Wie man Wasser mit Graphen reinigt
Wissenschaftler der National University of Science and Technology "MISIS" haben zusammen mit ihren Kollegen von der Derzhavin Tambov State University und der Saratov Chernyshevsky State University herausgefunden, dass Graphen in der Lage ist, Wasser zu reinigen und es ohne weitere Chlorung trinkbar zu machen. Indem es Bakterienzellen "einfängt",bildet es Flocken, die leicht aus dem Wasser gewonnen werden können. Durch Ultraschall separiertes Graphen kann wiederverwendet werden.
1) Graphenoxid, zugesetzt in Wasser 2) Wasser nach der Reinigung mit Graphenoxid 3) Graphenoxid "Flocken" mit Bakterien vor der Extraktion.
© NUST MISIS
Graphen und Graphenoxid (eine stabilere Version des Materials in kolloidalen Lösungen) sind Kohlenstoff-Nanostrukturen, die für die Biomedizin äußerst vielversprechend sind. So kann es beispielsweise für die gezielte Wirkstoffabgabe auf Graphen-"Skalen" und für die Tumorbildgebung eingesetzt werden. Eine weitere interessante Eigenschaft von Graphen und Graphenoxid ist die Fähigkeit, Bakterienzellen zu zerstören, auch ohne den zusätzlichen Einsatz von Antibiotika.
Wissenschaftler der Nationalen Universität für Wissenschaft und Technologie "MISIS" haben zusammen mit ihren Kollegen der Derzhavin Tambov State University und der Saratov Chernyshevsky State University ein Experiment durchgeführt, bei dem Graphenoxid in Lösungen (Nährmedium und Kochsalzlösung), die E.coli enthalten, eingebracht wurde. Im Rahmen des Experiments simulierten salzhaltiges "simuliertes" Wasser und das Nährmedium das menschliche Körpermedium. Die Ergebnisse zeigten, dass das Graphenoxid zusammen mit den lebenden und den zerstörten Bakterien Flocken in den Lösungen bildet. Die so entstehende Masse kann leicht extrahiert werden, so dass das Wasser fast vollständig frei von Bakterien ist. Wird die extrahierte Masse anschließend mit Ultraschall behandelt, kann Graphen getrennt und wiederverwendet werden.
"Als Arbeitslösungen wählten wir ein Nährmedium für die Kultivierung von Bakterien (es ist der natürliche Lebensraum der Bakterien), sowie eine normale Kochsalzlösung, die für Injektionen verwendet wird. Als getestete Bakterienkultur wurde E. coli, modifiziert mit einem Leuchtmittel, verwendet, um die Visualisierung der Experimente zu erleichtern", kommentiert Aleksandr Gusev, einer der Autoren, Associate Professor der NUST MISISIS Department of Functional Nanosystems and High-Temperature Materials.
Graphenoxid wurde der Nährlösung in verschiedenen Konzentrationen zugesetzt - 0,0025 g/l, 0,025 g/l, 0,25 g/l und 2,5 g/l. Wie sich herausstellte, war die beobachtete antibakterielle Wirkung selbst bei einer minimalen Konzentration von Graphenoxid in Kochsalzlösung (Wasser) signifikant höher als im Nährboden (menschlicher Körper). Wissenschaftler glauben, dass dies nicht auf eine mechanische, sondern auf eine biochemische Natur des Wirkmechanismus hindeutet, d.h. da es weitaus weniger Nährstoffe in der Kochsalzlösung gibt, bewegten sich die Bakterien aktiver und wurden häufiger von den Schuppen des Graphenoxids "gefangen".
Nach den fluoreszierenden Testdaten, die durch Laserkonfokalmikroskopie und Rasterelektronenmikroskopie bestätigt wurden, sank die Anzahl der Bakterien bei einer Konzentration von 2,5 g/l Graphenoxid im Vergleich zur Kontrollgruppe um ein Vielfaches und wurde nahe Null.
Es ist zwar noch nicht genau bekannt, wie die weitere Zerstörung von Bakterien abläuft, aber die Forscher glauben, dass Graphenoxid die Bildung von freien Radikalen provoziert, die für Bakterien schädlich sind.
Nach Ansicht der Wissenschaftler wird es möglich sein, eine zusätzliche Chlorierung zu vermeiden, wenn ein solches Reinigungssystem für Wasser verwendet wird. Es gibt noch weitere Vorteile: Die Dekontamination mit Graphenoxid ist kostengünstig, außerdem ist diese Technologie leicht auf das Format großer kommunaler Kläranlagen skalierbar.
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