Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Z myślą o ludziach, którzy nie mają dostępu do czystej wody pitnej, inżynierowie z Uniwersytetu Waszyngtona w St. Louis stworzyli membranę, która oczyszcza wodę i zapobiega porastaniu bakteriami i innymi szkodliwymi organizmami (ang. biofouling). W błonie wykorzystano tlenek grafenu i bakteryjną nanocelulozę.

Jeśli technologię opisaną na łamach pisma Environmental Science & Technology uda się przeskalować, znajdzie ona zastosowanie w wielu krajach rozwijających się, które zmagają się z niedoborem czystej wody.

Biofouling jest zjawiskiem, które trudno całkowicie wyeliminować. Prof. Srikanth Singamaneni i Young-Shin Jun pracowali nad tym niemal 5 lat. Wcześniej uzyskali inne błony zawierające złote nanogwiazdy, ale zależało im na stworzeniu wersji bazującej na tańszych materiałach.

Produkcja nowej membrany zaczyna się od "dokarmiania" bakterii Gluconacetobacter hansenii cukrową substancją. Dzięki temu, przebywając w wodzie, mogą one potem tworzyć nanowłókna celulozy. Podczas wzrostu nanocelulozy dodawane są płatki tlenku grafenu (GO). Gdy GO jest już wbudowany, kompozyt poddaje się działaniu roztworu zasady, który zabija bakterie. Podczas tego procesu grupy tlenowe GO są eliminowane i powstaje zredukowany GO.

Gdy zespół oświetlił membranę promieniami słonecznymi, płatki zredukowanego GO natychmiast wytworzyły ciepło, które rozproszyło się po wodzie i nanocelulozie.

Jeśli chcesz oczyścić wodę z mikroorganizmów, zredukowany tlenek grafenu może pochłaniać światło słoneczne, podgrzewać błonę i zabijać bakterie - wyjaśnia Singamaneni.

Podczas testów Amerykanie wystawili błonę na działanie pałeczek okrężnicy (Escherichia coli), a później oświetlili jej powierzchnię. Po zaledwie 3-min naświetlaniu, E. coli zginęły. Akademicy ustalili, że błona szybko podgrzewała się do temperatury ponad 70°C.

Gdy eksperyment powtórzono z membraną z bakteryjnej nanocelulozy bez zredukowanego GO, E. coli pozostawały żywe.

To przypomina drukowanie 3D z pomocą mikroorganizmów. Podczas wzrostu bakteryjnej nanocelulozy można dodawać, co się chce. Przyglądaliśmy się takim membranom w różnych warunkach pH i pozostawały one bardziej stabilne niż błony uzyskane na drodze filtracji próżniowej czy powlekania obrotowego tlenkiem grafenu - opowiada Jun.

Singamaneni i Jun proponują, by w przyszłości zaprezentowane przez nich filtry były wyposażane w nanogeneratory, które będą wykorzystywać energię mechaniczną przepływu cieczy do uzyskiwania światła i ciepła. Wg nich, mogłoby to obniżyć ogólne koszty.


