CC BY
46УДК 625.041.2:691.3
DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-772-7-66-72
В.В. СТРОКОВА1, д-р техн. наук (vvstrokova@gmail.com); Д.Ю. ВЛАСОВ2, д-р биол. наук, О.В. ФРАНК-КАМЕНЕЦКАЯ2, д-р геол.-минерал. наук
1 Белгородский государственный технологический университет им. В.Г. Шухова (308012, г. Белгород, ул. Костюкова, д. 46)
2 Санкт-Петербургский государственный университет (199034, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9)
Микробная карбонатная биоминерализация как инструмент природоподобных технологий в строительном материаловедении
Рассматриваются процессы и механизмы микробной карбонатной биоминерализации как инструмента природоподобных технологий в строительстве. Показана междисциплинарность направления и особенности исследований в области микробной биоминерализации, технологической минералогии и материаловедения как прикладного аспекта использования биогенного минералообразования для управления процессами структурообразования с целью изменения свойств различных видов материалов. Обозначены существующие подходы, имеющиеся проблемы и намечены задачи, решение которых позволит расширить области использования технологий биоминерализации в строительном материаловедении.
Ключевые слова: микробная биоминерализация, микробно-индуцированное осаждение кальцита, самозалечивание бетона, бактерии, микробиота, мочевина.
Исследование выполнено при финансовой поддержке РФФИ в рамках научного проекта № 18-29-12011.
Для цитирования: Строкова В.В., Власов Д.Ю., Франк-Каменецкая О.В. Микробная карбонатная биоминерализация как инструмент природоподобных технологий в строительном материаловедении // Строительные материалы. 2019. № 7. С. 66-72. 00!: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-772-7-66-72
V.V. STROKOVA1, Doctor of Sciences (Engineering) (vvstrokova@gmail.com); D.Yu. VLASOV2, Doctor Sciences (Biology), O.V. FRANK-KAMENETSKAYA2, Doctor Sciences (Geology and Mineralogy)
1 Belgorod State Technological University named after V.G. Shukhov (46, Kostyukova Street, Belgorod, 308012, Russian Federation)
2 Saint Petersburg University (7/9, University Embankment, St. Petersburg, 199034, Russian Federation)
Microbial üarbonate Biomineralisation as a Tool of Natural-like Technologies in Construction Material Science
The processes and mechanisms of microbial carbonate biomineralization as a tool of nature-like technologies in construction are considered. The interdisciplinary direction and features of research in the field of microbial biomineralization, technological mineralogy and materials science as an applied aspect of the use of biogenic mineral formation to control the processes of structure formation in order to change the properties of different types of materials are shown. The existing approaches, existing problems are indicated, and problems the solution of which will make it possible to expand the fields of using technologies of biomineralization in building materials science are outlined.
Keywords: microbial biomineralization, microbial-induced calcite deposition, self-healing of concrete, bacteria, microbiota, urea.
The study was performed with financial support of Russian Foundation for Basic Research, RFBR, in the frame of scientific project No. 18-29-12011.
For citation: Strokova V.V., Vlasov D.Yu., Frank-Kamenetskaya O.V. Microbial carbonate biomineralisation as a tool of natural-like technologies in construction material science. Stroitel'nye Materialy [Construction Materials]. 2019. No. 7, pp. 66-72. (In Russian). DOI: https://doi.org/10.31659/0585-430X-2019-772-7-66-72
Строительное материаловедение является одним из наиболее перспективных междисциплинарных направлений науки для проведения фундаментальных исследований по реализации природоподобных технологических решений. Рассматривая природо-подобные технологии как заимствование и адаптацию принципов природных процессов в условиях технологических реалий промышленности строительных материалов с получением экологически безопасных материалов, одним из наукоемких перспективных направлений является биотехнология, которая в полной мере соответствует идеологии адаптационного принципа экологической стратегии. Согласно В.И. Осипову [1] адаптация — эффективный коэволюционный механизм управления природопользованием, позволяющий сохранять природу и
одновременно использовать ее для создания комфортных условий проживания людей.
Изучение минералогических аспектов при разработке строительных композитов необходимо на всех этапах их жизненного цикла, от процессов образования сырьевых компонентов до деградации при эксплуатации и рециклинге изделия. При этом использование только традиционных методов и подходов биоминералогии недостаточно для разработки при-родоподобных технологий для промышленности строительных материалов, так как современный строительный композит — это многокомпонентная, полиминеральная, полидисперсная, полифазная и полиструктурная система, где функционирование всех компонентов взаимосвязано и при этом определяется минералообразующими процессами. Для раз-
работки перспективных материалов с использованием природоподобных технологий требуется комплексный подход, объединяющий научные знания и методы биоминералогии, микробиологии и строительного материаловедения с учетом технологических возможностей и особенностей жизненного цикла современных строительных композитов.
