Лучшая очистка сточных вод? Это обёртка

Защита из графена помогает частицам уничтожать устойчивые к антибиотикам бактерии и свободно плавающие гены устойчивости к антибиотикам на станциях очистки сточных вод.

Новую стратегию, разработанную в Университете Райса, можно описать как "обернуть, захватить и уничтожить".

Лаборатории эколога Педро Альвареса из Райса и профессора экологической инженерии Чжан Ялэя из Университета Тунцзи (Шанхай) представили микросферы, обёрнутые оксидом графена, в журнале Elsevier Water Research.

Альварес и его партнёры из Исследовательского центра наносистемной инженерии для водоочистки с помощью нанотехнологий (NEWT) работают над подавлением устойчивых к антибиотикам "супербактерий" с момента их первого обнаружения на очистных сооружениях в 2013 году.

"Известно, что супербактерии размножаются на станциях очистки сточных вод и высвобождают внеклеточные гены устойчивости к антибиотикам (ARGs), когда их убивают при обеззараживании стоков", — сказал Альварес. "Эти ARGs затем сбрасываются и могут трансформировать аутохтонные бактерии в принимающей среде, которые становятся резервуарами резистома.

"Наша инновация позволит минимизировать сброс внеклеточных ARGs и, таким образом, смягчить распространение устойчивости к антибиотикам с очистных сооружений", — добавил он.

Лаборатория Райса показала, что её сферы — ядра из висмута, кислорода и углерода, обёрнутые азот-легированным оксидом графена, — инактивировали устойчивые к множеству лекарств бактерии Escherichia coli и разрушали плазмид-кодированные гены устойчивости к антибиотикам во вторичном стоке.

Обёрнутые графеном сферы уничтожают патогены в стоках, производя в три раза больше активных форм кислорода (ROS) по сравнению с самими сферами.

Сами сферы являются фотокатализаторами, производящими ROS при воздействии света. Лабораторные тесты показали, что обёртывание сфер свело к минимуму способность поглотителей ROS снижать их способность обеззараживать раствор.

Исследователи заявили, что легирование оболочек азотом увеличивает их способность захватывать бактерии, давая каталитическим сферам больше времени для их уничтожения. Затем усиленные частицы немедленно захватывают и разрушают гены устойчивости, высвобождаемые мёртвыми бактериями, прежде чем те загрязнят сток.

"Обёртывание улучшило сродство бактерий к микросферам за счёт усиленного гидрофобного взаимодействия между поверхностью бактерий и оболочкой", — сказал соавтор Пинфэн Ю, научный сотрудник Инженерной школы Брауна в Райсе. "Это смягчило разбавление и поглощение ROS фоновыми компонентами и способствовало немедленному захвату и деградации высвобожденных ARGs".

Поскольку обёрнутые сферы достаточно велики, чтобы их можно было отфильтровать из обеззараженного стока, их можно использовать повторно, сказал Ю. Тесты показали, что фотокаталитическая активность сфер была относительно стабильной, без значительного снижения активности после 10 циклов. Это было значительно лучше, чем срок службы циклов тех же сфер без обёртки.