1. 서    론

화학적 침식에 노출된 콘크리트 구조체는 대부분이 지하에 매립된 지중 구조물로서 하자 발견이 매우 어려우며, 빠른 교통개방 요구에 따른 급속 보수‧보강 시공의 난공사이다. 특히 화학적 열화에 의한 부재의 균열‧파손이 심각해지는 경우 지하수 유출 및 토사 유입 등의 문제가 발생할 수 있으며, 이는 도로침몰 현상 등의 안전사고로 연계될 수 있다(Yang et al. 2016). 따라서 화학적 침식에 노출된 콘크리트 구조물의 유지관리를 최소화하고 내구성 향상 및 구조적 안전성의 확보를 위한 보수‧보강 기법이 요구되고 있다.

박테리아 기반 자기치유(self-healing) 콘크리트는 탄산칼슘(CaCO₃)을 석출하는 박테리아(Sporocarcina pasteurii 및 Bacillus sphaericus 등)의 대사 작용에 기인한다(Wang et al. 2014). 이 박테리아는 요소분해 반응(urease)을 통해 세포막 외부에 CaCO₃ 결정을 형성한다. 자기치유 콘크리트 기술은 위와 같은 CaCO₃ 형성 작용을 통해 콘크리트 균열부의 채움 효과(crack remediation)를 유도한다. 그러나 이는 강알칼리성 환경(pH 12 이상)의 콘크리트에 투입된 박테리아의 활성도에 따라 지배 될 수 있으며, 표면 균열부의 닫힘(crack closure) 현상 발생 시에는 내부 균열부의 채움 효과를 기대하기 어렵다(Tziviloglou et al. 2016). 더불어, 자기치유 콘크리트 기술의 개발은 균열부위 치유에 중점을 두고 있어 열화환경에 노출된 콘크리트의 내구성 향상을 위한 방안으로서의 활용 연구는 매우 미미하다.

Yang et al.(2016)은 주변 환경의 열화‧부식 인자로부터 콘크리트 구조체를 보호하기 위해 박테리아가 형성하는 글라이코 캘릭스 막(glycocalix membrane)을 활용한 자기보호(self-protecting) 코팅재의 예비타당성을 제시하였다. 황산화 세균에 의해 열화 되는 콘크리트 구조체의 경우 생‧화학적 부식(microbiologically influenced corrosion, MIC)을 방지하기 위한 방법으로서 활용 될 수 있다. 황산화세균(Thiobacillus)은 황산화 작용에 의해 콘크리트 표면 산성의 생물막(bio-film)을 형성하고 콘크리트의 pH를 감소시키며, 황화수소(H₂S) 가스의 배출 및 황산(H₂SO₄)을 형성시켜 콘크리트 열화를 유발한다. 글라이코 캘릭스 막 형성 박테리아에 기반한 생체모방형 코팅재는 황산화 세균에 의해 형성되는 산성의 생물막 형성을 저해한다. 또한 지속적인 박테리아의 생장‧증식을 통해 형성된 글라이코 캘릭스 막은 콘크리트 구조체 표면을 H₂S 가스 및 H₂SO₄ 등 열화 영향 인자로부터 차단하여, 생태학적 보호의 효과를 부여한다.