В последнее время технологическая минералогия кроме традиционных приложений, связанных с обогащением минерального сырья, становится методологической и методической основой для такой междисциплинарной практико-ориентированной отрасли знаний, как строительное материаловедение. Применительно к строительному материаловедению, технологическая минералогия представляет собой отрасль знаний, назначение которой заключается в установлении закономерностей преобразований минеральных парагенезисов техногенных неорганических систем функционального назначения в процессах технологических переделов сырья и онтогенетического цикла строительных материалов. При этом если вопросы, связанные с петрогенезом искусственного камня, являются предметом классического применения методологии и подходов технологической минералогии, то вопросы, связанные с различными этапами онтогенетического цикла строительных материалов, а в особенности повышения долговечности, в аспектах технологической минералогии представляются на данный момент недостаточно разработанными. В частности, это относится к методологии создания так называемых умных (или интеллектуальных) строительных материалов, реализующих обратную связь между различной степенью деструктивных воздействий и реализации функции самовосстановления для снятия последствий этих воздействий.
Согласно определению, приведенному в работе [2], умный материал выполняет в технической системе соответствующие его природным свойствам эксплуатационные функции. Однако при достижении энергии внешнего воздействия некоторого порогового значения, во-первых, он трансформирует эту энергию в изменение своей структуры, обеспечивающее более высокий уровень эксплуатационных свойств, а во-вторых, контролирует и автоматически регулирует этот уровень с помощью системы обратной связи, путем сопоставления величины внешнего воздействия и степени изменения свойств.
Функцию самовосстановления строительных композиционных материалов целесообразно реализовать на начальных стадиях их разрушения, в частности под действием механических нагрузок. При превышении напряжений пластической деформации в материале возникает нарушение сплошности, которое выражается в появлении системы трещин. При восстановлении трещин под воздействием микроорганизмов происходят физико-химические процессы, приводящие к образованию кальцитовых мостиков, которые и герметизируют трещины [3].
В качестве активаторов процесса микробно-индуци-рованного осаждения кальцита в композиционные материалы могут инкапсулироваться лиофилизаты бактериальных культур, которые при определенных параметрах системы стимулируют минералообразование [4—7].
При рациональном выборе прекурсора минеральной или органоминеральной природы, играющего роль питательной среды для инкапсулированной в композиционный материал микробиоты, продуктами метаболизма последнего могут быть минеральные новообразования, заполняющие пространство трещин. При этом происходит блокирование развития трещин в материале [4, 5, 8].
Основы методологии изложенного подхода можно сформулировать следующим образом. Перефразируя знаменитую теорему Геделя о неполноте, на любом замкнутом классе понятий и определений найдется понятие или определение, для формулировки которого необходимо расширить сам класс. На основании этого можно утверждать, что для разработки методологии технологической минералогии при создании «умных» (самовосстанавливающихся) строительных материалов необходимо расширить класс ее объектов биоминералогическими объектами. Иными словами, создать синтез неорганической технологической минералогии и биоминералогии [9].
Согласно одному из основателей отечественной биоминералогии А.А. Кораго, биоминералы, возникающие в результате взаимодействия продуктов микробного метаболизма с окружающей средой, относятся к метабиогенным биоминералам, создающимся при участии живых организмов [10].
Согласно академику Н.П. Юшкину [11], ассоциации биогенных и абиогенных минералов кристаллографически не имеют фундаментальных различий, что наводит на мысль об отсутствии особых биомеханизмов кристаллизации, о функционировании общих кристаллизационных процессов. Это позволяет применять к микробной биоминерализации подходы, разработанные для изучения «классических» объектов минералогии, в частности типоморфный, кристалломорфологический анализ и др.
Определенное отличие методологии биоминералогии в ее классическом понимании и биотехнологической минералогии строительных материалов заключается в изучении разнонаправленных во времени процессов биогенного минералообразования.
Так, задачей биоминералогии является реконструкция процессов биогенного минералообразова-ния. При этом объектами исследования являются результаты финальных стадий минералообразующих процессов. В случае микробной безматричной биоминерализации — минерализованные продукты метаболизма микробиоты. При этом зачастую при полной завершенности процессов микробного минералоо-бразования отсутствуют минеральные образования, которые являлись питательной средой для микроорганизмов, а также отсутствует прямая информация о микробиологическом агенте этих процессов.
В отличие от этого биоминералогические подходы технологической минералогии в аспекте строительного материаловедения отличаются обратной временной направленностью, поскольку определен прекурсор, выполняющий роль среды питания микроорганизмов и известен тип микробиоты. Одной из основных задач этого подхода является реализация процессов метаболизма микробиологических агентов, используемых в биотехнологиях для создания самозалечивающихся строительных материалов [6, 7, 12, 13].
