Του Πίτερ Ρουέγκ
Ερευνητές στο ETH Zurich αναπτύσσουν μια νέα μεμβράνη φίλτρου που είναι ιδιαίτερα αποτελεσματική στο φιλτράρισμα και την αδρανοποίηση μιας ευρείας ποικιλίαςπου μεταφέρονται και νερό-ιοί που μεταδίδονται. Κατασκευασμένη από οικολογικά υγιή υλικά, η μεμβράνη έχει ένα κατάλληλα καλό περιβάλλονχρονολογική πατημασιές.
Οι ιοί μπορούν να εξαπλωθούν όχι μόνο μέσω σταγονιδίων ή αερολυμάτων όπως ο νέος κορωνοϊός, αλλά και στο νερό. Στην πραγματικότητα, ορισμένα δυνητικά επικίνδυνα παθογόνα γαστρεντερικών ασθενειών είναι ιοί που μεταδίδονται με το νερό.
Μέχρι σήμερα, τέτοιοι ιοί έχουν αφαιρεθεί από το νερό χρησιμοποιώντας νανοδιήθηση ή αντίστροφη όσμωση, αλλά με υψηλό κόστος και σοβαρές επιπτώσεις στο περιβάλλον. Για παράδειγμα, τα νανοφίλτρα για ιούς είναι κατασκευασμένα από πρώτες ύλες με βάση το πετρέλαιο, ενώ η αντίστροφη όσμωση απαιτεί σχετικά μεγάλη ποσότητα ενέργειας.
Αναπτύχθηκε φιλική προς το περιβάλλον μεμβράνη
Τώρα μια διεθνής ομάδα ερευνητών με επικεφαλής τον Raffaele Mezzenga, Καθηγητή Τροφίμων και Μαλακών Υλικών στο ETH Ζυρίχης, έχει αναπτύξει μια νέα μεμβράνη φίλτρου νερού που είναι τόσο εξαιρετικά αποτελεσματική όσο και φιλική προς το περιβάλλον. Για την κατασκευή του, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν φυσικές πρώτες ύλες.
Η μεμβράνη φίλτρου λειτουργεί με την ίδια αρχή που ο Mezzenga και οι συνεργάτες του ανέπτυξαν για την αφαίρεση βαρέων ή πολύτιμων μετάλλων από το νερό. Δημιουργούν τη μεμβράνη χρησιμοποιώντας μετουσιωμένων πρωτεϊνών ορού γάλακτος που συναρμολογούνται σε λεπτά νήματα που ονομάζονται αμυλοειδή ινώδη ινώδη. Σε αυτή την περίπτωση, οι ερευνητές έχουν συνδυάσει αυτό το ινώδη ινώδη ικρίωμα με νανοσωματίδια υδροξειδίου του σιδήρου (Fe-O-HO).
Η κατασκευή της μεμβράνης είναι σχετικά απλή. Για την παραγωγή των ινωδών ινωδών νημάτων, οι πρωτεΐνες ορού γάλακτος που προέρχονται από την επεξεργασία γάλακτος προστίθενται σε οξύ και θερμαίνονται στους 90 βαθμούς Κελσίου. Αυτό προκαλεί τις πρωτεΐνες να επεκταθούν και να προσκολληθούν μεταξύ τους, σχηματίζοντας ινώδη. Τα νανοσωματίδια μπορούν να παραχθούν στο ίδιο δοχείο αντίδρασης με τα ινώδη: οι ερευνητές αυξάνουν το pH και προσθέτουν άλας σιδήρου, προκαλώντας το μείγμα να «αποσυντεθεί» στα νανοσωματίδια υδροξειδίου του σιδήρου, τα οποία συνδέονται με τα αμυλοειδή ινίδια. Για την εφαρμογή αυτή, ο Mezzenga και οι συνεργάτες του χρησιμοποίησαν κυτταρίνη για να υποστηρίξουν τη μεμβράνη.
Αυτός ο συνδυασμός αμυλοειδών ινωδών και νανοσωματιδίων υδροξειδίου του σιδήρου καθιστά τη μεμβράνη μια εξαιρετικά αποτελεσματική και αποδοτική παγίδα για διάφορους ιούς που υπάρχουν στο νερό. Το θετικά φορτισμένο οξείδιο του σιδήρου προσελκύει ηλεκτροστατικά τους αρνητικά φορτισμένους ιούς και τους αδρανοποιεί. Τα αμυλοειδή ινώδη από μόνα τους δεν θα ήταν σε θέση να το κάνουν αυτό επειδή, όπως τα ιικά σωματίδια, είναι επίσης αρνητικά φορτισμένα σε ουδέτερο pH. Ωστόσο, τα ινίδια είναι η ιδανική μήτρα για τα νανοσωματίδια οξειδίου του σιδήρου.
