Voda je pomembna za kovinske nanodelce

TRILOGIJA: Pravilna montaža vrtne ograje (Junij 2019).

Anonim

Ko kupite karkoli od ličila, da barvate na sončenje, je verjetno, da vsebuje modificirane nanodelce. Ti nanosni materiali imajo lastnosti, ki so revolucionarne izdelke - od medicine do kmetijstva do elektronike. Sčasoma bodo ti nanodelci dosegli naravno okolje. Če jih uporabljamo varno in v največji možni meri, moramo vedeti, kako se obnašajo v resničnih okoljih - in če to vedenje povzroča kakršne koli nenamerne posledice.

Greg Lowry, profesor civilnega in okoljskega inženirstva na Univerzi Carnegie Mellon, preučuje, kako se nanodelci obnašajo in vplivajo na okolje. Eden od načinov, ki so raziskovalci proučevali usodo nanodelcev, je sledenje zlatom nanodelcev - ker so stabilne in lahko najdejo, ali tako mislijo raziskovalci.

V zadnjem času sta Lowry in podoktorski raziskovalec Astrid Avellan naredila odkrito odkritje: zlati nanodelci se dejansko raztopijo v sladkovodnih okoljih, ko pridejo v stik z mikroorganizmi, ki jih najdemo na vodnih rastlinah. Med procesom raztapljanja se sprostijo zlati ioni, ki se bodo obnašali drugače od nanodelcev in bi bili lahko strupeni za nekatere mikroorganizme. Študija ni merila toksičnosti, zato to ne pomeni, da so nanodelci zlata škodljivi, namesto da bi z boljšim razumevanjem njihovega vedenja v biološko aktivnih okoljih znanstveniki na koncu lahko to znanje uporabili za načrtovanje boljših nanomaterialov. Njihove ugotovitve so bile objavljene v Nature Nanotechnology.

"Ta študija je odprla oči o pomembnosti rastlin in rastlinskega mikrobioma pri določanju usode nanomaterialov v sladkovodnih okoljih, " je povedal Lowry. "Te rastline in biofilmi na splošno so pomembni ponori za nanomateriale in so zanimiv oddelek za študij."

Ekipa je natančno preučila, kaj povzroča to preoblikovanje in kako hitro se to zgodi. Svoje teste so opravili v tistem, kar se imenuje mesokosm - nadzorovano naravno sladkovodno okolje. Mezokozm, ki ga hrani Center za okoljske posledice nanotehnologije na Univerzi Duke, vsebuje tla, usedline, vodo, rastline, žuželke, ribe in mikroorganizme, ki običajno živijo v teh naravnih okoljih. Avellan in raziskovalna skupina so vsak teden sproščali zlate nanodelce v mesokosmsko vodo v zelo nizkih količinah, da bi posnemali dolgoročne vire z majhnimi odmerki, pričakovane pri nanomaterialnih uporabah. Želeli so si, kako bi se nanodelci obnašali v kompleksnem, biološko aktivnem ekosistemu. Po šestih mesecih so ugotovili, da se je 70% zlata nabiralo z vodnimi rastlinami in da so se zlati nanodelci raztopili in spremenili v druge oblike zlata. Ko so si podrobneje ogledali biofilm ali lepljivo snov, sestavljeno iz bakterij in mikroorganizmov, najdenih na rastlinah, so ugotovili, da so mikroorganizmi sproščali cianid, ki je bil v stiku z zlatimi nanodelci. Zlati nanodelci se raztopijo (ali ionizirajo) in tvorijo zlati cianid skupaj z drugimi zlatimi kompleksi, ki so ostali pri rastlinah.

Nanodelci so agregati atomov, ki tvorijo delce med enim in sto nanometri, ali eno sto do en tisočino debeline človeškega lasja. Njihova velikost daje nove lastnosti, ki koristijo številnim aplikacijam: bolje zdravijo vodo, lahko uničijo bakterije na rani, lahko ustvarijo močnejše, a lažje materiale.

"Ugotovili smo, da se je zlato v vodnih rastlinah kopičilo kot nori, kar ni bilo, kar smo pričakovali, " je povedal Astrid Avellan. "Zato smo izkopali v to in ugotovili, da je bilo zlato povezano s temi rastlinami, vendar ni več nanopartikulirano."

To je velik prodor, saj so se zlati nanodelci šteli kot stabilen material in so se pogosto uporabljali kot sledilnik, da bi razumeli, kako se obnašajo nanomateriali - če najdete nanodelce, potem veste, kje se nanodelci kopičijo. Ugotovitve iz tega prispevka kažejo, da se lahko celo sorazmerno inertni kovinski nanodelci, kot je zlato, dejansko raztopijo, ko se med seboj povezujejo z biofilmom v vodnih okoljih.

"Medsebojni vplivi nanomaterialov s fitobiomom lahko potencialno vplivajo na kmetijstvo, " je dejal Lowry. "Raziskovalna skupnost šele začenja razumeti vlogo ptiobioma na rastlinski produktivnosti. Ta študija kaže potencial za oblikovanje nanomaterialov, ki delujejo skupaj s fitobiomom za izboljšanje produktivnosti rastlin. Uspešne intervencije v kmetijstvu bodo morale preučiti, kako delati sinergistično z narava. "

Čeprav je treba preučiti učinke zlatega preoblikovanja, je verjetno, da bi lahko bil strupen za nekatere organizme. Ioni se lahko premikajo tudi hitreje in dlje od nanodelcev, ki se v organizmih in v okolju porazdelijo drugače. Dobra novica je, da so zdaj raziskovalci odkrili, kako in zakaj se raztopijo, zato smo lahko pametni glede prihodnjih uporab in uporabe nanodelcev, čeprav to vplivamo tudi v našo korist.

"Zdaj vemo, zakaj in v kakšnih okoliščinah se zlati nanodelci raztopijo, " je dejal Avellan. "Torej lahko to znanje prevzamemo in ga izkoristimo v naši prednosti pri oblikovanju boljših materialov."

menu
menu