širmerová

Doctoral thesis

Adhesion of microalgae Chlorella vulgaris to solid surfaces

Anotácia:

I když adheze bakterií a kvasinek byly rozsáhle studovány v širokém rozsahu experimentálních a teoretických přístupů, výrazně menší pozornost byla dosud zaměřena na přilnavost jednobuněčných řas k pevným materiálům. Proto je tato disertační práce zaměřena na fyzikálně-chemické aspekty adheze jednobuněčných řas. Výsledky prezentovány v této práci jsou založeny na experimentální charakterizaci povrchových vlastností řas (Chlorella vulgaris) a pevných látek pomocí měření kontaktního úhlu a zeta potenciálu. Tyto údaje byly následně použity v procesu modelování povrchových interakcí (termodynamické, klasické a rozšířené DLVO modely), což vedlo ke kvantitativní predikci interakčních intenzit. Nakonec byly modelové předpovědi porovnány s experimentálními daty adhezních testů řas na povrchy modelových pevných látek s cílem identifikovat fyzikálně-chemické síly, jimiž se řídí interakce řasy-pevná látka. Tyto modelové pevné látky byly připraveny s cílem pokrýt širokou škálu vlastností (hydrofobitu, povrchový náboj). Výsledky ukázaly, že v prostředí s nízkou iontovou silou byla adheze ovlivněna především elektrostatickou přitažlivostí/odpuzováním mezi povrchy, zatímco se zvyšující se iontovou silou rostl význam nepolárních (hydrofobních) interakcí. Mezi testovanými materiály byla pozorována nejvyšší adheze buněk Chlorella vulgaris na 3-aminopropyltriethoxysilanem modifikované sklo (APTES sklo), simulující povrchové vlastnosti nerezové oceli. Vliv povrchových vlastností pevných látek na stupeň kolonizace jednobuněčnou řasou byl statisticky významnější než vliv složení kultivačního média na buněčný povrch Chlorella vulgaris.

Abstract:

Although adhesion of bacteria and yeast have been extensively studied by a wide range of experimental and theoretical approaches, significantly less attention has been focused on microalgal adhesion to solid materials. Therefore this doctoral thesis is focused on physico-chemical aspects of microalgal adhesion. The results are based on experimental characterization of surface properties of both microalgae and solids by contact angle and zeta potential measurements. These data were subsequently used in modeling the surface interactions (thermodynamic, classical and extended DLVO models) resulting in quantitative prediction of the interaction intensities. Finally, the model predictions are compared with experimental adhesion tests of microalgae onto model solids in order to identify the physico-chemical forces governing the microalgae-solid interaction. The model solids were prepared in order to cover a wide range of properties (hydrophobicity, surface charge). The results revealed that in low ionic strength environment the adhesion was influenced mostly by electrostatic attraction/repulsion between surfaces, while with increasing ionic strength grew the importance of apolar (hydrophobic) interactions. Among tested materials the highest adhesion of Chlorella vulgaris cells was observed to (3-aminopropyl)triethoxysilane modified glass (APTES glass) mimicking the surface properties of stainless steel. The impact of solid surface properties on the degree of colonization by microlagae was statistically more significant than the influence of culture medium composition on cell surface of Chlorella vulgaris.

Kľúčové slová

adheze, zelené řasy, bioreaktory

Keywords

micralgae, photobioreactors, adhesion

Jazyk práce: Czech

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 24. 9. 2015

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: prof. Ing. Jan Vymazal, CSc.

Czech University of Life Sciences Prague

Faculty of Environmental Science

Doctoral programme / odbor:
Applied Ecology / Applied and Landscape Ecology