Таким образом, фундаментальной научной задачей, на решение которой направлены усилия исследователей в области создания биотехнологий сохранения и реставрации строительных материалов, является разработка научных принципов управления процессами микробной, в первую очередь карбонатной, биоминерализации в системах искусственных конгломератов — композиционных строительных материалах — с учетом технологической задачи воздействия: залечивание микротрещин в процессе эксплуатации материала, создание защитных покрытий при реставрации, а также синтез искусственного устойчивого композита в условиях производства.
В этой связи проведение междисциплинарных исследований, связанных с изучением минералогических аспектов биотехнологического петрогенеза в строительных материалах, нацеленных на разработку природоподобных технологий, проводимых специалистами в области минералогии, микробиологии и строительного материаловедения, является весьма актуальной научной задачей.
Фундаментальными и прикладными исследованиями в направлении биотехнологических подходов к созданию композитов строительного назначения занимаются научные школы США, Великобритании, Индии, Голландии, России, Италии и др. [3, 4, 6, 7, 12, 13—20]. Практический аспект — попытки внедрения полученных результатов с выходом на промышленную апробацию технологий, до сих пор в большей степени также остается прерогативой зарубежных исследователей [3, 4, 13, 16—18, 20] и до конца не разработан.
Это обусловлено рядом причин, в числе которых некая разрозненность целей и задач, методов и подходов, слаборазвитая междисциплинарность проводимых исследований и, как следствие, нереализуемость на уровне технологических линий.
Анализ как отечественной, так и зарубежной литературы свидетельствует о достаточно четком разделении тематик, связанных с изучением карбонатной биоминерализации при участии микроорганизмов, на исследования в области:
— биоминералогии в аспекте изучения фундаментальных проблем кристаллизации при участии микроорганизмов [21—23];
— материаловедения как прикладного аспекта влияния биогенного минералообразования на изменение свойств различных видов материалов [14, 24, 25].
Для описания процессов микробной карбонатной биоминерализации ученые различных стран исполь-
зуют термины: карбонатогенез [26, 27], биокальци-фикация [15, 28], микробно-индуцированное осаждение [16, 17, 29], ориентированная эпитаксиальная кристаллизация [30] и др.
Механизм процесса микробной карбонатной биоминерализации заключается в осаждении карбонатов, чаще всего карбонатов кальция, в результате ферментативной активности бактериальных культур в кристаллизационных средах. Этот механизм проходит по автотрофному метаболическому пути: осаждение карбоната кальция индуцируется микробами с конверсией углекислого газа в присутствии ионов кальция. Одним из главных акцепторов всего процесса является мочевина. Клеточная стенка с отрицательно заряженными функциональными группами, такими как карбоксильные, фосфатные и амин-ные группы, адсорбирует Ca2+, таким образом являясь своеобразным центром нуклеации кристаллов. Впоследствии карбонаты выпадают в осадок на поверхности клетки. Таким образом, уреаза катализирует гидролиз мочевины. Краткое представление о данном механизме можно представить следующим образом: мочевина диффундирует в бактериальную клетку ^ гидролиз мочевины вызывает повышение рН ^ образованный аммиак диффундирует из клетки ^ сдвиг карбонатно-бикарбонатных равновесий в сторону образования СО3 ^ генерация кристаллоидов [4, 5, 7, 8, 17, 25].
При воссоздании природных процессов в лабораторных условиях компоненты модельных систем по-разному влияют на процессы биомиметики. Так, при исследовании закономерностей кристаллообразования установлено, что наибольшим ингибирующим действием обладает мочевина; в низких концентрациях она замедляет процесс кристаллизации, а при превышении концентрации в десятки раз инициализирует образование кристаллических структур; глюкоза и ионы кальция являются промоторами кристаллообразования [5, 8].
Таким образом, образование биокристаллов карбонатов кальция при участии микроорганизмов происходит в некоей дискретной системе: в период формирования кристалла биологическая система принципиально стремится к минимуму затрат свободной энергии, что приводит к переходу на новый уровень самоорганизации на эволюционном этапе, символизирующем оптимум своего развития.
С точки зрения биоминералогии модельные исследования направлены на изучение особенностей генезиса биоминеральных образований, в том числе карбонатов кальция, и выявление факторов, контролирующих их кристаллизацию. Фундаментальные основы биоминералогии в аспектах эволюции биоминеральных систем планеты и их роли в формировании минеральных образований в системе органическое вещество — минерал были разработаны в трудах выдающихся отечественных и зарубежных ученых: В.И. Вернадского, Я.В. Самойлова, А.А. Ко-раго, Н.П. Юшкина, А.Г. Жабина, Л.К. Яхонто-
вой, Д. Мак-Коннелла, К. Лонсдейл, Д. Сьютор, Х. Лоуэнстам и др. [10, 11, 31—38].