박테리아를 활용한 콘크리트 기술의 융합은 주로 배합시 박테리아를 직접 투입하거나, 양생과정에서 콘크리트 시험체를 배양액에 침지하는 방법을 이용한다. 그러나 Rama-chandran et al.(2001)은 중성 수준의 pH(6~10)환경에서 최적의 생장효율을 갖는 박테리아는 강알칼리성의 콘크리트 환경에 투입될 경우 지속적인 생장과 증식이 저해 될 수 있는 문제점을 지적하였다. 더불어 콘크리트는 지속적인 수화 및 건조에 따라 내부 수분과 공극이 감소되며, 원활한 수분과 영양분의 공급 및 1~3 µm 크기의 생장처(living pore)를 필요로 하는 박테리아의 생장 환경을 제공하는 데에 부적합하다. 박테리아의 생장성을 확보하기 위한 방안으로서는 다공성 재료를 이용한 박테리아 고정화, 지속적인 영양분의 공급 등을 들 수 있다. 특히, 골재 및 폴리머수지 등을 이용한 박테리아 고정화 기술 개발이 국내‧외 다양한 연구자들에 의해 시도되고 있다. Wiktor and Jonkers(2011)는 콘크리트의 극건조 및 빈약한 생장처 환경으로부터 박테리아를 보호하기 위한 방안으로서 다공성의 경량 골재를 이용하였다. 그러나 이 경우 경량골재 사용에 따른 콘크리트의 압축강도 저하의 문제로 인해 적용 범위가 제한되었다(Wiktor and Jonkers 2016). Mors and Jonkers(2015)는 포자 상태의 박테리아를 보호하기 위한 방법으로서 Calcium lactate 등의 유기영양분으로 압축‧코팅된 힐링에이전트(healing agent)를 활용하였는데, 이는 개발 초기 단계로서 포자 상태 박테리아의 재활성 어려움 및 고압을 이용한 과다한 장비와 비용지출 측면에서 사용성에 제약이 따른다.

이 연구는 콘크리트의 내화학성을 포함한 내구성 향상을 위한 박테리아 글라이코 캘릭스 막 활용 코팅재 기술 개발의 기초 연구로서 박테리아의 선별 및 박테리아 생장처 확보를 위한 다공성 재료 기반의 고정화 기술 개발에 중점을 두었다. 콘크리트 구조체 표면 보호 효과를 부여할 수 있는 글라이코 캘릭스 막을 형성 하는 다양한 광합성 박테리아 균주들을 선별, 배양 하였으며, 16s-rDNA 염기서열 분석 법 등에 의해 동정하였다. 또한, 박테리아 균주 및 탄소원 변화에 따른 글라이코 캘릭스 막 생성량을 평가하여, 최적의 배지구성요소를 제시하였다. 더불어, 경제성 및 시공성을 고려한 글라이코 캘릭스 막 형성 박테리아의 최적 고정화 기술을 제시하였다. 이는 박테리아와 다공성 재료의 이온교환 반응에 기반한 기술로서 박테리아의 생장처 제공을 위해 개발되었다. 박테리아의 고정화 및 활성도는 다공성 재료 표면 및 내부의 박테리아 생균수 평가와 전자현미경 분석(scanning electron microscope, SEM)을 통한 군락(colony)의 형성 여부를 통해 확인하였다.

2. 기술의 개요

화학적 및 생물학적 열화‧부식에 노출된 콘크리트 표면을 보호하기 위한 목적으로 고안된 생체학적 코팅재는 글라이코 캘릭스 막(glycocalyx membrane) 형성 박테리아 및 이의 생장환경 제공을 위한 고정화 기술, 그리고 중성급 결합재 배합기술로 구성된다(Fig. 1). 이 요소 기술들은 박테리아가 콘크리트 환경에서 생장하기 위해 필요한 영양분, 생장처(living pore) 및 중성급 환경(pH 10 이하)을 제공한다. 결과적으로 최적의 생장환경이 조성된 박테리아는 지속적인 생장 및 증식을 통해 글라이코 캘릭스 막(glycocalyx membrane)을 형성하며, 콘크리트 구조물을 열화‧부식의 영향인자로부터 차단한다. 특히, 생체학적 코팅재는 박테리아의 자체생장 및 증식에 따른 콘크리트 구조체의 반영구적 보수‧보강 효과를 기대할 수 있으며, 지속 가능한 유지관리의 개념을 부여할 수 있다.

