(Phys.org) — Nieuw onderzoek, net gepubliceerd, beschrijft hoe onderzoekers van de Universiteit van Cincinnati een nanofilter op zonne-energie hebben ontwikkeld en getest dat schadelijke kankerverwekkende stoffen en antibiotica uit waterbronnen - meren en rivieren - kan verwijderen met een aanzienlijk hogere snelheid dan de momenteel gebruikte filtertechnologie gemaakt van actieve kool.

In het journaal Nano-letters , Vikram Kapoor, doctoraatsstudent milieutechniek, en David Wendell, assistent-professor milieutechniek, rapporteren over hun ontwikkeling en testen van het nieuwe filter gemaakt van twee bacteriële eiwitten die in staat waren om 64 procent van de antibiotica in oppervlaktewater te absorberen versus ongeveer 40 procent geabsorbeerd door de momenteel gebruikte filtertechnologie gemaakt van actieve kool. Een van de meer opwindende aspecten van hun filter is de mogelijkheid om de antibiotica die worden opgevangen opnieuw te gebruiken.

Kapoor en Wendell zijn in 2010 begonnen met de ontwikkeling van hun nieuwe nanofilter en in 2012 met testen. met de resultaten gerapporteerd in een paper getiteld "Engineering Bacterial Efflux Pumps for Solar-Powered Bioremediation of Surface Waters."

De aanwezigheid van antibiotica in oppervlaktewater is schadelijk omdat het resistente bacteriën voortbrengt en nuttige micro-organismen doodt, die aquatische milieus en voedselketens kunnen aantasten. Met andere woorden, infectieuze agentia zoals virussen en ziekteverwekkende bacteriën worden talrijker terwijl de gezondheid van beken en meren achteruitgaat.

Dus, volgens Wendell, de nieuw ontwikkelde nanofilters, elk veel kleiner in diameter dan een mensenhaar, kan een grote impact hebben op zowel de menselijke gezondheid als op de gezondheid van het aquatisch milieu (aangezien de aanwezigheid van antibiotica in oppervlaktewateren ook de endocriene systemen van vissen kan aantasten, vogels en andere dieren).

Verrassend genoeg, dit filter maakt gebruik van een van de elementen die ervoor zorgen dat resistente bacteriën zo schadelijk zijn, een eiwitpomp genaamd AcrB. Wendell legde uit, "Deze pompen zijn een verbazingwekkend product van evolutie. Het zijn in wezen selectieve afvalverwijdering voor de bacteriën. Onze innovatie was het omdraaien van het verwijderingssysteem. Dus, in plaats van weg te pompen, we pompen de verbindingen in de proteovesicles." (De nieuwe filtertechnologie wordt een proteovesicle-systeem genoemd.)

Een andere belangrijke innovatie was de stroombron, een door licht aangedreven bacterieel eiwit genaamd Delta-rhodopsin dat AcrB voorziet van de pompkracht om de antibiotica te verplaatsen.

Het bacteriële eiwitsysteem heeft een aantal voordelen ten opzichte van de huidige filtratietechnologie:

• De werking van de nieuwe filtertechnologie wordt aangedreven door direct zonlicht versus de energie-intensieve behoeften voor de werking van het standaard actieve koolfilter.
• De filtertechnologie maakt ook recycling van antibiotica mogelijk. Nadat deze nieuwe nanofilters antibiotica uit oppervlaktewater hebben opgenomen, de filters zouden uit het water kunnen worden gehaald en verwerkt om de drugs vrij te geven, waardoor ze opnieuw kunnen worden gebruikt. Anderzijds, koolstoffilters worden geregenereerd door verhitting tot enkele honderden graden, die de antibiotica verbrandt.
• De nieuwe eiwitfilters zijn zeer selectief. Momenteel gebruikte actieve koolfilters dienen als "vangst alls, " filteren van een grote verscheidenheid aan verontreinigingen. Dat betekent dat ze sneller verstopt raken met natuurlijk organisch materiaal dat in rivieren en meren wordt aangetroffen.

Zei Wendell, "Tot dusver, onze innovatie belooft een milieuvriendelijk middel te zijn om antibiotica te extraheren uit het oppervlaktewater waar we allemaal op vertrouwen. Het heeft ook het potentieel om te zorgen voor een kosteneffectieve terugwinning en hergebruik van antibiotica. Volgende, we willen ons systeem testen om selectief hormonen en zware metalen uit oppervlaktewater te filteren."

Met betrekking tot het werk dat in dit artikel is gepubliceerd, Wendell en Kapoor testten hun nanofilter op zonne-energie tegen actieve kool, de huidige behandelingstechnologiestandaard buiten het laboratorium. Ze testten hun innovatie in water verzameld uit de Little Miami River. Gebruik alleen zonlicht als stroombron, ze waren in staat om selectief de antibiotica ampicilline en vancomycine te verwijderen, veelgebruikte humane en veterinaire antibiotica, en de nucleïnezuurkleuring, ethidiumbromide, dat een krachtige kankerverwekkende stof is voor mensen en waterdieren.