« powrót do artykułu

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Potrząsanie głową w celu pozbycia się wody, która nalała się do ucha, może prowadzić do... uszkodzenia mózgu. Do takich wniosków doszli naukowcy z Cornell University i Virginia Tech, którzy zbadali przyspieszenie potrzebne do wyrzucenia wody z kanału słuchowego. O wynikach swoich badań poinformowali podczas odbywającego się właśnie 72. Dorocznego Spotkania Wydziału Dynamiki Płynów Amerykańskiego Towarzystwa Fizycznego.
      W opublikowanym abstrakcie pracy czytamy: jeden z końców zamkniętej szklanej hydrofobowej tuby o różnej średnicy został użyty jako uproszczony model kanału słuchowego. Tuba została umieszczona na strunie i symulowaliśmy potrząsanie głowy. Badania wykazały, że krytyczne przyspieszenie potrzebne do pozbycia się wody zależy w dużej mierze od ilości wody i jej pozycji w kanale. Stwierdziliśmy, że krytyczne przyspieszenie dochodzi do 10g, co może spowodować poważne uszkodzenie ludzkiego mózgu. Krytyczne przyspieszenie jest znacznie wyższe w tubach o małym przekroju, co oznacza, że pozbycie się wody z ucha poprzez potrząsanie jest trudniejsze dla dzieci niż dla dorosłych.
      To właśnie w przypadku dzieci do wytrząśnięcia wody potrzebne jest przyspieszenie nawet 10-krotnie przekraczające przyspieszenie ziemskie.
      Na potrzeby badań naukowcy wykorzystali druk 3D za pomocą którego stworzyli model ludzkiego kanału słuchowego opierając się przy tym na danych z tomografu komputerowego. Szklany model został pokryty od wewnątrz krzemowodorem, który dobrze symuluje stopień hydrofobowości jaki panuje wewnątrz ludzkiego ucha.
      Z naszych eksperymentów oraz modelu teoretycznego wynika, że jednym z czynników decydujących o wypłynięciu płynu z ucha jest jego napięcie powierzchniowe, mówi Baskota. Zamiast więc potrząsać głową można do ucha wprowadzić coś, co obniży napięcie powierzchniowe. Prawdopodobnie wpuszczenie kilku kropli płynu u niższym napięciu powierzchniowym niż woda, takiego jak alkohol czy ocet, pozwoli zmniejszyć napięcie powierzchniowe i spowoduje wypłynięcie wody z ucha, stwierdził Baskota.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Życie ponad miliarda osób w Azji uzależnione jest od monsunów, które są głównym źródłem wody. Azjatycki monsun jest ściśle powiązany z globalnym przepływem powietrza z tropików. Tymczasem naukowcy z Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) informuję, że w miarę ocieplania się klimatu dojdzie do zmiany rozkładu monsunów i w niektórych miejscach dostawy wody będą mniejsze.
      Badacze z Berkeley Lab, Wenhou Zhou i Da Yang oraz Shang-Ping Xie ze Scirpps Institution of Oceanography, wykorzystali modele klimatyczne do zbadania komórki Hadleya. To część wielkoskalowej cyrkulacji atmosferycznej. To właśnie komórka Hadleya umożliwia bezpośredni transport ciepła z równika do zwrotników.
      Komórka Hadleya składa się z dwóch części. Wilgotnego gorącego powietrza, która unosi się ze strefy równikowej, powodując wielkie opady w czasie monsunów, oraz suchego gorącego powietrza, które obniża się w strefach zwrotnikowych. W wyniku tego wieją pasaty, od wieków wykorzystywane przez żeglarzy, i mamy suche strefy subtropikalne.
      Z najnowszych badań wynika, że w miarę ocieplania się klimatu sucha i gorąca część subtropikalna komórki Hadleya będzie rozszerzała się w kierunku biegunów, a część wilgotna będzie kurczyła się w kierunku równika. Na potrzeby swoich badań naukowcy przyjęli najbardziej pesymistyczny scenariusz rozwoju sytuacji opisany przez IPCC.
