يمكن لأبحاث المواد النانوية التي أجريت في جامعة بوفالو أن تؤدي إلى تطوير حلول جديدة لمشكلة صحية عامة قديمة: كيفية إبعاد البكتيريا عن مياه الشرب.
بالنسبة للعين المجردة، فإن جزيئات الماء والبكتيريا غير مرئية - وهي أجسام صغيرة جدًا بحيث يتم قياسها على مقياس النانومتر. ومع ذلك، على المستوى المجهري فإن الاثنين مختلفان تمامًا فيما يتعلق بحجمهما. يبلغ عرض جزيء الماء الواحد أقل من نانومتر واحد، بينما يصل عرض بعض أصغر البكتيريا إلى عدة مئات من النانومترات.
نجح فريق بحثي من جامعة بوفالو في تصنيع نوع جديد من الأغشية النانوية يتكون من مسام يبلغ عرضها حوالي خمسة وخمسين نانومترًا، وهو حجم كبير بما يكفي بحيث تتمكن جزيئات الماء من المرور عبره بسهولة، وصغير جدًا بحيث لا تستطيع البكتيريا اختراقه. تنجح في هذا.
وقال الباحث جافيد رزاييف، الكيميائي الذي قاد الدراسة، إن حجم المسام هو الأكبر الذي تم تحقيقه على الإطلاق في التاريخ العلمي باستخدام البوليمرات المشتركة، التي لها خصائص خاصة تضمن تباعد المسام بالتساوي. ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية نانو رسائل.
وأشار الباحث إلى أن "هذه المواد توفر فرصا جديدة لاستخدامها في أغشية الترشيح". "الأغشية التجارية لها عيوب من حيث الكثافة وتوحيد حجم المسام. في الأغشية المكونة من كتل البوليمرات المشتركة، يكون توزيع المسام كثيفًا للغاية، وتكون المسام موحدة في الحجم."
"على الرغم من وجود أبحاث مكثفة في هذا المجال، إلا أن ما تمكن فريقنا البحثي من تحقيقه هو توسيع نطاق المسام المتاحة إلى تلك التي يبلغ قطرها خمسين نانومتر، والتي لم يكن من الممكن الحصول عليها في الماضي باستخدام طرق تعتمد على كتلة البوليمرات المشتركة "، يلاحظ الباحث. "إن زيادة قطر المسام ستسمح للمياه بالتدفق بشكل أسرع، وهي خاصية سيتم من خلالها تحقيق وفورات في التكاليف والوقت. وفي الوقت نفسه، لا تزال المسام التي يبلغ قطرها 100-50 نانومتر صغيرة بما يكفي لمنع مرور البكتيريا من خلالها".
تنبع الجودة الخاصة للغشاء النانوي المبتكر من نوع البوليمرات التي يستخدمها العلماء. تتكون البوليمرات المشتركة من نوعين من البوليمرات التي تتنافر، وفي نفس الوقت ترتبط معًا في بوليمر مشترك واحد.
عندما يتم خلط العديد من البوليمرات المشتركة، فإن تنافرها المتبادل يؤدي إلى ترتيب نفسها بطريقة منظمة ومتناوبة. نتيجة هذه العملية، المعروفة باسم التنظيم الذاتي، هي غشاء نانوي صلب يتكون من نوعين من البوليمرات. ومن أجل إنتاج مسام متباعدة بشكل متساو، قام الباحثون ببساطة بتحريك أحد أنواع البوليمر بعيدًا عن بعضها البعض. الحجم الكبير للمسام هو نتيجة للبنية الفريدة لكتلة البوليمر المشترك الأصلية، والتي تم تحضيرها من جزيئات تشبه فرشاة الزجاجة.
تعليقات 3
وسلم.
أولاً – هل هناك إشارة إلى كلام عامي بشار؟
وأيضاً - ما هي أنواع المياه التي يمكن تصفيتها باستخدام هذا النظام؟
בברכה،
شاول.
يجب التعامل مع غشاء النانو كجزء من نظام ترشيح يتكيف مع الاحتياجات. يبدأ تحديد الاحتياجات بتوصيف المادة المصدر والنتيجة المطلوبة. وتعد مشكلة "التحييد الحيوي" أكبر مشكلة تواجه مصادر المياه في المناطق النائية. ويجب أن نتذكر أن حجم البكتيريا (الصغيرة) يبلغ حوالي 25 نانومتر، وحجم الفيروس حوالي 15 نانومتر. ويترتب على ذلك أننا بحاجة إلى درجتين إضافيتين على الأقل بدرجة واحدة تكون "فواكهها النانوية" أصغر من 2 نانو، وهناك مثل هذه المنتجات.
وكما أشار عامي جميلة للغاية.
إنها بالتأكيد جميلة جدًا وأنا متأكد من أنه سيتم استخدامها أكثر من ذلك بكثير، ولكن تجدر الإشارة إلى أنه في الطبيعة في كل سنتيمتر مكعب من الماء يمكن أن يكون هناك مئات الملايين من البكتيريا ذات الأحجام المختلفة. يمكن أن تكون هناك أيضًا أشياء أخرى ذات أحجام كبيرة لن تمر عبر الغشاء. من ناحية، كما قيل في الأصل - هذا جيد، لأننا بهذه الطريقة نبعد هذا الإزعاج عن مياه الشرب لدينا. ومن ناحية أخرى، ما الذي يمنع هذه الأغشية من الانغلاق فور ملامستها للماء؟ أعرف المشكلة من تصفية مياه البحر باستخدام مرشحات GFP التي تحتوي على ثقوب كبيرة جدًا تصل إلى عدة مئات من الميكرونات. من خلال هذا الفلتر الذي تبلغ مساحته 5 سم مربع، يمكنك تمرير حوالي لتر من الماء حتى ينسد - اعتمادًا على كثافة العوالق. ومن المثير للاهتمام كيف يعتزمون التعامل مع الانسداد السريع للغشاء.
تحيات أصدقاء،
عامي بشار