Отдельным аспектом биминералогии можно считать технологические приемы использования микро-биоты для обогащения металлических полезных ископаемых.
С точки зрения микробиологических аспектов, проводимые исследования охватывают:
— изучение различных видов бактерий и питательных сред (с последующей разработкой, например, биохимических агентов для самозалечивания цементных композитов) [5, 7, 13];
— возможности повышения устойчивости бактерий в щелочных средах [39] (например, иммобилизация в силикагель [40]);
— последствия микробиологической активности с точки зрения патогенных воздействий для организма человека, в том числе установление зависимостей сформированных минеральных фаз от вида бактериальных культур, состава среды кристаллизации в условиях, приближенных к физиологическим процессам [37].
К материаловедческому направлению стоит отнести достаточно разноликий спектр исследований, который, обобщая, условно можно разбить на две укрупненные группы по прикладной принадлежности результатов исследований: геотехника и строительное материаловедение (самозалечивание, реставрация, производство).
Использование подходов, связанных с «цементированием» материалов различной природы с использованием микроорганизмов, позволяет улучшать физико-механические и геотехнические свойства модифицируемых систем.
Применение микробиологических процессов в геотехнической практике заключается в осуществлении цементации, кольматации и биоконсолидации грунтов, стабилизации эрозии почв с улучшением их механических свойств и уменьшением проницаемости при создании искусственных геохимических барьеров [16].
Технологии микробно-индуцированного осаждения кальцита привлекают исследователей для секвестрации СО2 через карбоангидразу, являющуюся ме-таллоферментом, который содержит цинк и катализирует обратную реакцию С02 гидратации в бикарбонат. Этот метод намного безопаснее и удобен для окружающей среды, чем обычные методы секвестрации углекислого газа [16].
Отдельные работы посвящены возможностям реставрации объектов культурного наследия с помощью микробной реминерализации [17, 18, 41]. Бактерии, которые колонизируют поверхность камня, покрывают каменную матрицу так называемым биокальцитом. Этот слой, часто в несколько микрометров, состоит в основном из смешанных бактериальных клеток экскреции карбоната кальция. Процедура предусматривает, что цикл реставрации должен быть проведен в течение четырех дней под-
ряд. Микроорганизмы, чтобы выполнить свою задачу биоокисления, нуждаются в питательной жидкости, поэтому важно держать влажной каменную поверхность на время работ. Манипулирование составом питательной среды создает вариации применения биоминерализации для консервации памятников архитектуры из различных материалов, создавая когерентную защитную карбонатную матрицу.
Перспективной прикладной областью применения фундаментальных знаний биоминералогии является залечивание трещин в бетонах и синтез объемных строительных композитов. Предварительно подвергнутые трещинообразованию цементные образцы, содержащие компоненты для самозалечивания, выдерживаются в воде при открытом доступе кислорода и углекислого газа [4, 12]. Время выдерживания 100 дней. Формируются кристаллы различной морфологии: «деформированные» пластинчатые ромбоэдры и игольчатые кластеры, собранные в форме гантели, возможно, полиморфы СаСО3.
В работах ряда авторов [40] предварительно подвергнутые трещинообразованию цементные образцы, содержащие бактерии, выдерживались три дня в растворах мочевины с соединением кальция. Термогравиметрический анализ подтвердил предположения о формировании СаСО3, полиморфная модификация которого не уточняется.
Отличительной особенностью исследований, представленных в работе [19], является предварительная пропитка легкого пористого заполнителя питательной средой и бактериями с последующим использованием этого заполнителя в составе бетонной смеси. После термической обработки (80оС, 21 день) образцы подвергались принудительному трещинообразованию и выдерживались 100 дней в емкостях с водой при свободном доступе С02. Термогравиметрический анализ также подтвердил формирование СаС03. По данным растровой электронной микроскопии авторы предполагают формирование арагонита. В исследовании не приводится количественная характеристика минералообразова-ния и стабильность формируемых минералов.
Очевидно, что недостатком подобных работ является сложность детерминирования формируемых минералов и их взаимодействия с продуктами гидратации цемента, количественного описания процесса, в частности последующего взаимодействия С02 с Са(ОН)2 цементного камня.
Ввиду того что гидратирующийся цементный камень представляет собой совокупность новообразованных и непрореагировавших реликтовых (компонентом сырьевой смеси) минералов, соотношение которых меняется во времени как в технологический, так и в эксплуатационный периоды, это приводит к изменению физических и химических параметров среды, что будет влиять на процессы минералообразования биогенных фаз. С другой стороны, остаются открытыми вопросы влияния остаточных продуктов системы биоминералообразо-
вания (микроорганизмов, питательной среды, эндо-и экзоферментов, биологических катализаторов, высокомолекулярных веществ белковой природы, кислот и т. д.) на продолжающиеся процессы структурообразования, протекающие в строительном композите в период эксплуатации.