Fig. 1

Schematic diagram of the protective biological coating materials

2.1 글라이코 캘릭스 막 형성 박테리아

글라이코 캘릭스 막(glycocalyx membrane)을 형성 하는 박테리아는 주로 Rhodobacter capsulatus 및 Rhodobacter blasticus 등의 자색비황 광합성 세균으로서 다른 미생물과는 달리 호기암(aerobic dark), 혐기명(anaerobic light) 및 미호기(micro aerobic)의 조건 등 다양한 조건하에서 증식이 가능한 특성을 갖는다. 또한 내염성이 강하며 동결 및 열에도 강해 자연계 내에서 쉽게 분포할 수 있는 여건을 가지고 있다. 이들 박테리아는 외부 환경으로부터 스스로를 보호하기 위한 기작을 통해 세포외벽에 음전하(-) 또는 양전하(+)를 띄는 당 복합체의 글라이코 캘릭스(glycocalyx)를 형성한다. Fig. 1과 같이 박테리아 세포 주변을 감싸 보호하는 막(membrane) 형상을 나타낸다. 이 막은 느슨한 점질층(slime layer)과 조밀하게 세포를 둘러싸고 있는 중합체 외피 캡슐(capsule)로 나누어지는데, 외부의 열악한 환경으로부터 박테리아 세포를 보호하는 역할을 한다. 또한, 주변 환경으로부터 양전하(+)를 띄는 칼슘(Ca²⁺), 규소(Si⁴⁺) 및 마그네슘(Mg⁺) 등의 이온을 지속적으로 흡수하여 영양분으로서 제공한다.

2.2 박테리아 생장처 제공을 위한 고정화 기술

본 연구에서는 박테리아의 고정화 효율 및 비용적 측면을 고려하여 고 흡수성 수지 및 팽창질석 등의 다공성 재료를 생장처 조성재료 검토하였다. 이들은 높은 수분 흡수성과 보수성 및 중성 수준의 pH를 나타낸다. 즉, 박테리아의 고정화에 용이하며, 생장처(living pore)의 제공 및 중성수준 생장환경 조성에 적합하다. 특히, 팽창질석의 경우 높은 수준의 양이온 교환 용량(cation exchange capacity, CEC)을 가져 주변 환경으로부터 양이온인 Ca²⁺ 및 Mg²⁺ 등을 효과적으로 흡수하는 특성을 갖는다(Yoon et al. 2016). 이러한 특징은 음전하를 띄는 글라이코 캘릭스 막과의 이온교환(ion-exchange)을 통해 박테리아로의 양이온(영양분) 공급을 용이하게 하며 지속적인 생장 및 번식을 돕는다.

박테리아의 오염 방지 및 다공성재료로의 고정화를 위한 도구로서는 밀폐형 고정화 기기가 개발되었다. 밀폐형 고정화 기기는 1L 부피의 망사형 용기와 회전 팬으로 구성되었다(Fig. 2). 망사형 용기는 0.7 g/cm³ 이하의 낮은 밀도를 갖는 다공성 재료의 부유를 방지하고, 회전 팬은 다공성 재료의 응집현상 및 박테리아 배양액의 지속적인 순환을 돕는다.

Fig. 2

Set a mechanical container with flat chamber

2.3 마그네시아-인산염 복합체 기반 중성급 결합재

마그네시아-인산염 복합체(magnesium-phosphate co- mposite, MPC)는 마그네시아(MgO)와 인산염(phosphate) 간의 산 반응에 의해 경화되며, 일반 시멘트 결합재에 비하여 초기재령에서의 높은 강도 발현, 모체와의 부착 안전성 등이 우수한 특징을 갖는다(Yang and Wu 1999). 빠른 교통개방시간이 요구되는 난공사의 경우에는 MPC의 속경성과 모체와의 부착 안전성이 매우 유효하게 활용되어 질 수 있다. 특히, MPC는 경화 후 낮은 pH를 나타내어 박테리아 생장에 필요한 중성 수준의 pH(6~10)를 확보하는데 적합하다(Zhang et al. 2011).

