Баккиболы могут предотвращать засорение водных систем
Микроскопические частицы углерода, известные как баккиболы (фуллерены C60), могут помочь поддерживать чистоту водопроводных труб, подобно тому, как препараты, разрушающие тромбы, предотвращают закупорку артерий.
Инженеры Университета Дьюка обнаружили, что баккиболы препятствуют способности бактерий и других микроорганизмов накапливаться на мембранах, используемых для фильтрации воды на очистных сооружениях. Это свойство позволяет исследователям предположить, что покрытие труб и мембран этими наночастицами может стать эффективной стратегией решения одной из основных проблем и статей расходов при очистке воды.
«Подобно тому, как бляшки могут накапливаться внутри артерий и снижать кровоток, бактерии и другие микроорганизмы со временем могут прикрепляться и накапливаться на мембранах для очистки воды и на внутренних стенках водопроводных труб», — пояснил Со-Рён Чэ, научный сотрудник отдела экологической и гражданской инженерии Университета Дьюка. Результаты его экспериментов были опубликованы 5 марта 2009 года в Journal of Membrane Sciences.
«По мере накопления бактерий на этих поверхностях они привлекают другие органические вещества, создавая биоплёнку, которая медленно растёт со временем», — продолжил Чэ. — «Результаты наших лабораторных экспериментов показывают, что баккиболы могут предотвратить это засорение, известное как биообрастание. Единственными другими вариантами борьбы с биообрастанием являются выкапывание труб и замена мембран, что может быть дорого и неудобно».
Баккибол, или C60, — это одна из форм в семействе крошечных углеродных структур, известных как фуллерены. Они названы в честь Ричарда Бакминстера Фуллера, изобретателя геодезического купола, поскольку их форма напоминает его знаменитую конструкцию.
«Биообрастание считается одной из самых больших затрат, связанных с мембранными системами очистки воды», — сказала Клаудия Гунш, доцент кафедры гражданского строительства Инженерной школы Пратта Дьюка и старший член исследовательской группы. — «Эти мембраны имеют очень маленькие поры, поэтому они могут быстро засоряться. Если бы мы могли увеличить время между заменами мембран, например, на 50%, это привело бы к огромной экономии средств».
По словам Чэ, добавление баккиболов к мембранам для очистки имело двойной эффект.
- На обработанных мембранах наблюдалось меньшее прикрепление бактерий по сравнению с необработанными. Через три дня на мембранах, обработанных баккиболами, было в среднем 20 колониеобразующих единиц (метод подсчёта бактериальных колоний).
- «Для сравнения, количество бактериальных колоний на необработанной мембране было слишком многочисленным, чтобы их можно было сосчитать», — отметил Чэ.
Чэ также обнаружил, что присутствие баккиболов ингибировало дыхание, то есть способность бактерий использовать кислород для своей жизнедеятельности. «По мере увеличения концентрации баккиболов возрастало и ингибирование дыхания», — сказал Чэ. — «Это ингибирование дыхания и противоприкрепляющий эффект позволяют предположить, что эти наночастицы могут быть полезны в качестве антиобрастающего агента для предотвращения биообрастания мембран или других поверхностей».
Гунш отметила, что задействованные механизмы до конца не изучены.
И Гунш, и Чэ считают, что, поскольку баккиболы являются одними из наиболее широко используемых наночастиц, необходимы дополнительные исследования, чтобы определить, оказывают ли они какое-либо вредное воздействие на окружающую среду или здоровье человека. Это одна из многих проблем, изучаемых в Центре Дьюка по изучению экологических последствий нанотехнологий.
«Нам нужно выяснить, насколько устойчивыми будут эти покрытия при длительном использовании», — сказала Гунш. — «Если они действительно смогут предотвратить обрастание, то прослужат дольше. Если они со временем будут отслаиваться, нам нужно знать, каковы будут последствия».
Текущие лабораторные эксперименты проводились с Escherichia coli K12, штаммом бактерий, широко используемым в лабораторных экспериментах.
«Мы сосредоточились на вполне конкретном микроорганизме, поэтому следующим этапом нашего исследования будет проверка, будут ли эти наночастицы оказывать такое же воздействие на бактерии, обычно встречающиеся в окружающей среде, или на смешанные микробные сообщества», — сказал Чэ. — «Мы также планируем создать уменьшенную версию очистной установки в лаборатории для проведения этих тестов».