Διάφοροι ιοί εξαλείφονται ιδιαίτερα αποτελεσματικά
Η μεμβράνη εξαλείφει ένα ευρύ φάσμα ιών που μεταδίδονται με το νερό, συμπεριλαμβανομένων των μη ανεπτυγμένων αδενοϊών, των ρετροϊών και των εντεροϊών. Αυτή η τρίτη ομάδα μπορεί να προκαλέσει επικίνδυνες γαστρεντερικές λοιμώξεις, οι οποίες σκοτώνουν περίπου μισό εκατομμύριο ανθρώπους – συχνά μικρά παιδιά σε αναπτυσσόμενες και αναδυόμενες χώρες – κάθε χρόνο. Οι εντεροϊοί είναι εξαιρετικά σκληροί και ανθεκτικοί στα οξέα και παραμένουν στο νερό για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα, οπότε η μεμβράνη φίλτρου θα πρέπει να είναι ιδιαίτερα ελκυστική για τις φτωχότερες χώρες ως τρόπος για να βοηθήσει στην πρόληψη τέτοιων λοιμώξεων.
Επιπλέον, η μεμβράνη εξαλείφει επίσης τους ιούς της γρίπης H1N1 και ακόμη και τον νέο ιό SARS-CoV-2 από το νερό με μεγάλη αποτελεσματικότητα. Σε φιλτραρισμένα δείγματα, η συγκέντρωση των δύο ιών ήταν κάτω από το όριο ανίχνευσης, το οποίο ισοδυναμεί με σχεδόν πλήρη εξάλειψη αυτών των παθογόνων παραγόντων.
«Γνωρίζουμε ότι ο νέος κορωνοϊός μεταδίδεται κυρίως μέσω σταγονιδίων και αερολυμάτων, αλλά στην πραγματικότητα, ακόμη και σε αυτή την κλίμακα, ο ιός απαιτεί να περιβάλλεται από νερό. Το γεγονός ότι μπορούμε να το αφαιρέσουμε πολύ αποτελεσματικά από το νερό υπογραμμίζει εντυπωσιακά την ευρεία εφαρμογή της μεμβράνης μας», λέει ο Mezzenga.
Ενώ η μεμβράνη έχει σχεδιαστεί κυρίως για χρήση σε μονάδες επεξεργασίας λυμάτων ή για επεξεργασία πόσιμου νερού, θα μπορούσε επίσης να χρησιμοποιηθεί σε συστήματα φιλτραρίσματος αέρα ή ακόμη και σε μάσκες. Δεδομένου ότι αποτελείται αποκλειστικά από οικολογικά υγιή υλικά, θα μπορούσε απλά να κομποστοποιητεί μετά τη χρήση - και η παραγωγή του απαιτεί ελάχιστη ενέργεια. Αυτά τα χαρακτηριστικά του δίνουν ένα εξαιρετικό περιβαλλοντικό αποτύπωμα, όπως επισημαίνουν και οι ερευνητές στη μελέτη τους. Επειδή η διήθηση είναι παθητική, δεν απαιτεί πρόσθετη ενέργεια, γεγονός που καθιστά τη λειτουργία της ουδέτερη ως προς τον άνθρακα και πιθανή χρήση σε οποιοδήποτε κοινωνικό πλαίσιο, από αστικές έως αγροτικές κοινότητες.
Εκτός από το εργαστήριο του Mezzenga, επιστήμονες από διάφορα ελβετικά πανεπιστήμια συμμετείχαν στις εργασίες, συμπεριλαμβανομένων ειδικών ιών από τα Πανεπιστήμια της Ζυρίχης, της Λωζάνης και της Γενεύης, του EPFL, του Πανεπιστημίου του Κάλιαρι και του spin-off BluAct του ETH, το οποίο κατέχει το δίπλωμα ευρεσιτεχνίας για αυτή τη νέα τεχνολογία.
Πηγή: Eidgenössische Τεκνίτσε Χότσουλ Ζυρίχη (ETH Ζυρίχη)