باکتری‌های موجود در فاضلاب مفید واقع شدند!

به گزارش مجله خبری نگار،یافته‌های جدید پژوهشگران نشان می‌دهد توانایی استخراج مواد شیمیایی مفید از آب آلوده به فلزات سنگین می‌تواند راه را برای تولید پایدار و سازگار با محیط زیست مواد نیمه هادی با ارزش هموار کند.

پروفسور گائو شیانگ (Gao Xiang) از موسسه زیست شناسی مصنوعی شنژن (Institute of Synthetic Biology) در آکادمی علوم چین و پروفسور لو لو (Lu Lu) از موسسه فناوری هاربین در شنژن سرپرستی این مطالعات را بر عهده داشته و طی آن توانستند مواد نیمه هادی و تراشه‌های اساسی که در صنایع و فناوری‌های پیشرفته استفاده شده و معمولاً به وسیله ابزار‌های شیمیایی یا فیزیکی در محیط‌های خاص و استریل تولید می‌شوند.

در این مطالعه جدید مشخص شد مواد مورد استفاده برای ساخت نیمه هادی‌ها را می‌توان توسط باکتری‌های مهندسی ژنتیکی در فاضلاب تولید کرد و در طیف گسترده‌ای از کاربرد‌ها مانند نمایشگر‌های دیجیتال، پنل‌های خورشیدی و حتی مصارف پزشکی استفاده کرد.

باید توجه داشت یکی از مهم‌ترین چالش‌های پیش رو در این مطالعات، ترکیب متنوع و پیچیده پساب‌های صنعتی هنگام استفاده از آن به عنوان منبع غذایی برای باکتری‌ها است و تولید محدود این مواد نیز گران بوده و هزینه‌ای حدود صد برابر قیمت طلا به همراه داشته است.

برای یافتن روشی بهتر، محققان می‌خواستند آلاینده‌های فاضلاب را به بیوهیبرید‌های نیمه هادی تبدیل کنند که از اجزای بیولوژیکی و غیر بیولوژیکی تشکیل شده است. به همین دلیل این تیم تحقیقاتی یک میکروارگانیسم دریایی دوستدار آب شور به نام ویبریو ناتریژن (Vibrio natriegens) را به عنوان نقطه شروع برای باکتری‌های مهندسی شده خود انتخاب کردند. این باکتری یکی از سریع‌ترین میکروب‌های صنعتی است که می‌تواند دو برابر سریع‌تر از باکتری E coli معمولی رشد کند.

ویبریو ناتریژن‌ها می‌توانند در محیط‌های دارای نمک رشد کرده و در برابر آلودگی‌های موجود در فاضلاب نیز بسیار مقاوم هستند. آن‌ها می‌توانند از بیش از ۲۰۰ نوع ماده آلی به عنوان مواد مغذی از جمله قند ها، الکل ها، اسید‌های آمینه و اسید‌های آلی استفاده کنند که همین طیف گسترده قابلیت ها، آن‌ها را گزینه‌ای ایده آل برای این تحقیق می‌کند.

در ادامه، پژوهشگران یک مسیر کاهش سولفات را به ویبریو ناتریژن‌ها معرفی کرده و این سویه را برای جذب مستقیم سولفات از محیط و تولید گاز H ۲ S آموزش داد. سپس این باکتری با یون‌های فلزی در فاضلاب ترکیب شد تا نانو ذرات نیمه رسانا ایجاد کند.

بررسی‌های آزمایشگاهی نشان می‌دهد زمانی که از بیوهیبرید‌ها برای خالص سازی محلول فاضلاب استفاده شد، ۹۹ درصد یون‌های کادمیوم موجود در آن استخراج و به ذرات سولفید کادمیوم تبدیل شدند.

این نوع از نانوذرات که به نقاط کوانتومی نیز معروف هستند دارای اهمیت زیادی است و نکته مهم در فرایند فوق این است که پس از یک چرخه کامل، بیوهیبرید‌های موجود در فاضلاب را می‌توان از طریق فیلتراسیون یا ته نشینی برای استخراج مواد نیمه هادی جمع آوری کرد.

پروفسور گائو در این رابطه گفت: این سیستم بیوهیبرید می‌تواند روشی کارآمد و مقرون به صرفه برای ساخت نقاط کوانتومی بسیار ارزشمند باشد. ما طی آزمایش‌های خود دریافتیم انرژی اضافی تولید شده توسط نانوذرات از طریق جذب نور، راندمان سنتز بیوهیبرید‌ها و نرخ تبدیل مواد آلی در فاضلاب را بهبود بخشید.

شرح کامل این مطالعات در آخرین شماره مجله تخصصی Nature Sustainability منتشر شده است.