Другой перспективной областью применения принципов биоминералогии является производство строительных блоков. Однако данная технология существует только в виде единичных проектов, реализуемых за рубежом, и не получила на данный момент широкого распространения ввиду высокой наукоемкости.
Обобщая результаты выполненных исследований можно заключить, что при синтезе карбонатов кальция при участии микроорганизмов система должна содержать следующие компоненты [5, 20, 28]:
1) бактериальные агенты различной таксономической принадлежности: Bacillus, Paenibacillus, Brevibacillus, Stenotrophomonas, Pseudomonas, Variovorax, Micrococcus и т. д.;
2) питательные компоненты для активации роста бактериальных культур: пептон, глюкоза, дрожжевой экстракт;
3) акцепторы, инициализирующие процесс кристаллизации: кальция лактат, кальция хлорид и т. д.;
4) ингибитор уреазы, в частности мочевина.
Синтезируемыми веществами являются карбонаты кальция в виде кальцита, арагонита либо ватерита. Причем к настоящему моменту лишь отдельными исследованиями уточняются полиморфные модификации карбонатов, формируемые в зависимости от условий синтеза.
Форма и размеры биомиметических кристаллов карбонатов зависят от многих факторов: степени пресыщения кристаллизационной среды; характера воздействий конвекционных потоков питательных элементов; временных интервалов; насыщенности системы кислородом и углекислым газом; варьирования температурных значений. Так, при моделировании процессов кристаллизации карбонатов часто невозможно предсказать фазовый состав и морфологию образующихся кристаллов; во многих случаях они вырастают несовершенными, образуют так называемые дендриты [42].
Так, например, среди биогенных карбонатов кальция, диагностируемых в желчных камнях, частота встречаемости полиморфных модификаций об-ратна геологическим системам — чаще всего встречается ватерит и арагонит, реже кальцит.
В соответствии с правилом ступеней Ф. Оствальда при фазовых переходах при карбонатной кристаллизации сначала образуются менее устойчивые полиморфные модификации, т. е. стадийность карбонатного минералообразования проходит по схеме: вате-рит ^ арагонит ^ кальцит [43]. Вероятно, обратная зависимость распространения полиморфов карбоната кальция в природных минеральных системах связана с геологическими масштабами времени суще-
ствования минеральных карбонатных образований, в течение которых происходит энергетическая стабилизация системы с трансформацией метастабильных ватерита и арагонита в кальцит. Следует отметить, что, несмотря на достаточно длительную историю изучения минералогии карбонатных образований, вопрос о сосуществовании полиморфов CaCO3 и их структурной трансформации в природных минеральных образованиях еще ждет своего окончательного решения.
Определение границ устойчивости полиморфных модификаций карбоната кальция имеет большое значение не только для классической минералогии с позиций реконструкции условий минералообразова-ния горных пород, но и для поиска путей предупреждения патогенного минералообразования в организме человека и при создании новых биоматериалов, а также для разработки энергоэффективных технологических решений при синтезе композиционных строительных материалов, эксплуатируемых в различных условиях.
Таким образом, анализ современного состояния исследований в области карбонатной микробной биоминерализации как перспективного инструмента природоподобных технологий, позволяющего осуществлять биогенный синтез минералов, способных оказывать влияние на структурообразование строительных композиционных материалов и, как следствие, на изменение их физико-механических свойств, свидетельствует об отсутствии принципов проектирования и методологических решений задач по установлению механизмов и закономерностей формирования биогенных карбонатов кальция с учетом минерального состава вмещающей среды, технологических параметров минералообразования и постгенетических условий эксплуатации строительных объектов.
Представляется, что для установления общей картины биоминералогенезиса в техногенных системах строительных материалов необходима разработка принципов управления процессами минералообра-зования в композиционных системах строительных материалов при использовании микроорганизмов и их производных для синтеза и модификации продуктов и процессов техногенного минералообразования с учетом среды инкапсуляции биокарбонатов, а также специфики технологических этапов, реализуемых в условиях производства.
Список литературы / References
1. Осипов В.И. Адаптационный принцип природопользования // Геоэкология. Инженерная геология, гидрогеология, геокриология. 2017. № 5. С. 3—12.
1. Osipov V.I. The adaptation principie of nature management. Geoekologiya. Inzhenernaya geologiya, gidrogeologiya, geokriologiya. 2017. No. 5, pp. 3—12. (In Russian).
