در عصر حاضر، چالش مدیریت پسابهای شهری و صنعتی که سرشار از ترکیبات سمی و فلزات سنگین هستند، یکی از دغدغههای اصلی جوامع بشری محسوب میشود. این فاضلابها نه تنها حاملان آلایندههای آلی، بلکه مخازنی خطرناک از عناصری نظیر کادمیوم، سرب و جیوهاند که با ورود به چرخه طبیعت، موجب تجمع زیستی و تهدید جدی سلامت انسان و اکوسیستمها میگردند.
به گزارش سیناپرس، یافته های نوین علمی نشان میدهد؛ آنچه پیشتر صرفاً به عنوان یک تهدید زیستمحیطی تلقی میشد، اکنون میتواند به فرصتی ارزشمند برای تولید مواد استراتژیک تبدیل گردد. در همین راستا، پژوهشگران چینی در موسسه زیستشناسی مصنوعی شنژن و موسسه فناوری هاربین، افق تازهای را در تقاطع زیستفناوری و علوم مواد گشوده است. این پژوهشها که تحت نظارت پروفسور گائو شیانگ و پروفسور لو لو انجام شده و نتایج آن در مجله معتبر Nature Sustainability منتشر گردیده، راهکاری نوآورانه برای استخراج مواد شیمیایی باارزش از دل آلودگیها ارائه میدهد.
محور اصلی این مطالعات، بهرهگیری از میکروارگانیسم دریایی «ویبریو ناتریژن» (Vibrio natriegens) است که به دلیل سرعت رشد فوقالعاده بالا و مقاومت ذاتی در برابر شرایط سخت محیطی، گزینهای ایدهآل برای مهندسی ژنتیکی محسوب میشود.
برخلاف روشهای سنتی تولید نانوذرات نیمههادی که نیازمند محیطهای کاملاً استریل، تجهیزات پیچیده و هزینههای سرسامآوری معادل صد برابر قیمت طلا است، رویکرد جدید مبتنی بر بیوهیبریدها (ترکیب اجزای بیولوژیکی و غیربیولوژیکی) امکان تولید این مواد در محیطهای آلوده و کمهزینه را فراهم آورده است.
محققان با مهندسی مسیرهای متابولیکی در این باکتریها، توانستند قابلیت جذب مستقیم سولفات و تولید گاز هیدروژن سولفید (H2S) را در آنها القا کنند. این گاز حاصل واکنش با یونهای فلزی موجود در فاضلاب، منجر به تشکیل نانو ذرات سولفید کادمیوم یا همان نقاط کوانتومی میگردد؛ موادی که کاربرد گستردهای در صنایع نمایشگرهای دیجیتال، پنلهای خورشیدی و فناوریهای پزشکی دارند.
باید توجه داشت کارایی این سیستم زیستی فراتر از یک تصفیه ساده است و شامل فرآیندی خودتنظیم و پایدار میشود. آزمایشها نشان دادهاند که این بیوهیبریدها قادرند ۹۹ درصد یونهای کادمیوم سمی را از محلول فاضلاب استخراج و به ذرات جامد تبدیل کنند.
نکته حائز اهمیت در این فرآیند، پایداری اقتصادی و زیستمحیطی آن است؛ چرا که پس از تکامل چرخه تولید، میتوان با روشهای سادهای نظیر فیلتراسیون یا تهنشینی، نانوذرات ارزشمند را جدا کرد.
علاوه بر این، انرژی ناشی از جذب نور توسط نانوذرات، راندمان سنتز بیوهیبریدها و نرخ تجزیه مواد آلی در فاضلاب را افزایش داده و یک چرخه مثبت بازخورد ایجاد میکند. بدین ترتیب، با استفاده از طیف وسیعی از مواد مغذی موجود در پسابها نظیر قندها، الکلها و اسیدهای آمینه، نه تنها آلودگی حذف میشود، بلکه محصولی با ارزش افزوده بالا تولید میگردد.
این پژوهش اثبات میکند که با هوشمندسازی فرآیندهای طبیعی و بهرهگیری از ظرفیتهای پنهان میکروارگانیسمها، میتوان مرز میان مدیریت پسماند و تولید صنعتی را محو کرده و مسیری هموار برای توسعه پایدار و سازگار با محیط زیست در عرصه فناوریهای پیشرفته ترسیم نمود.
مترجم: احسان محمدحسینی