Автор AZoNano 30 апреля 2021 года

]

Биология учит нас, что вода – это жизнь. Но реальность учит и другому: сотни тысяч людей умирают каждый год из-за загрязненной воды, содержащей патогены, в местах, где отсутствует или плохо работает система очистки воды.

Чтобы полностью решить эту проблему, обеспечение чистой воды для всего человечества является одной из целей, упомянутых в Глобальной повестке дня Организации Объединенных Наций (ООН) в области устойчивого развития с 2015 года.

В соответствии с этой целью ученые из Empa вместе со своими сотрудниками из Eawag разрабатывают новые материалы и технологии для устранения патогенных микроорганизмов из питьевой воды, которые до сих пор едва ли можно было удалить традиционными методами или только с высокими затратами. , сложные процессы.

Крошечные патогены

Целью исследователей является мельчайший из микробов: небольшие патогены, которые циркулируют в загрязненной воде и, таким образом, приводят к нескольким заболеваниям, передающимся через воду, таким как гепатит, полиомиелит и диарея. Ротавирус – один из этих патогенов, его размер составляет всего около 70 нм.

« Обычные фильтры для воды неэффективны против ротавирусов – отмечает Томас Граул, исследователь из лаборатории высокоэффективной керамики Empa в Дюбендорфе. Но именно эти крохотные микробы являются наиболее частыми возбудителями желудочно-кишечных инфекций. Всемирная организация здравоохранения (ВОЗ) сообщила, что в 2016 году почти 130 000 детей во всем мире умерли от ротавирусных инфекций.

Теперь исследователи создали несколько методов для технологий фильтрации, основанных на новых материалах, которые умело преодолевают проблему мельчайших деталей. Причина в том, что одна характеристика вирусных частиц может быть использована для нового типа фильтра – отрицательный электрический заряд вирусных частиц.

Исследователи использовали эту концепцию и начали разработку идеальных материалов, которые позволяют адсорбировать отрицательно заряженные поверхности вируса. До сих пор было сложно разработать легко регенерируемые положительно заряженные поверхности с высокой адсорбционной способностью. Систематических экспериментальных исследований в этой области было недостаточно.

Для своего анализа исследователи выбрали модельный вирус, который намного меньше ротавируса – бактериофаг MS2, который имеет размер всего 27 нм. Этот вирус вреден для бактерий, но не поражает людей.

С помощью этой модели исследователи смогли продемонстрировать, что вирусы в воде адсорбируются на поверхности фильтра в разной степени в зависимости от pH воды. « Это необходимо учитывать при разработке новых технологий очистки и фильтрации воды », – добавил Грауле.

Пористое нанопокрытие

Graule исследовал композитные материалы, функционализированные специально для связывания вирусов, для создания фильтровальных технологий, способных улавливать вирусы в наномасштабе.

В воде поверхность вирусных частиц заряжена отрицательно. Мы смогли показать, как вирусные частицы прикрепляются к положительно заряженным поверхностям .

Томас Граул, Лаборатория высокопроизводительной керамики, Empa

Например, Граул работал с международной группой по изучению керамических гранул, сделанных из оксида алюминия, мелкие гранулы которого покрыты слоями оксида меди толщиной в нанометры.

Вместе с керамикой высокопористый медный слой образует композитный материал с положительно заряженной и чрезвычайно большой удельной поверхностью », – говорит Граул

.

Томас Граул, Лаборатория высокопроизводительной керамики, Empa

Исследователи смогли нанести оксид меди на крошечные многослойные углеродные нанотрубки, что позволило удалить вирусы.

Для создания устойчивой и экономичной технологии фильтрации команда специально использовала материалы, которые можно восстанавливать после использования в смысле замкнутого цикла материалов.

Кроме того, крайне важно предотвратить вымывание каких-либо компонентов фильтра в очищенную воду. Для этого необходимо разработать аналитические методы обеспечения нанобезопасности, чтобы помочь определить наиболее подходящий композитный материал.

Ожидается, что, когда это исследование завершится, будет доступна технология фильтрации, также идеально подходящая для очистки воды в развивающихся странах с их особенно высоким числом ротавирусов и других заболеваний, передающихся через воду.

Источник: https://www.empa.ch/[19459008visible