Коллектив ученых из НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из ТГУ имени Г.Р. Державина и СГУ имени Н.Г. Чернышевского выяснили, что графен способен очищать воду от сильных загрязнений, без дополнительного хлорирования, до состояния питьевой. «Захватывая» бактериальные клетки, он формирует с ними достаточно прочные хлопья, которые можно легко извлечь из воды. Отделенный при помощи ультразвука графен можно использовать повторно. Результаты исследования опубликованы в журнале Materials Science & Engineering C.
Графен и оксид графена (более стабильная в коллоидных растворах версия материала) — углеродные наноструктуры, чрезвычайно перспективные для биомедицины. Например, для адресной доставки лекарств на графеновых «чешуйках» и визуализации опухолей. Еще одно интересное свойство графена и оксида графена — способность разрушать клетки бактерий, даже без дополнительного использования антибиотических препаратов.
Ученые НИТУ «МИСиС» совместно с коллегами из ТГУ имени Г.Р. Державина и СГУ имени Н.Г. Чернышевского провели эксперимент по введению оксида графена в растворы (питательная среда и физраствор), содержащие культуры кишечной палочки (E. coli). По условиям эксперимента, физраствор «моделировал» воду, а питательная среда — человеческий организм. Результаты показали, что оксид графена вместе с живыми и разрушенными бактериями собирается хлопьями внутри растворов. Получившуюся массу можно легко извлечь, и в результате получится жидкость, почти полностью избавленная от бактерий. Если потом обработать извлеченную массу ультразвуком, графен можно отделить и использовать повторно.
«В качестве рабочих растворов мы выбрали питательную среду для культивирования бактерий (в целом, она близка по составу к естественной среде обитания бактерий), а также обыкновенный физраствор, который используют для инъекций. В качестве тестируемой бактериальной культуры использовалась кишечная палочка, модифицированная люминисцирующим агентом для облегчения визуализации экспериментов», — комментирует один из авторов исследования, доцент кафедры функциональных наносистем и высокотемпературных материалов НИТУ «МИСиС» Александр Гусев.
Оксид графена добавлялся в питательный раствор в разных концентрациях — 0,0025 грамм на литр, 0, 025 г/л, 0,25 г/л и 2,5 г/л. Как выяснилось, даже при минимальной концентрации оксида графена в физрастворе (воде) наблюдаемый антибактериальный эффект был существенно выше, чем в питательной среде (организме человека). Ученые считают, что это свидетельствует не о механическом, а о биохимическом характере механизма воздействия, то есть, поскольку в физрастворе находится куда меньше питательных веществ, бактерии двигались активнее, и чаще «захватывались» чешуйками оксида графена.
Согласно данным флуоресцентного теста, подтвержденных с помощью лазерной конфокальной микроскопиии и сканирующей электронной микроскопиии, при концентрации оксида графена в 2,5 г/л количество бактерий снизилось в несколько раз по сравнению с контрольной группой, и стала близкой к нулю.
Пока точно не установлено, каким образом происходит дальнейшее уничтожение бактерий, исследователи считают, что оксид графена провоцирует образование свободных радикалов, которые губительны для бактерий.
По мнению ученых, если такую систему очистки применить для воды, можно будет избежать дополнительного хлорирования. Есть и другие преимущества: у обеззараживания с помощью оксида графена низкая себестоимость, кроме того, эту технологию легко масштабировать до формата крупных городских очистных сооружений.
