گروهی در دانشگاه رایس با استفاده از نانوکُراتی که در اکسید گرافن پیچیده شده‌اند، فرآیند تصفیه فاضلاب را بهبود بخشیده‌اند

محققان دانشگاه رایس “سپر” ساخته شده‌ای از گرافن اکساید را طراحی کرده‌اند که در سیستم‌های تصفیه فاضلاب به ذرات کمک می‌کند تا باکتری‌ها و ژن‌های مقاوم در برابر آنتی بیوتیک‌ها را از بین ببرند.

آزمایشگاه‌های دانشمند محیط زیست، پدرو آلوارز[1] و یالی ژانگ[2]، استاد مهندسی محیط زیست در دانشگاه تونجی[3] شانگهای، این میکروکرات‌های[4] پیچیده شده در گرافن اکساید را معرفی کرده‌اند. آلوارز و همکارانش در مرکز تحقیقات مهندسی نانوسیستم‌های رایس در راستای تصفیه آب با استفاده از فناوری نانو ([5]NEWT)، از زمانی که اولین بار در سال 2013 متوجه این خلاء عظیم در از بین بردن باکتری‌های مقاوم در برابر آنتی بیوتیک شدند، در تلاش برای حل این موضوع بودند.

آلوارز در این باره می‌گوید: “خلاء‌های عظیم مربوط به هنگامی است که در سیستم‌های تصفیه فاضلاب، از آنتی بیوتیک‌ها برای از بین بردن باکتری‌ها استفاده می‌شود ولی این باکتری‌ها پس از ضدعفونی شدن، ژن‌های خارج سلولی مقاوم در برابر آنتی بیوتیک ([6]ARG) آزاد می‌کنند. این ARG ها ممکن است پس از تخلیه، به باکتری‌های محیطی منتقل شده و آن‌ها را به مخازن مقاومی تبدیل کنند. نوآوری ما باعث می‌شود تا تخلیه ARG های خارج سلولی به حداقل برسد و در نتیجه می‌تواند انتشار مواد مقاوم در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها را از سیستم‌های تصفیه فاضلاب کاهش دهد.”

آزمایشگاه رایس موفق شد که نشان دهد کُرات با هسته بیسموت، اکسیژن و کربن، که با اکسید گرافن آلاییده شده به وسیله نیتروژن پیچیده شده‌اند، باکتری اشریشیا کولی[7] مقاوم در برابر داروهای مختلف و ژن‌های پلاسمید رمزگذاری شده[8] مقاوم در برابر آنتی‌بیوتیک در پسآب ثانویه خروجی از فاضلاب را غیرفعال می‌کنند.

کُرات پوشیده شده با گرافن، با تولید سه برابری از گونه‌های اکسیژن فعال (ROS[9]) نسبت به کرات خالص، باکتری‌های مضر موجود در پسآب‌ها را از بین می‌برند. این کُره‌ها به طور ذاتی فوتوکاتالیست‌هایی هستند که وقتی در معرض نور قرار می‌گیرند، شروع به تولید ROS می‌کنند. تست‌های آزمایشگاهی نشان دادند که پیچیدن کُرات، افت قدرت روبنده‌های ROS در ضدعفونی کردن محلول را به حداقل می‌رساند.

محققان می‌گویند که پوسته‌های آلاییده شده با نیتروژن، باعث افزایش توانایی آن‌ها در جذب باکتری‌ها شده و به کره‌های کاتالیستی زمان بیشتری برای کشتن آن‌ها می‌دهد. ذرات تقویت شده بلافاصله ژن‌های مقاومی که توسط باکتری‌های مرده آزاد شده‌اند را قبل از آلوده کردن پسآب خروجی ضبط و نابود می‌کنند.

پینگ فنگ یو[10]، سر نویسنده و محقق پسادکترای همکار در دانشکده مهندسی براون رایس، گفت: “ فرآیند پیچاندن و پوشش‌دهی، با بهبود برهمکنش‌های آبگریز بین سطح باکتری و پوسته،  باعث افزایش تمایل میکروکُرات به باکتر‌ی‌ها می‌شود. این عمل موجب کاهش مهار و تسخیر ROS ‌ها در ترکیبات پس‌زمینه‌ای شده و تخریب فوری ARG های آزاد شده را تسهیل می‌کند.” وی افزود:” از آنجایی که کُرات پیچیده شده به اندازه کافی بزرگ هستند، از پسآب ضدعفونی شده فیلتر می‌شوند و می‌توانند دوباره مورد استفاده قرار گیرند. آزمون‌ها نشان دادند كه فعاليت فوتوكاتاليستي كره‌ها نسبتاً پايدار بوده و بعد از 10 چرخه، كاهش معناداري در فعاليت آن‌ها مشاهده نشد. این امر به طور قابل ملاحظه‌ای بهتر از طول دوره چرخه در همان کُرات بدون پیچیده شدن و پوشش‌دهی بود.

 

[1] Pedro Alvarez

[2] Yalei Zhang

[3] Tongji University

[4] Microspheres

[5] Nanotechnology-Enabled Water Treatment

[6] Antibiotic Resistance genes

[7] Escherichia coli

[8] Plasmid-encoded

[9] Reactive oxygen species

[10] Pingfeng Yu

محصولات مرتبط

فهرست