L'affinità batterica migliorata e la generazione di specie reattive dell'ossigeno migliorano l'inattivazione antibatterica nelle acque reflue mediante nanosfere avvolte in ossido di grafene sviluppate dagli scienziati della Rice University e della Tongji University, Shanghai. I geni di resistenza agli antibiotici (eARG) rilasciati da batteri inattivati resistenti agli antibiotici (ARB) in prossimità dei siti fotocatalitici sulle sfere facilitano la loro degradazione. Credito:Alvarez Research Group/Rice University
Uno scudo di grafene aiuta le particelle a distruggere i batteri resistenti agli antibiotici e i geni di resistenza agli antibiotici che fluttuano liberamente negli impianti di trattamento delle acque reflue.
Pensa alla nuova strategia sviluppata alla Rice University come "wrap, trap e zap."
I laboratori dello scienziato ambientale di Rice Pedro Alvarez e Yalei Zhang, professore di ingegneria ambientale alla Tongji University, Shanghai, introdotto microsfere avvolte in ossido di grafene nella rivista Elsevier Ricerca sull'acqua .
Alvarez e i suoi partner del Centro di ricerca ingegneristica sui nanosistemi di riso per il trattamento delle acque con tecnologia nanotecnologica (NEWT) hanno lavorato per estinguere i "superbatteri" resistenti agli antibiotici da quando li hanno trovati per la prima volta negli impianti di trattamento delle acque reflue nel 2013.
"È noto che i superbatteri si riproducono negli impianti di trattamento delle acque reflue e rilasciano geni extracellulari di resistenza agli antibiotici (ARG) quando vengono uccisi mentre l'effluente viene disinfettato, " Ha detto Alvarez. "Questi ARG vengono quindi scaricati e possono trasformare i batteri indigeni nell'ambiente ricevente, che diventano serbatoi resistomi.
"La nostra innovazione ridurrebbe al minimo la scarica di ARG extracellulari, e quindi mitigare la diffusione della resistenza agli antibiotici dagli impianti di trattamento delle acque reflue, " Egli ha detto.
Un'immagine al microscopio elettronico a scansione mostra un guscio di ossido di grafene attorno alle nanopiastre stratificate che costituiscono il nucleo di una particella che intrappola e distrugge i batteri resistenti agli antibiotici e i geni di resistenza che rilasciano. Le sfere avvolte sviluppate presso le università Rice e Tongji si sono dimostrate tre volte più capaci di disinfettare gli effluenti secondari dagli impianti di acque reflue rispetto alle sfere senza l'ossido di grafene drogato con azoto. Credito:Università Deyi Li/Tongji
Il laboratorio del riso mostrò le sue sfere:nuclei di bismuto, ossigeno e carbonio avvolti con ossido di grafene drogato con azoto, batteri Escherichia coli multiresistenti inattivati e geni resistenti agli antibiotici codificati da plasmidi degradati nell'effluente secondario delle acque reflue.
Le sfere avvolte in grafene uccidono i cattivi nell'effluente producendo tre volte la quantità di specie reattive dell'ossigeno (ROS) rispetto alle sole sfere.
Le sfere stesse sono fotocatalizzatori che producono ROS quando esposte alla luce. I test di laboratorio hanno mostrato che l'avvolgimento delle sfere riduceva al minimo la capacità degli spazzini di ROS di ridurre la loro capacità di disinfettare la soluzione.
I ricercatori hanno affermato che il drogaggio con azoto dei gusci aumenta la loro capacità di catturare i batteri, dando alle sfere catalitiche più tempo per ucciderle. Le particelle potenziate catturano e degradano immediatamente i geni resistenti rilasciati dai batteri morti prima che contaminino l'effluente.
Un'immagine al microscopio elettronico mostra i batteri E. coli intrappolati da microsfere avvolte sviluppate nelle università Rice e Tongji. Le sfere sono state create per disinfettare gli effluenti secondari degli impianti di trattamento delle acque reflue, un terreno fertile per batteri resistenti agli antibiotici e geni di resistenza agli antibiotici. Credito:Università Deyi Li/Tongji
"Avvolgimento di una migliore affinità batterica per le microsfere attraverso una maggiore interazione idrofobica tra la superficie batterica e il guscio, ", ha affermato il co-autore Pingfeng Yu, un ricercatore associato post-dottorato presso la Brown School of Engineering di Rice. "Questo ha mitigato la diluizione e lo scavenging dei ROS da parte dei costituenti di fondo e ha facilitato l'immediata cattura e degradazione degli ARG rilasciati".
Poiché le sfere avvolte sono abbastanza grandi da essere filtrate dall'effluente disinfettato, possono essere riutilizzati, ha detto Yu. I test hanno mostrato che l'attività fotocatalitica delle sfere era relativamente stabile, senza una significativa diminuzione dell'attività dopo 10 cicli. Era significativamente migliore della durata del ciclo delle stesse sfere meno l'involucro.