3. 실험 개요

3.1 글라이코 캘릭스 막 형성 박테리아 선별

3.1.1 박테리아 균주의 선별 및 배양액 구성 조건

본 연구에 사용 된 박테리아는 광합성계 박테리아로서 주변에서 쉽게 접할 수 있는 하천의 환경에서 분리된 균주이다. 박테리아의 동정을 위하여 분리된 균주를 무기배지(mineral salt medium)에 접종하였으며, 28 ± 2 °C 및 pH 7의 중성 환경에서 7일 동안 배양을 실시하였다. 박테리아 배양액의 조성은 Table 1에 나타낸 바와 같이 Yeast extract 1.0 g/L, Disodium succinate hexahydrate 1.0 g/L 및 KH₂PO₄ 0.5 g/L 등을 주요 구성 요소로서 하였다. 박테리아 접종 전 배양액의 pH를 6.8로 조정하였으며, 오염을 방지하기 위해 120 °C 및 1.2 kg/m³의 고온‧고압 환경(autoclave)에서 15분 동안 멸균을 실시하였다. 멸균이 완료된 배양액 20 mL를 튜브형 용기에 옮겨 담은 후 뚜껑을 완전히 닫아, 혐기성 환경에서 배양을 실시하였다.

Table 1 Medium composition for isolated bacteria

3.1.2 박테리아 동정(개체식별) 및 형상관찰

배양된 박테리아 균주의 개체 식별은 16s-rDNA 염기서열, 적정 탄소원 평가 및 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM) 분석에 의해 실시되었다. 단백질 분해효소를 처리하여 추출한 DNA 염색체는 중합효소 연쇄 반응(polymerase chain reaction, PCR)을 통하여 16s-rDNA 분석을 실시하였다. 분석된 박테리아의 DNA는 미생물 계통수 분석 장치(basic local alignment search tool, BLAST)를 이용하여 미국 국립생물공학정보센터(national center for biotechnology information, NCBI)에 등록된 박테리아 염기서열 정보와 비교‧분석하여 동정하였다. 박테리아의 세포크기와 형태 및 운동성은 Brenner et al.(2005)이 제시한 특성분류 방법에 따라 그람 염색 및 TEM 분석을 통해 평가하였다.

3.1.3 글라이코 캘릭스 막 생성량 평가

글라이코 캘릭스 막은 당 복합체로서 박테리아가 영양분으로서 소모하는 탄소원의 종류에 따라 생성량 및 형태가 상이하다. 탄소원의 변화에 따른 글라이코 캘릭스 막의 생성 영향을 확인하기 위하여 Table 1의 배양액 구성요소 중 Disodium succinate hexahydrate를 5종류의 탄소원(Succinate, Fructose, Succinate glucose, Lactic acid 및 Malic acid)으로 변화시켰다(Table 2). 각 탄소원은 총 배양액 질량의 0.3 %를 첨가하였으며, 28 ± 2 °C 및 pH 7의 중성 환경에서 7일 동안 재배양을 실시하였다. 배양이 완료 된 박테리아의 세포 당 글라이코 캘릭스 막의 생성량을 정량적으로 평가하기 위하여, 3,000 rpm의 원심 분리기를 이용하여 정제‧선별하였다. 12분 동안 원심 분리를 실시한 후 채취 된 시료는 에탄올을 첨가하여 동결‧건조의 과정을 거쳐 질량을 측정하였다.

Table 2 Utilization of carbon source for isolated bacteria

3.2 박테리아 고정화 및 성능평가

3.2.1 다공성 재료

선별된 박테리아의 고정화 및 생장환경 조성을 위한 담체로 이용하기 위한 다공성 재료로는 분말형(powder type)의 고 흡수성 수지(super absorbent polymer, SAP), 팽창질석(expanded vermiculite) 및 펄라이트(perlite)가 이용되었다. SAP의 입경은 0.08~0.2 mm 수준이며, 밀도는 0.7 g/cm³이다. 팽창질석과 펄라이트의 입경은 각각 0.25~0.36 mm 및 0.5~1.5 mm이며, 밀도는 0.25 g/cm³ 및 0.075 g/cm³이다. 다공성 재료는 박테리아의 생장에 적합한 중성 수준의 pH를 갖는데, SAP는 5.5~6.5 수준이며, 팽창질석 및 펄라이트는 각각 5.5~7.5 및 6.5~8.0 수준이다.

