فهرست مطالب
پژوهشگران چینی با توسعه یک سامانه بیوهیبریدی باکتری–معدنی موفق شدند تا ۹۴ درصد اورانیوم موجود در آب را تصفیه کنند.
به گزارش سرویس فناوری تکناک، پاکسازی منابع آبی آلوده به اورانیوم همواره فرایندی پرهزینه و کند بوده است. اکنون این پژوهشگران با فناوری جدید خود مسیر تازهای پیش روی زیستپالایی گشودهاند. این فناوری که در دانشگاه علوم و فناوری جنوبغربی توسعه یافته است از سازوکاری نورمحور بهره میبرد و همانند یک سلول خورشیدی، بازده حذف اورانیوم از آب را افزایش میدهد. مشکل اساسی در تصفیه اورانیوم، کندی انتقال الکترون در فرایندهای میکروبی است؛ محدودیتی که کارایی روشهای زیستی را کاهش میدهد. فناوری جدید همین گلوگاه را هدف قرار داده است.
پژوهشگران تاکید میکنند که نوآوری اصلی در صرف ترکیب باکتری و ماده معدنی خلاصه نمیشود، بلکه در ایجاد یک ساختار همافزای «حیات–غیرحیات» از طریق زیستسنتز در محل نهفته است؛ ساختاری که تعامل زیستی و تبدیل انرژی معدنی را در سطحی عمیق یکپارچه میکند.
حتما بخوانید: سالانه آب شیرین برای ۲۸۰ میلیون نفر هدر میرود
چگونگی تصفیه اورانیوم موجود در آب
اورانیوم برای تامین سوخت نیروگاههای هستهای و صنایع تخصصی استخراج و تغلیظ میشود، اما پیامدهای زیستمحیطی آن (به عنوان فلزی سنگین و منبع خطر پرتوزایی پایدار) مدیریت دشواری دارد. روشهای شیمیایی علاوه بر هزینه بالا، ریسکهای زیستمحیطی قابل توجهی ایجاد میکنند و گزینههای زیستی نیز به دلیل محدودیت ذاتی انتقال الکترون با بازده پایین مواجه هستند. پاسخ این تیم تحقیقاتی، توسعه بیوهیبریدی نوین متشکل از باکتری و مواد معدنی است که با بهرهگیری از نانوذرات جاذب نور، شار الکترونی را تسریع میکند. حاصل کار، سامانهای خودنوساز و پایدار است که میتواند استاندارد تازهای در تصفیه اورانیوم تعریف کند.
بیشتر بخوانید: رباتها اکوسیستم آبی سنگاپور و امارات را نجات میدهند + ویدیو
در کانون این فناوری، باکتری Shewanella putrefaciens قرار دارد. ابتکار کلیدی پژوهشگران، القای رشد درجا و کنترلشده پوستهای متراکم از نانوذرات سولفید آهن بر سطح این باکتریها بود؛ لایهای محافظ که پیوندی تنگاتنگ میان عملکرد زیستی و تبدیل انرژی معدنی برقرار میکند و مفهوم «بیوهیبرید» را به شکلی عملیاتی محقق میسازد. این نانوذرات معدنی در مواجهه با نور، همانند سلولهای خورشیدی مینیاتوری عمل میکنند؛ انرژی فوتونی را جذب و فوتوالکترونهایی تولید میکنند که نقش کلیدی در فرایند خنثیسازی اورانیوم ایفا مینمایند. این فوتوالکترونها با کاهش حلالیت اورانیوم، آن را به رسوبی پایدار و غیرقابل تحرک تبدیل میکنند؛ حالتی که خطر فوری زیستمحیطی را بهطور چشمگیری کاهش میدهد. فراتر از این، سامانه با ایجاد کانالهای انتقال الکترون در غشای سلولی، جریان الکترونی را به متابولیسم باکتری پیوند میزند. این تقویت متابولیکی، بازتولید مداوم سایتهای فعال معدنی را ممکن میسازد و یک چرخه بسته و خودبازساز ایجاد میکند که در دورههای متوالی تصفیه نیز کارایی خود را حفظ مینماید.
برای مطالعه بیشتر: هشدار کارشناسان درباره غیرقابل زیست شدن زمین
موفقیت سامانه بیوهیبریدی باکتری–معدنی
آزمایشها در پساب واقعی معادن نشان میدهد که این فناوری گامی جدی به سوی کاربرد عملی برداشته است. در شرایطی که باکتریهای متعارف حداکثر ۴۸ درصد اورانیوم را حذف میکنند، سامانه بیوهیبریدی جدید به نرخ حذف ۹۴ درصد دست یافته است، که جهشی قابل توجه در بازده زیستپالایی است. همچنین ارزیابیهای زیستسنجی نشان داد که آب تصفیهشده سمیت بسیار کمتری برای رشد محصولات کشاورزی دارد.
به گفته پژوهشگران، این مطالعه چشمانداز تازهای برای فهم سازوکارهای انتقال الکترون در برهمکنش میان نور، مواد معدنی و میکروارگانیسمها فراهم میکند و مبنای نظری و فنی نوینی برای توسعه فناوریهای پایدار و کارآمد زیستپالایی در محل ارائه میدهد. هرچند این فناوری هنوز در مرحله گذار از آزمایشگاه به مقیاس صنعتی قرار دارد، اما تصویری روشن از آیندهای کمهزینهتر و سازگارتر با محیطزیست ترسیم میکند.
یافتههای این تحقیق در مجله علمی Science Bulletin منتشر شده است.