      Wcześniejsze badania wykazywały zwykle, że komórka Hadleya będzie się rozszerzała w kierunku biegunów. Wykazaliśmy jednak, że w miesiącach letnich sytuacja będzie inna. W związku z ocieplaniem się strefy równikowej w czerwcu i lipcu komórka będzie się kurczyła w kierunku równika, mówi Zhou. To będzie miało olbrzymi wpływ na Azję Wschodnią, gdzie właśnie w miesiącach letnich notuje się obecnie największe opady. Monsun jest ważnym źródłem wody dla Azji Wschodniej i olbrzymiej części Chin. Jeśli się on zmieni lub przemieści, to będzie miało to olbrzymi wpływ na codzienne życie mieszkańców tych terenów, stwierdził Yang.
      Uczeni zauważają, że na razie na podstawie obserwacji nie można stwierdzić, czy uzyskane przez nich wyniki są prawidłowe. Obserwacje monsunów z ostatnich 30 lat sugerują bowiem, że ich zachowanie jest zdeterminowane naturalną zmiennością. Wpływ ocieplenia klimatu na monsuny jeszcze się nie ujawnił. Innymi słowy, dopiero w przyszłości zobaczymy wpływ zmian klimatu na monsuny, dodaje Yang.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      NASA poinformowała, że zanim na Księżyc trafią ludzie, wyśle tam misję, której celem będzie znalezienie źródeł wody dla astronautów. O misji VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) poinformowano w ostatni piątek, podczas Międzynarodowego Kongresu Astronautycznego. NASA chce, by łazik wylądował na Srebrnym Globie do grudnia 2022 roku.
      Misja VIPER miałaby potrwać 100 dni. W tym czasie łazik ma przejechać kilkanaście kilometrów poszukując śladów wody. Przeprowadzone przez niego badania pozwolą zdecydować, gdzie będą lądowli astronauci pracujący w ramach programu Artemis.
      VIPER zostanie wyposażony w cztery instrumeny do poszukiwania wody. Najważniejszy będzie Neutron Spectrometer System, który ma wykrywać wilgoć pod powierzchnią Srebrnego Globu. Następnie wiertło TRIDENT pobierze próbki, a dwa kolejne instrumenty je przeanalizują. VIPER będzie pobierał i analizował próbkiz różnych miejsc, co pozwoli stworzyć mapę obszaru, na którym z największym prawdopodobieństwem występuje woda.
      Woda na Księżycu będzie kluczowym elementem długotrwałej obecności ludzi na Srebrnym Globie. Potrzebna ona będzie nie tylko do picia, ale również do produkcji paliwa dla rakiet, które w przyszłości zawiozą człowieka na Marsa.
      Lód został znaleziony na południowym biegunie Księżyca już przed 10 laty. Tamten region jest więc przedmiotem szczególnego zainteresowania. Nie tylko zresztą NASA. We wrześniu Indie próbowały wysłać tam swój pierwszy księżycowy łazik. Niestety urządzenie rozbiło się podczas lądowania.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Australijsko-amerykański zespół naukowy odkrył mechanizm regeneracji molekuł wody na powierzchni asteroid. Nie można wykluczyć, że wyniki badań będzie można przełożyć na inne ciała niebieskie, jak np. księżyce.
      W artykule opublikowanym na łamach Nature Astronomy czytamy: na powierzchni asteroid znajdowano spektroskopowe sygnatury wody i rodników hydroksylowych. Jako, że okres istnienia lodu na odsłoniętych powierzchniach asteroid z pasa wewnętrznego wynosi od 104 do 106 lat, musi istnieć mechanizm zastępowania wody w obliczu braku niedawnych procesów jej wypływania na powierzchnię. Wciąż jednak nie udało się go opisać. W poniższym artykule przedstawiamy eksperymenty laboratoryjne, w czasie których próbki meteorytu Murchinson były wystawiane na działanie wysoko energetycznych elektronów i światła lasera, co symulowało, elektrony wtórne generowane przez wiatr słoneczny, promieniowanie kosmiczne oraz uderzenia mikrometeorytów w asteroidę. Odkryliśmy, że działanie jednego tyko czynnika jest niewystarczające i do regeneracji wody przy niskich temperaturach potrzebne są oba czynniki. Sądzimy, że dwa główne mechanizmy powstawania wody na powierzchni asteroid to utlenianie związków organicznych w niskiej temperaturze i dehydracja minerałów.