2. Пинчук Л.С. и др. Введение в систематику умных
материалов. Минск: Беларус. навука, 2013. 399 с.
2. Pinchuk L.S. Vvedenie v sistematiku umnykh materialov [Introduction to the systematics of smart materials]. Minsk: Belarus. Navuka. 2013. 399 p.
3. Basha S., Lingamgunta L.K., Kannali J., Gajula S.K., Bandikari R., Dasari S., Dalavai V., Chinthala P., Gundala P.B., Kutagolla P., Balaji V.K. Subsurface endospore-forming bacteria possess bio-sealant properties. Scientific Reports. 2018. Vol. 8. А. 6448. DOI: 10.1038/s41598-018-24730-3
4. Krajewska В. Urease-aided calcium carbonate mineralization for engineering applications: A review. JournalofAdvancedResearch. 2018. Vol. 13, pp. 59—67. https://doi.org/10.1016Xj.jare.2017.10.009
5. Dhami N.K., Reddy M.S., Mukherjee А. Biomineralization of calcium carbonates and their engineered applications. Frontiers Microbiol. 2013. Vol. 4 (314), pp. 1-13. doi:10.3389/fmicb.2013.00314
6. Пэйн К.А., Алажари М., Шарма Т., Купер Р., Хит А. Разработка бетона, самозалечивающегося при помощи бактерий // Цемент и его применение. 2017. № 5. С. 81-85.
6. Payne K.A., Alajari M., Sharma T., Cooper R., Hit A. Development of concrete self-healing using bacteria. Tsement i ego primenenie. 2017. No. 5, pp. 81-85. (In Russian).
7. Степанов Н.А., Ефременко Е.Н., Бруяко М.Г., Григорьева А.И. Изменение свойств строительных материалов при введении в них биомассы бактерий с уреазной активностью // Вестник МГСУ. 2017. Т. 12. № 7 (106). С. 788-796.
7. Stepanov N.A., Efremenko E.N., Bruyako M.G., Grigorieva A.I. Changes in the properties of building materials with the introduction of the biomass of bacteria with urease activity. Vestnik MGSU. 2017. Vol. 12. No. 7 (106), pp. 788-796. (In Russian).
8. De Muynck W., De Belie N., Verstraete W. Microbial carbonate precipitation in construction materials: a review. Ecological engineering. 2010. Vol. 36, pp. 118-136. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.02.006
9. Day T. Computability, Godel's incompleteness theorem, and an inherent limit on the predictability of evolution. Journal of the Royal Society Interface. 2012. Vol. 9 (69), pp. 624-639. DOI: 10.1098/rsif.2011.0479
10. Кораго А.А. Введение в биоминералогию. СПб.: Недра, 1992. 280 с.
10. Korago A.A. Vvedenie v biomineralogiyu. [Introduction to biomineralogy]. Saint Petersburg: Nedra. 1992. 280 p.
11. Юшкин Н.П. Теория и методы минералогии (избранные проблемы). Л.: Наука, 1977. 291 с.
11. Yushkin N.P. Teoriya i metody mineralogii (izbrannye problemy) [Theory and methods of mineralogy (selected issues)]. Leningrad: Nauka. 1977. 291 p.
12. Сивков С.П., Логинова Т.В., Мымрина А.К. Биодобавки для сухих строительных смесей // Сухие строительные смеси. 2017. № 5. С. 15-18.
12. Sivkov S.P., Loginova T.V., Mymrina A.K. Bioadditives for dry building mixes. Sukhie stroitel'nye
smesi. 2017. No. 5, pp. 15-18. (In Russian).
13. Al-Salloum Y., Abbas H., Sheikh Q.I., Hadi S., Alsayed S., Almusallam T. Effect of some biotic factors on microbially-induced calcite precipitation in cement mortar. Saudi Journal of Biological Sciences. 2017. Vol. 24. No. 2, pp. 286-294. DOI: 10.1016/j. sjbs.2016.01.016
14. De Muynck W., Cox K., De Belie N., Verstaete W. Bacterial carbonate precipitation as an alternative surface treatment for concrete. Construction and Building Materials. 2008. Vol. 22, pp. 875-885. DOI: org/10.1016/j.conbuildmat.2006.12.011
15. Yoosathaporn S., Tiangburanatham P., Bovonsom-but S., Chaipanich A., Pathom-aree W. A cost effective cultivation medium for biocalcification of Bacillus pasteurii KCTC 3558 and its effect on cement cubes properties. Microbiological Research.. 2016. Vol. 186-187, pp. 132-138. DOI: org/10.1016/j.micres.2016.03.010
16. Tingting Z., Lin Y., Lu X., Dittrich M. Assessment of cyanobacterial species for carbonate precipitation on mortar surface under different conditions. Ecological Engineering. 2018. Vol. 120, pp. 154-163. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2018.05.038
17. Rodriguez-Navarro С., Jroundi F., Schiro M., Ruiz-Agudo E., Gonzalez-Munoz M.T. Influence of substrate mineralogy on bacterial mineralization of calcium carbonate: Implications forstone conservation. Accepted Environ Microbiology. 2012. Vol. 78, pp. 4017-4029. DOI: 10.1128/AEM.07044-11.