3.2.2 박테리아 고정화

박테리아 고정화를 위해 사용된 다공성 재료는 120 °C 및 1.2 kg/m³의 고온‧고압 환경(autoclave)에서 20분 동안 멸균 처리되었다. 멸균이 완료된 된 다공성 재료는 망사형 용기에 약 6 L를 투입하였으며, 고정화 기기에 10⁹ cell/mL의 농도로 배양된 박테리아 배양액 10 L를 주입하여 밀폐시켰다. 이후 회전 팬을 150 rpm의 속도로 회전하여 박테리아 배양액을 순환시켰으며, 72시간 동안 고정화를 유도하였다.

3.2.3 고정화 성능 평가 및 미세구조 분석

다공성 재료의 박테리아 고정화 성능 평가를 위하여 다공성 재료에서 분리된 KS2 박테리아의 재배양 및 생균수 평가를 실시하였다. 박테리아 고정화가 완료된 다공성 재료 1 g을 무기배지 50 mL에 투입한 후 30 °C 환경의 교반기(shaking incubator)에서 3시간 동안 균을 탈착하였다. 이후 탈착한 균주 배양액은 10^-6 비율로 희석하였으며, 희석이 완료된 시료 100 µm를 Table 1과 같이 조성된 한천 배지에 접종하여 3일 동안 배양하였다. 배양이 완료된 한천 배지의 박테리아 군락 형성 개수를 평가하였으며, 생균수 측정 방법(viable cell count method)에 의하여 평균 생균수를 도출하였다. 더불어, KS2 박테리아가 고정화 된 다공성재료의 미세구조를 SEM을 통해 분석하여 박테리아 군락의 형성 유‧무를 확인하였다.

4. 실험결과 및 분석

4.1 박테리아 배양 및 글라이코 캘릭스 막 생성량 평가

4.1.1 박테리아 동정(개체식별) 및 형상관찰

16s-rDNA 분석을 통한 글라이코 캘릭스 막 형성  박테리아의 동정(개체식별) 결과는 Table 3과 같다. 5개의 분리 균주는 비황 광합성 세균으로 추정되었다. 본 연구에서 분리된 균주인 KS1, KS2, KS3, KS4 및 KS5는 각각 Rhodobacter capsulatus, Rhodobacter blasticus, Rhodobacter sphaeroides, Rhodopseudomonas plaustris 및 Rubrivivax gelatinosus로 확인되었다.

적정탄소원 평가, 그람염색 및 TEM 분석을 통한 박테리아의 형상관찰 결과는 Fig. 3 및 Table 4와 같다. Rhobacter capsulatus(KS1) 및 Rhodobacter sphaeroids(KS3)의 경우 운동성을 띄는 0.5 × 0.8 µm 크기의 구형으로서 황적색의 색깔을 나타내었으며, 세포가 각각 독립적으로 분리된 형태를 나타내었다. Rhodobacter blasticus(KS2) 및 Rhodopseudomonas palustris (KS4)는 적색 구형으로 세포 크기는 각각 0.5 × 1.0~1.5 µm 및  0.2~0.4 × 1.2~1.8 µm 수준이었다. Rhodobacter blasticus(KS2)는 운동성이 없고 세포가 각각 분리된 개체로 존재하였지만, Rhodopseudomonas palustris(KS4)의 경우에는 활동성을 띄며, 세포가 서로 매듭지어진 형태를 나타내었다. Rubrivivax gelatinosus(KS5)의 세포크기는 0.3~0.4 × 1.2~2.0 µm으로 운동성이 있는 황노란색의 구형을 나타내었다. 적정 탄소원 평가의 경우 대부분의 박테리아는 Sorbitol, Ethanol 및 Mannose를 제외한 탄소원에서 배양할 경우 양전하 또는 양‧음전하를 띄는 특성을 나타내었다. Sorbitol을 탄소원으로 한 경우에는 Rubrivivax gelatinosus(KS5) 박테리아만이 음전하을 나타내었다. Ethanol이 탄소원인 경우에는 Rhodobacter sphaeroids (KS3) 및 Rhodopseudomonas plaustris (KS4) 박테리아가 양전하 및 양‧음전하을 나타내었으며, Rhobacter capsulatus (KS1), Rhodobacter blasticus(KS2) 및 Rubrivivax gelatinosus (KS5) 박테리아는 음전하를 나타내었다. 탄소원을 Mannose로 한 경우에는 KS3 박테리아만이 양전하를 나타내었다. 결과적으로 대부분의 박테리아는 Sorbitol, Ethanol 및 Mannose를 탄소원으로 한 경우를 제외하고 음전하의 글라이코 캘릭스 막을 형성하는 것으로 나타났다.

