(Phys.org) —Nuova ricerca, appena pubblicato, spiega in dettaglio come i ricercatori dell'Università di Cincinnati hanno sviluppato e testato un nanofiltro a energia solare in grado di rimuovere agenti cancerogeni e antibiotici nocivi dalle fonti d'acqua - laghi e fiumi - a una velocità significativamente più elevata rispetto alla tecnologia di filtraggio attualmente utilizzata a base di carbone attivo.

Nel diario Nano lettere , Vikram Kapoor, dottorando in ingegneria ambientale, e David Wendell, professore assistente di ingegneria ambientale, relazione sullo sviluppo e la sperimentazione del nuovo filtro costituito da due proteine ​​batteriche che è stato in grado di assorbire il 64 per cento degli antibiotici nelle acque superficiali contro circa il 40 per cento assorbito dalla tecnologia di filtraggio attualmente utilizzata a carbone attivo. Uno degli aspetti più interessanti del loro filtro è la capacità di riutilizzare gli antibiotici catturati.

Kapoor e Wendell hanno iniziato lo sviluppo del loro nuovo nanofiltro nel 2010 e i test nel 2012 con i risultati riportati in un documento intitolato "Engineering Bacterial Eflux Pumps for Solar-Powered Bioremediation of Surface Waters".

La presenza di antibiotici nelle acque superficiali è dannosa in quanto alleva batteri resistenti e uccide i microrganismi utili, che possono degradare gli ambienti acquatici e le catene alimentari. In altre parole, agenti infettivi come virus e batteri che causano malattie diventano più numerosi mentre la salute di corsi d'acqua e laghi peggiora.

Così, secondo Wendell, i nanofiltri di nuova concezione, ciascuno molto più piccolo di diametro di un capello umano, potrebbe potenzialmente avere un grande impatto sia sulla salute umana che sulla salute dell'ambiente acquatico (poiché la presenza di antibiotici nelle acque superficiali può influenzare anche il sistema endocrino dei pesci, uccelli e altri animali selvatici).

Sorprendentemente, questo filtro utilizza proprio uno degli elementi che consentono ai batteri resistenti ai farmaci di essere così dannosi, una pompa proteica chiamata AcrB. Wendell ha spiegato, "Queste pompe sono un prodotto straordinario dell'evoluzione. Sono essenzialmente tritarifiuti selettivi per i batteri. La nostra innovazione stava cambiando il sistema di smaltimento. Quindi, invece di pompare fuori, pompiamo i composti nei proteovesicoli." (La nuova tecnologia di filtraggio è chiamata sistema di proteovesicoli.)

Un'altra importante innovazione è stata la fonte di alimentazione, una proteina batterica guidata dalla luce chiamata Delta-rodopsina che fornisce ad AcrB il potere di pompaggio per spostare gli antibiotici.

Il sistema proteico batterico presenta numerosi vantaggi rispetto all'attuale tecnologia di filtrazione:

• Il funzionamento della nuova tecnologia di filtraggio è alimentato dalla luce solare diretta rispetto ai fabbisogni ad alta intensità energetica per il funzionamento del filtro a carboni attivi standard.
• La tecnologia di filtraggio consente anche il riciclaggio degli antibiotici. Dopo che questi nuovi nano filtri hanno assorbito gli antibiotici dalle acque superficiali, i filtri potrebbero essere estratti dall'acqua ed elaborati per rilasciare i farmaci, permettendo loro di essere riutilizzati. D'altra parte, i filtri a carbone vengono rigenerati riscaldando a diverse centinaia di gradi, che brucia gli antibiotici.
• I nuovi filtri proteici sono altamente selettivi. I filtri a carbone attivo attualmente utilizzati fungono da "catch alls, " filtrando un'ampia varietà di contaminanti. Ciò significa che si intasano più rapidamente con la materia organica naturale che si trova nei fiumi e nei laghi.

Ha detto Wendell, "Finora, la nostra innovazione promette di essere un mezzo ecologico per estrarre gli antibiotici dalle acque superficiali su cui tutti noi facciamo affidamento. Ha anche il potenziale per fornire un recupero e un riutilizzo degli antibiotici economicamente vantaggiosi. Prossimo, vogliamo testare il nostro sistema per filtrare selettivamente ormoni e metalli pesanti dalle acque superficiali".

In relazione al lavoro pubblicato in questo articolo, Wendell e Kapoor hanno testato il loro nanofiltro a energia solare contro carbone attivo, l'attuale standard tecnologico di trattamento al di fuori del laboratorio. Hanno testato la loro innovazione nell'acqua raccolta dal fiume Little Miami. Utilizzando solo la luce solare come fonte di alimentazione, sono stati in grado di rimuovere selettivamente gli antibiotici ampicillina e vancomicina, antibiotici comunemente usati per uso umano e veterinario, e la colorazione dell'acido nucleico, bromuro di etidio, che è un potente cancerogeno per l'uomo e gli animali acquatici.