18. Metayer-Levrel G., Castanier S., Orial G., Loubie-re J.-F., Perthuisot J.-P. Applications of bacterial carbonatogenesis to the protection and regeneration of limestones in buildings and historic patrimony. Sedimentary Geology. 1999. Vol. 126, pp. 25-34. DOI: 10.1016/S0037-0738 (99) 00029-9
19. Stuckrath C., Serpell R., Valenzuela LM., Lopez M. Quantification of chemical and biological calcium carbonate precipitation: performance of self-healing in reinforced mortar containing chemical admixtures. Cement Concrete Composites. 2014. No. 50, pp. 10-15. DOI: org/10.1016/j.cemconcomp.2014.02.005
20. Rodriguez-Navarro C., Rodriguez-Gallego M., ChekrounK.B., Gonzalez-Munoz M.T. Conservation of ornamental stone by Myxococcus xanthus-induced carbonate biomineralization. Applied and Environmental Microbiology. 2013. Vol. 69, pp. 2182-2193. DOI: 10.1128/AEM.69.4.2182-2193.2003
21. Лапо В.А Следы былых биосфер, или Рассказ о том, как устроена биосфера и что осталось от биосфер геологического прошлого. М.: Знание, 1987. 213 с.
21. Lapo V.A. Sledy bylykh biosfer, ili Rasskaz o tom, kak ustroena biosfera i chto ostalos' ot biosfer geologicheskogo proshlogo [Traces of bygone biospheres, or the story about how the biosphere is arranged and what remains of the biological spheres of the geological past]. Moscow: Znanie. 1987. 213 p.
22. Blondeau M., Sachse M., Boulogne C., Gillet C., Guigner J.M., Skouri-Panet F., Poinsot M., Ferard C., Miot J., Benzerara K. Amorphous calcium carbonate
granules form within an intracellular compartment in calcifying cyanobacteria. Frontiers in Microbiology. 2018. Vol. 9. А. 1768. DOI: org/10.3389/fmicb.2018.01768
23. Otlewska А., Gutarowska В. Environmental parameters conditioning microbially induced mineralization under the experimental model conditions. Acta Biochimica Polonica. 2016. Vol. 63. No. 2, pp. 343-351. DOI: 10.18388 / abp.2015_1172
24. De Muynck W., Verbeken К., De Belie N., Verstraete W. Influence of urea and calcium dosage on the effectiveness of bacterially induced carbonate precipitation on limestone. Ecological Engineering. 2010. Vol. 36 (2), pp. 99-111. DOI: 10.1016/j.ecoleng.2009.03.025
25. Ramachandran S.K., Ramakrishnan V., Bang S.S. Remediation of concrete using microorganisms. ACI Materials Journal. 2001. Vol. 98 (1), pp. 3-9. DOI: 10.14359/10154
26. Boquet E., Boronat A., Ramos-Cormenzana A. Production of calcite (calcium carbonate) crystals by soil bacteria is a common phenomenon. Nature. 1973. Vol. 246, pp. 527-529.
27. Castanier S., Le Metayer-Levrel G., Perthuisot J.P. Ca-carbonates precipitation and limestone genesis -the microbiogeologist point of view. Sedimentary Geology. Vol. 126. Iss. 1, pp. 9-23. DOI:10.1016/ S0037-0738(99)00028-7
28. Achal V., Mukherjee A., Reddy M.S. ORIGINAL RESEARCH: Biocalcification by Sporosarcina pasteurii using corn steep liquor as the nutrient source. Industrial Biotechnology. 2010. Vol. 6 (3), pp. 170-174. DOI: 10.1089/ind.2010.6.170
29.Minto J.M., Tan Q., Lunn R.J., El Mountassir G., Guo H., Cheng X. Microbial mortar-restoration of degraded marble structures with microbially induced carbonate precipitation. Construction and Building Materials. 2018. Vol. 180, pp. 44-54. DOI: org/10.1016/j.conbuildmat.2018.05.200
30. Yang Т., Jho J. Y., Kim I.W. Epitaxial relationships between calcium carbonate and inorganic substrates. International Journal of Molecular Sciences. 2014. Vol. 15, pp. 16320-16330.DOI: 10.3390/ijms150916320
31. Веpнадский В.И. Биосфеpа. М.: Мысль, 1967. 280 с.
