Imobilisasi mikroba merupakan bioteknologi di mana mikroorganisme diimobilisasi dalam ruang tertentu dengan cara yang berbeda untuk mempertahankan aktivitas mikroba secara melekat. Proses imobilisasi mikroorganisme biasanya meliputi perlekatan pada permukaan dan pori-pori melalui adsorpsi, interaksi elektrostatik, pembentukan kisi-kisi ion, dan pengikatan kovalen. Imobilisasi mikroorganisme dengan metode penyisipan biochar dicapai dengan menggunakan zat penstabil seperti kalsium alginat dan ferri alginat untuk menghasilkan manik-manik biochar yang diimobilisasi mikroba untuk aplikasi pertanian dan lingkungan.
Adsorpsi permukaan dan pengisian pori didasarkan pada interaksi gaya nonspesifik (seperti adhesi) antara biochar dan gugus fungsional permukaan mikroba (seperti -OH dan -COOH). Mikroorganisme cenderung menempel pada bahan pembawa dengan memproduksi zat adhesi (dikenal sebagai polimer ekstraseluler), yang memungkinkan mereka tumbuh dan menyebar ke seluruh permukaan dan pori-pori bagian dalam bahan pembawa. Seorang peneliti menggunakan biochar sebagai pembawa untuk imobilisasi Bacillus cereus WHX-1 untuk meremediasi tanah yang terkontaminasi Cr( VI). Analisis dengan SEM dan FTIR menunjukkan bahwa permukaan biochar yang kasar dan berpori menyediakan situs aktif untuk tempat tinggal mikroorganisme. Kontak langsung suatu kontaminan dengan mikroba dapat menyebabkan hilangnya aktivitas mikroba. Mempertahankan aktivitas mikroba merupakan masalah penting yang perlu ditangani.
Interaksi elektrostatik adalah salah satu proses umum yang terlibat dalam imobilisasi mikroba oleh biochar. Secara umum, permukaan mikroba bermuatan negatif, dan menggunakan bahan pembawa permukaan yang bermuatan positif membantu mempercepat proses imobilisasi. Peneliti menyelidiki remediasi Cd oleh mikroalga yang diimobilisasi biochar dan menemukan bahwa mikroorganisme diimobilisasi pada permukaan biochar dengan aksi elektrostatik. Misalnya, biochar yang diproduksi pada suhu rendah cenderung mengandung lebih banyak gugus fungsi yang mengandung O dan N, dapat lebih efektif dalam melumpuhkan mikroorganisme dan logam(loid). Namun demikian, terdapat kendala terkait imobilisasi yang tidak stabil dan toleransi mikroorganisme yang rendah. Penelitian selanjutnya harus memprioritaskan peningkatan ketahanan mikroba terhadap efek berbahaya dari kontaminan pada konsentrasi tinggi.
Penanaman mikroorganisme dalam jaringan halus pembawa polimer disebut sebagai pembentukan jaringan ion. Struktur grid dapat menghambat mikroorganisme agar tidak keluar dari pembawa, sementara substrat dan komponen molekul kecil lingkungan eksternal dapat dengan mudah masuk dan keluar dari pembawa. Proses ini mendorong pertumbuhan dan perkembangbiakan mikroorganisme, meningkatkan toleransinya terhadap kontaminan dan meningkatkan kemampuannya untuk mendegradasinya. Namun, hanya substrat molekul kecil yang memiliki akses bebas ke bagian dalam partikel, yang tidak cocok untuk degradasi kontaminan makromolekul. Pembentukan kisi-kisi ion juga menyebabkan resistensi transfer massa yang tinggi dan menghambat transfer elektron dari substrat. Dengan demikian, sangat ideal untuk sistem reaksi di mana substrat dan produk terdiri dari molekul kecil.
Ikatan kovalen adalah penggunaan ikatan kovalen kimia yang terbentuk antara gugus fungsi pada sel mikroba dan gugus kimia (sulfhidril, amino, hidroksil, dll) pada permukaan pembawa untuk melumpuhkan sel. Proses ini ditandai dengan pengikatan yang kuat dan stabilitas yang memadai. Dengan demikian, pengikatan sel mikroba dengan substrat pembawa seperti biochar melalui gugus fungsi menjadi kendala dalam proses imobilisasi sel mikroba oleh biochar, dan persistensi sel mikroba yang diimobilisasi, dan stabilitas imobilisasi mikroba berbasis biochar. produk untuk aplikasi pertanian dan lingkungan.
Beberapa penelitian telah menggunakan komposit (biochar-mikroorganisme), dengan imobilisasi yang dilakukan dengan gel embedding atau adsorpsi permukaan, untuk menghilangkan acenaphthene dari air limbah. Kedua metode imobilisasi menunjukkan efek penyisihan yang berbeda (embedding: 50,60 %; adsorpsi: 38 %). Hasil penelitian menunjukkan bahwa dibandingkan dengan adsorpsi, metode embedding mempertahankan efektivitas yang lebih tinggi pada rentang pH yang luas. Berbeda dengan hasil di atas, peneliti menemukan bahwa adsorpsi permukaan lebih unggul daripada penanaman gel dalam bioremediasi tanah yang terkontaminasi. Peneliti lainnya membandingkan pengaruh ikatan kovalen dan adsorpsi permukaan terhadap degradasi paraquat. Hasilnya menunjukkan bahwa persentase penyisihan yang pertama (90,61 %) lebih besar daripada yang terakhir (82,05 %). Berdasarkan hasil di atas, dapat dikatakan bahwa metode imobilisasi mikroba yang berbeda secara signifikan berdampak pada penghilangan kontaminan. Oleh karena itu, metode imobilisasi harus dipilih dengan hati-hati berdasarkan kontaminan target setelah mengevaluasi keuntungan dan kerugian dari metode yang berbeda.
English