Инженеры разработали новую технологию производства фильтрационных мембран из бактериальной наноцеллюлозы и графена, которые способны эффективно очищать воду и обладают уникальными антибактериальными свойствами.
Ученые прогнозируют, что к 2025 году половина населения Земли будет жить в районах с дефицитом питьевой воды, поэтому исследователи активно занимаются разработкой фильтрующих устройств. Группа инженеров из Вашингтонского университета в течение пяти лет искала способ создания эффективных антибактериальных мембран, не содержащих золота или других дорогих материалов.
Процесс формирования их нового изобретения начинается с выращивания бактерий Gluconacetobacter hansenii, которые поглощая сахар, образуют в воде целлюлозные нановолокна. Далее по мере роста структуры, команда постепенно добавляет в нее хлопья оксида графена (GO), чтобы сделать мембрану стабильной и долговечной. После того как материал достигает определенного размера, он проходит специальную обработку, в процессе которой удаляются живые Gluconacetobacter hansenii.
Когда на готовую мембрану попадает свет, оксид графена начинает вырабатывать тепло, быстро нагревая окружающую воду и наноцеллюлозу. В ходе испытаний на материал нанесли бактерии кишечной палочки, а затем осветили ее поверхность. После трех минут облучения светом, все вредные микроорганизмы погибли. Инженеры определили, что мембрана нагревается до 70 °C, что приводит к разрушению клеточных стенок бактерий E.coli.
Уничтожение микроорганизмов также помогает очищать сам фильтр, значительно повышая его эффективность. Исследователи говорят, что процесс производства мембран напоминает 3D-печать с использованием биоматериала. Технология позволят вводить не только графен ,но любой другой компонент в процессе выращивания структуры.
Ученые признают, что внедрение изобретения в традиционные системы обратного осмоса является сложной задачей. Поэтому они предлагают модульную систему со спирально намоткой, в которую будут встроены светодиоды или наногенератор, использующий механическую энергию потока жидкости для производства света и тепла.
Ранее мы также сообщали об изобретении прочного полимерного покрытия, которое препятствует обледенению любой поверхности.
текст: Илья Бауэр, фото: Washington University in St. Louis, look