      Głównym autorem badań jest doktor Katarina Milijkovic ze Space Science and Technology Centre Curtin University, a w skład jej zespołu wchodzili uczeni z University of Hawai'i oraz California State University San Marcos.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy ze szwedzkiego Uniwersytetu Technologicznego Chalmers obalili teorię mówiącą, że obie nici DNA są utrzymywane przez wiązania atomów wodoru. Okazuje się, że kluczem są siły hydrofobowe, nie atomy wodoru. Odkrycie to może mieć duże znaczenie dla medycyny i innych nauk biologicznych.
      Helisa DNA składa się z dwóch nici zawierających molekuły cukru i grupy fosforanowe. Pomiędzy obiema nićmi znajdują się zasady azotowe zawierające atomy wodoru. Dotychczas sądzono, że to wiązania atomów wodoru utrzymują razem obie nici.
      Jednak uczeni z Chalmers wykazali właśnie, że kluczem do utrzymania razem nici jest hydrofobowe wnętrze molekuł zanurzonych w środowisku składającym się głównie z wody. Zatem mamy tutaj hydrofilowe otoczenie i hydrofobowe molekuły odpychające otaczającą je wodę. Gdy hydrofobowe molekuły znajdują się w hydrofilowym środowisku, grupują się razem, by zmniejszyć swoją ekspozycję na wodę.
      Z kolei wiązania wodorowe, które dotychczas postrzegano jako elementy utrzymujące w całości podwójną helisę DNA, wydają się mieć więcej wspólnego z sortowaniem par bazowych, zatem z łączniem się helisy w odpowiedniej kolejności.
      Komórki chcą chronić swoje DNA i nie chcą wystawiać ich na środowisko hydrofobowe, które może zawierać szkodliwe molekuły. Jednocześnie jednak DNA musi się otwierać, by było użyteczne. Sądzimy, że przez większość czasu komórki utrzymują DNA w środowisku wodny, ale gdy chcą coś z DNA zrobić, na przykład je odczytać, skopiować czy naprawić, wystawiają DNA na środowisko hydrofobowe, mówi Bobo Feng, jeden z autorów badań.
      Gdy na przykład dochodzi do reprodukcji, pary bazowe odłączają się i nić DNA się otwiera. Enzymy kopiują obie strony helisy, tworząc nową nić. Gdy dochodzi do naprawy uszkodzonego DNA, uszkodzone części są wystawiane na działanie hydrofobowego środowiska i zastępowane. Środowisko takie tworzone jest przez proteinę będącą katalizatorem zmiany. Zrozumienie tej proteiny może pomóc w opracowaniu wielu leków czy nawet w metodach leczenia nowotworów. U bakterii za naprawę DNA odpowiada proteina RecA. U ludzi z kolei proteina Rad51 naprawia zmutowane DNA, które może prowadzić do rozwoju nowotworu.
      Aby zrozumieć nowotwory, musimy zrozumieć, jak naprawiane jest DNA. Aby z kolei to zrozumieć, musimy zrozumieć samo DNA. Dotychczas go nie rozumieliśmy, gdyż sądziliśmy, że helisa jest utrzymywana przez wiązania atomów wodoru. Teraz wykazaliśmy, że chodzi tutaj o siły hydrofobowe. Wykazaliśmy też, że w środowisku hydrofobowym DNA zachowuje się zupełnie inaczej. To pomoże nam zrozumieć DNA i proces jego naprawy. Nigdy wcześniej nikt nie umieszczał DNA w środowisku hydrofobowym i go tam nie badał, zatem nie jest zaskakujące, że nikt tego wcześniej nie zauważył, dodaje Bobo Feng.
      Szwedzcy uczeni umieścili DNA w hydrofobowym (w znaczeniu bardzo zredukowanej koncentracji wody) roztworze poli(tlenku etylenu) i krok po kroku zmieniali hydrofilowe środowisko DNA w środowisko hydrofobowe. Chcieli w ten sposób sprawdzić, czy istnieje granica, poza którą DNA traci swoją strukturę. Okazało się, że helisa zaczęła się rozwijać na granicy środowiska hydrofilowego i hydrofobowego. Bliższa analiza wykazała, że gdy pary bazowe – wskutek oddziaływania czynników zewnętrznych – oddzielają się od siebie, wnika pomiędzy nie woda. Jako jednak, że wnętrze DNA powinno być suche, obie nici zaczynają przylegać do siebie, wypychając wodę. Problem ten nie istnieje w środowisku hydrofobowym, zatem tam pary bazowe pozostają oddzielone.

      « powrót do artykułu
×
×
  • Create New...