חיידקים הפחתת מתכת מציעים מסלול ירוק להפקת זרזים נחושת

10 דקות הדגמה על בדיקה במכשיר תדרים (יולי 2019).

Anonim

נחושת נחושת (Cu-NPs) יש מגוון רחב של יישומים כמו זרזים, בתחומים מדעיים מגוונים כמו גילוי סמים מדע החומרים. השפע הטבעי של נחושת, ואת עלות נמוכה יחסית, עושה את זה חלופה קיימא זרזים עשויים מתכות יקרות יקרות ויקר, כגון פלטינה פלדיום. עם זאת, סינתזה של Cu-NPs בדרך כלל כרוך בטמפרטורות גבוהות וממיסים רעילים. בנוסף, Cu-NPs המיוצר באמצעות סינתזה קונבנציונאלי נוטים agglomerate וחמצון, ודורשים את השימוש בכימיקלים אנאורגניים כדי לשמור על הפעילות הקטליטית שלהם. מחקר חדש, שפורסם ב- Small, מפרט ניסויים הוכחה של קונספט המעידים על כך שהחיידק המפחית את המתכת שיוואלה אוניידנסיס מציע נתיב ירוק יותר לסינתזה של Cu-NP, ואת הפוטנציאל להשיב נחושת מנחלי שפכים.

ביוסינתזה בקטריאלית של Cu-NPs

אם אנחנו יכולים לרתום את חילוף החומרים של חיידקי הפחתת המתכות, זה נותן לנו נתיב סינתזה זולה, פשוטה לסביבה, שפירים nanoparticle. זהו המחקר הראשון לבדיקת bioreduction של יונים נחושת מסיסים (II) וסינתזה של Cu-NPs באמצעות חיידקים הפחתת מתכות אנאירוביות, אורגניזמים הקיימים באופן טבעי משקעים אנאירוביים, ולהשיג שם אנרגיה על ידי העברת אלקטרונים מחומר אורגני מתכות במשקעים. Shewanella oneidensis הוא אחד המינים המגוונים ביותר למד היטב של חיידקים הפחתת מתכת, מסוגל להפחית מגוון רחב של מתכות בתנאי מעבדה. זה היה מבודד לראשונה בשנת 1988, על ידי פרופ 'קן נילסון, מן משקעים אגם אונידה בניו יורק (שם הוא לוקח את שמו). זה נבחר עבור ניסויים אלה בשל צדדיות שלה כמפחית מתכת שיש רצף הגנום כולו שלה. הזמינות של זנים מוטציה מאפשר חקירה של מסלול מעורב הפחתת המתכת (למשל האנזימים המעורבים). זיהוי מסלול העברת אלקטרונים המעורבים בהפחתת Cu עלול להוביל לשיפור ביעילות בעתיד. התוצאות מראות כי ניתן להשתמש oneidensic Shewanella עבור bioreduction של יונים נחושת (II), ויצירת חלקיקים Cu (0) אלמנט, אשר כשלעצמו מפתיע כמו צורות רבות של נחושת ידועים להיות רעילים, המשמש חיטוי ו פטריות, ו נחקרה לשימוש נגד משטחי מיקרוביאלית.

זה תהליך חדש מתקתק את כל תיבות עבור "סינתזה ירוקה", כפי שהוא מסוגל לייצר Cu-NPs בטמפרטורת החדר, במים. בנוסף, במהלך בדיקות קטליזה Cu-NPs לא היו מופרדים מן הביומסה, ואת החיידק פעלה כמו מטריצת תמיכה עבור חלקיקים - הסרת הצורך תוספים אורגניים ולהפוך את Cu-NPs יותר תגובתי. לבסוף, הזרז ניתן לסנן בקלות באמצעות צנטריפוגה, ומאפשר לו לעשות בה שימוש חוזר.

הניסויים הממומנים על ידי NERC השתמשו ב- Diamond בקליטת רנטגן ליד ספקטרוסקופיה ליד הקצה (XANES) ובניתוח X ספקטרוסקופיית רנטגן (XAF) של ספקטרוסקופיה על גבי B18 (קו ביולוגי XAS למטרות כלליות), כדי להראות שהננו-חלקיקים מייצרים נחושת, ולזהות את מצב החמצון שלה. מדידות X X-ray X נעשו באמצעות Beamline I10 של Diamond. חקירות ראשוניות אלה השתמשו במלחי מתכת, אך צוות המחקר ממשיך לבחון את השימוש בזרמי שפכים תעשייתיים. עבור המחבר הראשי, ד"ר ריצ'רד קימבר מבית הספר לכדור הארץ ומדעי הסביבה באוניברסיטת מנצ'סטר, זהו היעד הסופי של הפרויקט. לדבריו, "חשוב להחזיר מתכות משפכים, כדי למנוע מהם להזיק לסביבה, מה שאנחנו מסתכלים עליו הוא דרך ליצור מוצרים בעלי ערך גבוה מטיפול בפסולת, כך שהיא תשלם על עצמה".

עבודה עתידית גם לחקור דרכים לייעל את המערכת, כולל קביעת זמני תגובה אופטימליים Cu-NP טוען, כדי לשפר את התשואות. יש גם עבודה שיש לעשות על הבנת הנתיב החיידק משתמש כדי להפחית נחושת. בדרך כלל חיידקים הפחתת מתכות משתמשים במתכות נפוצות (כגון ברזל) לצורך הנשימה. התוצאות הראשוניות מצביעות על כך שזה לא המקרה של שאוונלה oneidensis ונחושת, אולי לא מפתיע בהתחשב בטבע הרעיל של המתכת. מסלול העברת האלקטרונים יכול להיות חלק ממנגנוני דטוקסיפיקציה / הגנה של הבקטריה, אבל צריך לעשות יותר עבודה. הבנה של המסלול יהיה קל יותר להגדיל את התשואה של Cu-NPs המיוצרים וכן פוטנציאל לכוונן את המאפיינים שלהם. עם זאת, צוות המחקר מבוסס מנצ'סטר הוא להוט להשתמש האחרונה ההתקדמות בביולוגיה סינתטית כדי להפוך את הדור הבא של זרזים לתעשייה. פרופ 'ג' ון לויד, אשר מוביל את המחקר בתחום זה (לצד עמיתים במכון מנצ'סטר של המכון לביוטכנולוגיה) מציין "זה מחקר חדש נותן לנו סוג חדש של nanocatalyst מתכתי שאנחנו מקווים יהיה מאוד שימושי עבור התעשייה הכימית, ואנחנו מאוד להאריך להאריך התועלת של גישה זו באמצעות שילוב של חומרים קטליטיים נוספים (אנזימים וחלקיקים מתכתיים אחרים) לתוך התאים המארחים שהשתמשנו בהם במחקר הנוכחי.העבודה הזאת יוצרת את הבסיס של פרוייקט BBSRC חדש לקבוצה ".

menu
menu