Table 3 Results of 16s-rDNA analysis

Fig. 3

TEM analysis of the different isolated photosynthetic bacteria strains

Table 4 Characteristics of isolated photosynthetic bacteria generating glycocalyx

Note: (+) and (-) refer to the positive and negative charges, respectively

4.1.2 글라이코 캘릭스 막 생성량 평가결과

박테리아의 탄소원 변화에 따른 글라이코 캘릭스 막 생성량 평가 결과는 Table 5 및 Fig. 4와 같다. 글라이코 캘릭스 막 생성량의 비교 분석은 배양된 박테리아 세포 1 g당 생성하는 글라이코 캘릭스 막의 양(g)으로 하였다. 평가결과 Rhodobacte blasticus(KS2) 박테리아의 경우 Glucose를 제외한 모든 탄소원에서의 세포당 글라이코 캘릭스 막 생성량이 가장 높게 나타났다. 특히 탄소원으로서 Lactic aicd 및 Malic acid를 첨가한 경우의 세포 당 글라이코 캘릭스 막 생성량은 각각 4.28 g/g 및 4.45 g/g으로 가장 높았다. Rhodobacter sphaeroids(KS3)는 탄소원을 Lactic acid 및 Malic acid로 한 경우 두 번째로 높은 세포 당 글라이코 캘릭스 막 생성량을 나타내었다. 세포당 글라이코 캘릭스 막 생성량은 각각 1.12 g/g 및 1.6 g/g으로, Rhodobacter blasticus(KS2)의 26 % 및 36 % 수준이었다. Rhodobacetr capsulatus(KS1) 및 Rubrivivax gelatinosus(KS5)는 탄소원을 Lactic acid 및 Malic acid로 한 경우 세포 당 글라이코 캘릭스 생성량이 각각 0.55 g/g 및 0.53 g/g으로 가장 낮게 나타났다. 반면, 탄소원을 Glucose로 한 경우의 세포 당 글라이코 캘릭스 막 생성량은 Rhodobacter sphaeroids(KS3)가 1.98 g/g으로 가장 높았다. Rhodobacter blasticus(KS2)의 세포당 글라이코 캘릭스 막 생성량은 1.44 g/g으로 Rhodobacter sphaeroids(KS3)의 약 73 % 수준이었다. Rhodopseu -domonas palustris(KS4)의 세포 당 글라이코 캘릭스 막 생성량은 0.3 g/g으로 가장 낮게 나타났다.

Table 5 Effect of carbon source on the cell and glycocalyx production of photosynthetic bacteria

Note: The values of mean and standard deviation(Stdev) were obtained from five measurements.

Fig. 4

Glycocalyx content of isolated photosynthetic bacteria incubated under different carbon sources

결과적으로 생체학적 코팅재 개발을 위한 글라이코 캘릭스 막 형성 박테리아는 탄소원을 Malic acid로 하여 배양된 Rhodobacter blasticus(KS2)가 추천 될 수 있었다.

