16 فوریه 2023 – توسط تس مالون، موسسه فناوری جورجیا -غیرفعال شدن باکتری ها توسط پالس های نانوثانیه ای در نوک نانولوله
داشتن آب آشامیدنی سالم برای سلامت عمومی حیاتی است، اما روش‌های سنتی ضدعفونی مشکلات زیست‌محیطی خاص خود را ایجاد می‌کنند. کلر ارزان و آسان برای استفاده در سیستم های آب متمرکز است، اما به قیمت محصولات جانبی مضر شیمیایی.
محققان موسسه فناوری جورجیا راهی برای استفاده از شوک های کوچک برق برای ضدعفونی آب، کاهش مصرف انرژی، هزینه و اثرات زیست محیطی پیدا کرده اند. این فناوری می تواند در شبکه برق ادغام شود یا حتی با باتری ها تغذیه شود.
Xing Xie، کارلتون اس وایلدر استادیار دانشکده مهندسی عمران و محیط زیست گفت: “این یک فناوری ضدعفونی کاملاً جدید است و ما می خواهیم ابتدا در مقیاس کوچک نشان دهیم و سپس کاربردهای واقعی آن را برای تصفیه آب در نقطه استفاده یا خارج از شبکه بهبود دهیم.”.
زی و محقق فوق دکتری او، تینگ وانگ، مقاله «غیرفعال‌سازی نانوثانیه‌ای باکتری‌ها با درمان میدان الکتریکی تقویت‌شده محلی» را در ماه ژانویه در Nature Water منتشر کردند.
بومی سازی برق
اگرچه روش میدان الکتریکی معمولی (CEFT) برای پاستوریزه کردن مواد غذایی استفاده می شود، اما به دلیل هزینه نسبتاً بالا، به طور گسترده برای ضد عفونی آب آشامیدنی استفاده نشده است. هنگامی که آب و باکتری ها در معرض الکتریسیته قرار می گیرند، غشای سلولی باکتری مانند یک خازن در یک مدار عمل می کند. به طور معمول، در CEFT، رسانایی کم آب به این معنی است که پالس های نانوثانیه به اندازه کافی سریع غشاء را شارژ نمی کنند تا باکتری ها را از بین ببرند.
محققان یک میدان الکتریکی تقویت شده محلی (LEEFT) ایجاد کردند که الکتریسیته را مستقیماً به باکتری می رساند. این الکترودها دارای نانوتیپ‌های طلایی هستند که با اتصال به الکتریسیته فوراً بارهای متمرکزی را ایجاد می‌کنند و این امکان را فراهم می‌کنند که بارها به سمت غشاء حرکت کنند و باکتری‌ها را خیلی سریع‌تر از بین ببرند.
وانگ می‌گوید: «غیرفعال‌سازی سریع باکتری‌ها فقط با استفاده از پالس‌های نانوثانیه‌ای جای تعجب دارد، زیرا از نظر تئوری، پالس‌های نانوثانیه برای کشتن باکتری‌ها در درمان میدان الکتریکی معمولی بسیار کوتاه هستند، زیرا شارژ شدن غشاء به زمان نیاز دارد.» اما با نانولوله‌ها و نانوساختارهای LEEFT، سلول‌های باکتری را می‌توان مستقیماً توسط نانو فلز شارژ کرد و به سرعت آب را ضدعفونی کرد.
نوآوری الکتریکی
برای آزمایش این فناوری، آنها نانولوله های طلا را روی لبه الکترود یک تراشه ساختند. سپس آنها باکتری مدل استافیلوکوک را به تراشه اضافه کردند، یک باکتری معمولی که در آزمایشگاه ها استفاده می شود و اغلب در سیستم های آب یافت می شود. سپس، آنها پالس های الکتریکی را اعمال کردند و نحوه واکنش باکتری ها را در زمان واقعی زیر میکروسکوپ مشاهده کردند.
زمانی که الکتریسیته با سرعت 40 کیلو ولت بر سانتی‌متر به مدت 200 نانوثانیه اعمال شد، 95 درصد نانولوله‌ها با موفقیت باکتری‌ها را از بین بردند. در مقایسه با EFT معمولی، LEEFT قدرت میدان التقاطی اعمالی را هشت برابر کاهش می‌دهد و زمان درمان را 1 میلیون بار کوتاه می‌کند.
وانگ گفت: «ما دریافتیم که حتی پالس‌های نانوثانیه‌ای می‌توانند باکتری‌ها را در LEEFT بکشند و نه شرایط دیگر. این آلودگی‌زدایی تقریباً آنی میزان برق مورد نیاز برای ضدعفونی آب را کاهش می‌دهد، و این را به یک گزینه بهداشتی مقرون‌به‌صرفه تبدیل می‌کند و به آینده‌ای اشاره می‌کند که در آن تولید آب تمیز ممکن است آسیب کمتری به محیط‌زیست وارد کند.
