Een team van onderzoekers van het California NanoSystems Institute aan de UCLA heeft een nieuwe manier gevonden om enzymen te gebruiken om verontreinigende stoffen uit water te verwijderen die kosten- en energie-efficiënt is. in staat om meerdere verontreinigende stoffen tegelijk te verwijderen, en minimaliseert risico's voor de volksgezondheid en het milieu.

De opmars zou een belangrijke nieuwe stap kunnen zijn in de poging om te voldoen aan de wereldwijde behoefte aan schoon drinkwater, irrigatie en recreatief gebruik.

De huidige methoden vereisen meerdere stappen en omvatten chemicaliën die reageren op warmte, zonlicht of elektriciteit. Wetenschappers hadden eerder aangetoond dat vervuild water kan worden gereinigd met behulp van enzymatische activiteiten van natuurlijk voorkomende bacteriën en schimmels, die verontreinigende stoffen afbreekt in hun onschadelijke chemische componenten. Maar die methode brengt het risico met zich mee dat gevaarlijke organismen in het water terechtkomen.

De nieuwe UCLA-techniek, ontwikkeld door een team onder leiding van Shaily Mahendra, een UCLA universitair hoofddocent civiele en milieutechniek, en Leonard Rome, hoogleraar biologische chemie en associate director van CNSI, is een variatie op die methode. De onderzoekers stopten enzymen in deeltjes op nanoschaal genaamd "kluizen, " deponeer vervolgens de kleine deeltjes in vervuild water.

Hun methode wordt beschreven in een artikel gepubliceerd in ACS Nano .

Mahendra zei dat microbiële processen in water die deel uitmaken van het natuurlijke systeem van biologische afbraak uiteindelijk de vervuiling in ons water zouden afbreken, maar alleen over een zeer lange periode.

"Natuurlijke microben zijn de reden waarom de wereld niet nog steeds bedekt is met uitwerpselen van dinosauriërs, "Zei Mahendra. "Maar we hebben niet de tijd of ruimte op onze planeet om vervuilde meren en rivieren een paar miljoen jaar te negeren terwijl de natuur het werk doet."

Gewelven op nanoschaal zijn minuscule deeltjes - slechts miljardsten van een meter breed - die de vorm hebben van biervaten. Mahendra zei dat de nieuwe methode effectief is omdat de kluizen de enzymen beschermen. ze intact en krachtig houden wanneer ze in het verontreinigde water worden geplaatst.

De wetenschappers testten de methode met behulp van een enzym dat mangaanperoxidase wordt genoemd. Ze ontdekten dat gedurende een periode van 24 uur de gewelven drie keer zoveel fenol uit het water verwijderden als het enzym deed toen het in het water viel zonder gewelven te gebruiken.

Ze ontdekten ook dat, omdat het mangaanperoxidase stabiel bleef in de gewelven, het was na 48 uur nog steeds in staat om fenol uit het water te verwijderen. Vrij mangaanperoxide was na 7 1/2 uur volledig inactief.

Kluis nanodeeltjes, die zijn opgebouwd uit eiwitten en aanwezig zijn in de cellen van bijna alle levende wezens, werden ontdekt door Rome en Nancy Kedersha, zijn toenmalige postdoctorale student, in 1980. Elke menselijke cel bevat duizenden kluizen, die zelf andere eiwitten bevatten. Maar Rome en zijn collega's bedachten uiteindelijk een methode voor het bouwen van lege kluizen die kunnen worden gebruikt om medicijnen te leveren aan specifieke cellen van het lichaam om kanker te bestrijden. HIV en andere ziekten.

Het onderzoek draagt ​​bij aan de doelstellingen van UCLA's Sustainable L.A. Grand Challenge, een campusbreed initiatief om de regio Los Angeles over te zetten op 100 procent hernieuwbare energie, lokaal water en een betere gezondheid van ecosystemen tegen 2050. Mahendra helpt ook bij het ontwikkelen van het werkplan voor Sustainable L.A.

Mahendra zei dat de nieuwe techniek binnen een paar jaar kan worden opgeschaald voor commercieel gebruik in vervuilde meren en rivieren. en gewelven zouden kunnen worden toegevoegd aan membraanfiltratie-eenheden en gemakkelijk kunnen worden opgenomen in bestaande waterbehandelingssystemen. Kluizen die verschillende biologisch afbreekbare enzymen bevatten, kunnen mogelijk meerdere verontreinigingen tegelijk uit dezelfde waterbron verwijderen.

Het is onwaarschijnlijk dat ze risico's opleveren voor mens of milieu, Rome zei, omdat er kluizen groeien in de cellen van zoveel soorten.

De kluizen met mangaanperoxidase die voor de nieuwe studie werden gebruikt, zijn gebouwd door een team onder leiding van Valerie Kickhoefer, een geassocieerd onderzoeker die met Rome werkt. Ook bijgedragen aan de studie waren eerste auteur Meng Wang, een afgestudeerde student in Mahendra's lab, en UCLA-medewerker onderzoeksmedewerker Danny Abad.

Elektronenmicroscopie voor het onderzoek werd uitgevoerd in het Electron Imaging Center for Nanomachines van CNSI. Het onderzoek werd ondersteund door het Strategic Environmental Research and Development Program (prijs ER-2422) en de UCLA-afdeling van civiele en milieutechniek.