Een schild van grafeen helpt deeltjes antibioticaresistente bacteriën en vrij zwevende antibioticaresistentiegenen in afvalwaterzuiveringsinstallaties te vernietigen.

Beschouw de nieuwe strategie die is ontwikkeld aan de Rice University als "wrap, val en zap."

De laboratoria van Rice-milieuwetenschapper Pedro Alvarez en Yalei Zhang, een professor in milieutechniek aan de Tongji University, Sjanghai, introduceerde microsferen verpakt in grafeenoxide in het Elsevier-tijdschrift Wateronderzoek .

Alvarez en zijn partners in het op rijst gebaseerde Nanosystems Engineering Research Center for Nanotechnology-Enabled Water Treatment (NEWT) hebben gewerkt aan het uitdoven van antibioticaresistente "superbacteriën" sinds ze voor het eerst werden gevonden in afvalwaterzuiveringsinstallaties in 2013.

"Het is bekend dat superbugs zich voortplanten in afvalwaterzuiveringsinstallaties en extracellulaire antibioticaresistentiegenen (ARG's) afgeven wanneer ze worden gedood terwijl het afvalwater wordt gedesinfecteerd, " zei Alvarez. "Deze ARG's worden vervolgens afgevoerd en kunnen inheemse bacteriën in de ontvangende omgeving transformeren, die resistente reservoirs worden.

"Onze innovatie zou de lozing van extracellulaire ARG's minimaliseren, en zo de verspreiding van antibioticaresistentie door afvalwaterzuiveringsinstallaties te verminderen, " hij zei.

Het Rice-lab toonde zijn bollen - kernen van bismut, zuurstof en koolstof omhuld met met stikstof gedoteerd grafeenoxide - geïnactiveerde multiresistente Escherichia coli-bacteriën en afgebroken plasmide-gecodeerde antibioticaresistente genen in secundair afvalwater.

De met grafeen gewikkelde bollen doden nasties in het afvalwater door drie keer de hoeveelheid reactieve zuurstofsoorten (ROS) te produceren in vergelijking met de bollen alleen.

De bollen zelf zijn fotokatalysatoren die ROS produceren bij blootstelling aan licht. Laboratoriumtests toonden aan dat het inpakken van de bollen het vermogen van ROS-scavengers om hun vermogen om de oplossing te desinfecteren te beperken, minimaliseerde.

De onderzoekers zeiden dat stikstofdoping van de schelpen hun vermogen om bacteriën te vangen verhoogt, waardoor de katalytische sferen meer tijd krijgen om ze te doden. De verbeterde deeltjes vangen en breken dan onmiddellijk de resistente genen af ​​die door de dode bacteriën worden afgegeven voordat ze het afvalwater verontreinigen.

"Het inpakken van verbeterde bacteriële affiniteit voor de microsferen door verbeterde hydrofobe interactie tussen het bacteriële oppervlak en de schaal, " zei co-hoofdauteur Pingfeng Yu, een postdoctoraal onderzoeksmedewerker aan de Brown School of Engineering van Rice. "Dit verminderde ROS-verdunning en wegvangen door achtergrondbestanddelen en vergemakkelijkte onmiddellijke opname en afbraak van de vrijgekomen ARG's."

Omdat de ingepakte bollen groot genoeg zijn om uit het gedesinfecteerde effluent te worden gefilterd, ze kunnen worden hergebruikt, zei Yu. Tests toonden aan dat de fotokatalytische activiteit van de bollen relatief stabiel was, zonder significante afname van de activiteit na 10 cycli. Dat was beduidend beter dan de levensduur van dezelfde bollen minus de wikkel.