4.2 박테리아 고정화 및 성능평가

4.2.1 박테리아 재배양 및 생균수 평가

다공성 재료에서 분리된 박테리아의 재 배양 및 생균수 평가 결과는 Fig. 5와 같다. 팽창질석의 경우 재 배양된 박테리아의 생균수는 1.6 × 10⁹ cell/mL로 가장 높은 고정 생균수를 나타내었다. 펄라이트에 고정화된 박테리아의 생균수는 1.5 × 10⁹ cell/mL로 팽창질석의 경우에 비해 약 6 % 낮게 나타났는데, 이는 무시할 만한 수준이었다. 반면 SAP에 고정화된 박테리아의 생균수는 3.95 × 10⁸ cell/mL로 팽창질석의 경우에 비해 약 75 % 낮게 나타났다. 즉, SAP의 경우에는 1.0 × 10⁹ cell/mL의 농도로 배양된 박테리아를 고정화 하였을 때, 포함할 수 있는 박테리아의 생균수는 전체 생균수의 40 % 이하로 매우 낮은 고정화 효율을 나타내었다.

Fig. 5

Population of bacteria immobilized in porous materials

결과적으로 가장 높은 박테리아 고정 생균수를 나타낸 팽창질석이 글라이코 캘릭스 막 형성 박테리아의 생장처제공을 위한 다공성 재료로서 추천 될 수 있었다.

4.2.2 다공성 재료에 고정화된 박테리아 군

박테리아가 고정화 된 다공성 재료의 미세구조 분석 결과를 Fig. 6에 나타내었다. SAP의 경우 고정화된 Rhodoabacter blasticus의 형상을 뚜렷이 관찰 할 수 있었는데, Fig. 3에서 나타난 구형의 세포 형태를 확인 할 수 있었다. 그러나 각기 여러 개의 군락이 독립적으로 분리된 형태를 이루어, 다량의 박테리아 균이 고정화 되지 않은 것으로 판단되었다. 팽창질석의 경우에는 SAP에 비해 다량의 박테리아 군락 형성을 확인할 수 있었다. 비정형의 빗살무늬를 갖는 팽창질석의 표면 및 내부를 다량의 박테리아 군락이 가득 메우고 있는 형상을 나타내었다. 그러나 SAP에 비해 뚜렷한 박테리아 세포 형상의 확인이 어려웠는데, 이는 다량의 군락이 응집된 것뿐만 아니라 글라이코 캘릭스 막의 형성으로 인해 박테리아 세포 외벽의 점질층이 두터워져 구형의 형상이 희미해진 것으로 판단된다. 펄라이트의 경우에는 작은 크기의 박테리아가 고정된 것을 확인 할 수 있었으며, 팽창질석에 비하여 비교적 적은 수의 군락이 관찰되었다.

Fig. 6

SEM image of a colony of bacteria immobilized in porous materials (magnified 5,000 times)

5. 결    론

이 연구의 범위는 콘크리트의 내화학성을 포함한 내구성 향상을 위한 박테리아 글라이코 캘릭스 막 활용 코팅재 기술 개발에서 글라이코 캘릭스 막(glycocalyx membrane) 형성 박테리아 선별 및 이의 생장환경 제공을 위한 고정화 기술의 제시에 중점을 두었다. 이 결과를 바탕으로 박테리아를 고정한 팽창질석의 혼입에 따른 MKPC 모르타르의 특성과 박테리아 생장성 및 내화학적 저항성은 후속연구에서 제시하고 있다. 이 연구에서 중점으로 수행한 연구결과 다음과 같은 결론을 얻었다.

1)적색 구형의 Rhodoabacter blasticus는 배양액의 주요 탄소원을 Malic acid로 한 경우에 세포당 글라이코 캘릭스 막 형성량이 4.45 g/g으로 가장 높았다.

2)다공성 재료에 고정화된 박테리아의 생균수 평가 결과 팽창질석의 경우 1.6×10⁹ cell/mL로 가장 높은 고정 생균수를 나타내었다.

3)미세구조 분석결과 팽창질석 표면 및 내부에서 다량의 박테리아 군락이 관찰되었다.

4)결과적으로 배양액 주요 탄소원을 Malic acid로 하여 배양된 Rhodobacter blasticus 및 팽창질석이 글라이코 캘릭스 막 형성 박테리아와 생장처 제공을 위한 고정화 재료로서 추천될 수 있었다.