31. Vernadsky V.I. Biosfera [Biosphere]. Moscow: Mysl'. 1967. 280 p.
32. Самойлов Я.В., Пустовалов Л.В. К литологии Kap-бонатовых осадочных поpод. Известняки и Mepre-ля Поволжья Твepской губepнии. М.: Научно-технический отдел Высшего совета нapодного хозяйства РСФСР, 1926. 72 с.
32. Samoilov Ya.V., Pustovalov L.V. K litologii karbonatovykh osadochnykh porod. Izvestnyaki i mergelya Povolzh'ya Tverskoi gubernii [To the lithology of carbonate sedimentary rocks. Limestone and marl in the Volga region of Tver province]. Moscow: Scientific and Technical Department of the Supreme Council of the National Economy of the RSFSR. 1926. 72 p.
33. Жабин А.Г. Введение в биоминepaлогию (памяти А.А. Коpaго) // Записки Всероссийского минералогического общества. 1993. № 3. С. 125-128.
33. Zhabin A.G. Introduction to biomineralogy (In Memory of A. Korago). Zapiski vsesoyuznogo mineralogicheskogo obshchestva. 1993. No. 3, pp. 125128. (In Russian).
34. Яхонтова Л. К., ^удев А. П., Зуев В. В. ^облемы изучения системы Минepaльный субстpaт - ми-кpооpгaнизм // Вестник МГУ. 1994. Сep. 4. № 5. С. 80-92.
34. Yakhontova L.K., Grudev A.P., Zuev V.V. Problems of studying the system Mineral substrate - a microorganism. Vestnik MGU. 1994. Part 4. No. 5, pp. 80-92. (In Russian).
35. Мак-Коннелл Дж., Патнис А. Основные чepты поведения минepaлов. М.: МИР, 1983. 304 с.
35. Mc Connell J., Putnice A. Osnovnye cherty povedeniya mineralov [Principles of mineral behaviour]. Moscow: MIR. 1983. 304 p.
36. Lonsdale K., Robertson J. M., Lipson H., Powell H.M. Crystallography. Annual Reports on the Progress of Chemistry. 1941. Vol. 38, pp. 91-110.
37. Sutor D.J., Percival J.M. The effect of bile on the crystallisation of calcium carbonate, a constituent of gallstones. Clinica Chimica Acta. 1978. No. 89 (3), pp. 479-484. DOI: 10.1016/0009-8981(78)90413-8
38. Лоуэнстам Х. Пpоцeссы и пpодукты биоминepa-лизации и эволюция биоминepaлизaции. 27-й Международный геологический конгресс: Тезисы докладов. Москва. 1984. Т. 2. C. 51-56.
38. Lowenstam H. The processes and products of biomineralization and the evolution of biomineralization. The 27-th International Geological Congress: Abstracts. Moscow. 1984. Vol. 2, pp. 51-56. (In Russian).
39. Seifan M., SamaniA.K., Berenjian A. Bioconcrete: next generation of self-healing concrete. Applied Microbiology and Biotechnology. 2016. Vol. 100. No. 6, pp. 2591-2602. DOI: 10.1007/s00253-016-7316-z
40. Van Tittelboom K., De Belie N., De Muynck W., Verstraete W. Use of bacteria to repair cracks in concrete. Cement and Concrete Research. 2010. Vol. 40. No. 1, pp. 157-166. DOI: org/10.1016/j. cemconres.2009.08.025
41. Dhami N.K., Reddy M.S., Mukherjee А. Application of calcifying bacteria for remediation of stones and cultural heritage. Frontiers in Microbiology. 2014. Vol. 5. DOI: 10.3389/fmicb.2014.00304
42. Gower L.B. Biomimetic model systems for investigating the amorphous precursor pathway and its role in biomineralization. Chemical reviews. 2008. Vol. 108 (11), pp. 4551-4627. DOI: org/10.1021/ cr800443h
43. Плюснина Л.П. Минepaлогeнeзис и давало ступеней Оствальда в сaмооpгaнизующихся геологических системах. Вестник ДВО РАН. 2007. № 2. С. 117-122.
43. Plusnina L.P. Mineralogenesis and the rule of Ostwald steps in self-organizing geological systems. Vestnik of the Far East Branch of the Russian Academy of Sciences. 2007. No. 2, pp. 117-122. (In Russian).
Набрано и сверстано в РИФ «Стройматериалы»
Верстка: Д. Алексеев, Н. Молоканова
Подписано в печать 22.07.2019 Отпечатано в ООО «Полиграфическая компания
Формат 60х881/8 ЛЕВКО»
Бумага «Пауэр» Москва, ул. Дружинниковская, д. 15 Печать офсетная
Общий тираж 4000 экз. В розницу цена договорная
