Ngày nay có rất nhiều công trình xây dựng bằng bê tông. Do đó, bê tông là một vật liệu không thể thiếu trên thế giới. Theo thời gian sử dụng, bê tông xuất hiện các vết nứt và các lỗ nhỏ trên bề mặt. Nguyên nhân gây ra hiện tượng này chủ yếu là do tác động từ điều kiện tự nhiên, do kết cấu bê tông thiếu khả năng chịu lực hoặc do sụt lún nền móng. Tác nhân tự nhiên như nước mưa và các tác nhân ăn mòn khác có thể thấm dần vào những kẽ nứt, làm rỉ sét lõi thép bên trong phá hủy toàn bộ khối cấu trúc. Việc sửa chữa các công trình bê tông đòi hỏi chi phí rất cao và tốn nhiều công lao động. Từ đó, các nhà khoa học đã nghĩ đến việc nghiên cứu ra một loại bê tông tự liền nhờ khả năng tạo calcite của vi sinh vật như một loại xi măng sinh học.

Trong tự nhiên, vi khuẩn tạo ra kết tủa calcite bằng nhiều cơ chế khác nhau bao gồm: quang hợp, thủy phân urea, khử sulfate, oxy hóa kỵ khí sulfide, oxy hóa methane, con đường tạo biofilm và các hợp chất polymer ngoại bào. Nhiều nghiên cứu đã tập trung vào con đường thủy phân urea và đại diện là vi khuẩn Sprorosarcina pasteurii (thường gọi là Bacillus pasteurii). Chủng vi khuẩn này được phân lập trong đất, chúng có đặc điểm là sản sinh ra lượng enzyme urease rất cao, không gây bệnh, sản sinh bào tử, và đặc biệt có khả năng tạo ra kết tủa calcite. Ngoài ra, một số nghiên cứu trên thế giới cũng đã phân lập được các chủng vi khuẩn tạo calcite như: L. spharicus CH5, K. flava CR1, B. megaterium SS3, B. thuringiensis, Halomonas sp. SR4, Helicobacter pylori, Proteus vulgaris, Staphylococcus aureus và Pseudomonas aeruginosa. Đặc điểm chung của các chủng vi khuẩn này là khả năng sản xuất enzyme urease. Chủng vi khuẩn Oceanobacillus profundus được phân lập từ lõi trầm tích ở vùng biển phía Đông của Hàn Quốc. Tuy nhiên, chủng này chưa được nghiên cứu sâu về khả năng tạo tủa calcite cũng như khả năng kết dính bê tông. Gần đây, vi khuẩn Oceanobacillus sp. được phân lập từ vùng núi đá vôi ở tỉnh Bình Phước, qua khảo sát sơ bộ ban đầu vi khuẩn này đặc biệt có khả năng sinh bào tử nên chúng có thể tồn tại trong môi trường tự nhiên một thời gian dài và có khả năng tạo tủa calcite (CaCO3) cao (kết quả không được báo cáo). Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu về khả năng tạo kết tủa calcite từ các chủng vi sinh vật cũng như những ứng dụng tiềm năng của chúng. Một nhóm nghiên cứu sử dụng chủng vi khuẩn Bacillus subtilis ứng dụng vào việc cải thiện cường độ nén của bê tông. Kết quả cho thấy mẫu bê tông bổ sung vi khuẩn có cường độ nén cao xấp xỉ 30% so với mẫu đối chứng. Năm 2015, một nhóm nghiên cứu thực hiện phân lập các vi khuẩn kết tủa calcite và kiểm tra sự phù hợp của các vi khuẩn này để sử dụng trong bê tông nhằm cải thiện cường độ nén của bê tông. Một nhóm nghiên cứu đã gây đột biến thành công dòng S. pasteurii bằng cách chiếu tia cực tím. Chủng đột biến này hướng đến mục đích tạo ra nhiều urease hơn để sản xuất calcite tối đa và phát triển ở pH cao. Nghiên cứu khác cho thấy việc sử dụng Bacillus flexus làm tăng 18% độ cứng của vữa xi măng. Tuy nhiên, ở nước ta những nghiên cứu về vi khuẩn tạo tủa calcite chưa được thực hiện nhiều. Các nghiên cứu đã công bố chủ yếu tập trung vào việc nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn tạo khoáng để cải thiện các vết nứt trên vật liệu bê tông. Một nhóm nghiên cứu đã ứng dụng chủng vi khuẩn Bacillus subtilis HU58 đến khả năng tự liền vết nứt của mẫu bê tông nhờ sự khoáng hóa của vi khuẩn, nhưng đây là chủng vi khuẩn có nguồn gốc từ nước ngoài. Cho đến nay, chưa có nghiên cứu trong nước được tiến hành về việc ứng dụng vi khuẩn bản địa Oceanobacillus sp. đến việc tạo tủa calcite và kết dính bê tông. Chính vì vậy, chúng tôi đã thực hiện nghiên cứu khảo sát ảnh hưởng của một số điều kiện nuôi cấy vi khuẩn Oceanobacillus sp. đến việc tạo tủa calcite và khả năng kết dính bê tông để làm nền tảng cho việc tạo xi măng sinh học phục vụ các nhu cầu thực tiễn.

Kết quả chụp SEM và phổ EDS của mẫu khoáng. (A) Kết quả chụp SEM, (B) Kết quả phổ EDS của mẫu khoáng CaCO3 tinh khiết; (C) Kết quả chụp SEM, (D) Kết quả phổ EDS của mẫu khoáng thu tại vết đứt gãy bê tông.

Nghiên cứu này đã tiến hành khảo sát đơn yếu tố các điều kiện môi trường nuôi cấy ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của vi khuẩn trong quá trình tạo tủa calcite của vi khuẩn Oceanobacillus sp. Trong đó, các yếu tốmôi trường được khảo sát như nguồn Ca2+, nồng độ AB CaCl2 đều có ảnh hường đến quá trình tạo tủa CaCO3. Việc thử nghiệm  phối trộn các mẫu vữa bê tông có bổ sung vi khuẩn Oceanobacillus sp. được thực hiện ở 2 dạng vi khuẩn tươi và phối trộn vi khuẩn với diatomite. Kết quả bước đầu ghi nhận cả 2 hình thức trên đều có khả năng phục hồi vết đứt gãy của mẫu bê tông sau 10 ngày ngâm dưỡng hộ trong nước. Mặt khác nhóm nghiên cứu đang tiến hành thí nghiệm với chất mang khác nhằm tìm ra loại chất mang phù hợp hơn cho các ứng dụng với vi khuẩn Oceanobacillussp. Phần kết tủa khoáng do vi khuẩn tạo thành trên bề mặt vết nứt của thanh bê tông được phân tích SEM-EDS và thành phần phổ XRD đều chứng minh CaCO3 ở dạng calcite. Nghiên cứu này có tiềm năng ứng dụng cao trong việc sản xuất xi măng sinh học phục vụ cho lĩnh vực xây dựng.