Академия

      Живые фильтры промышленных стоков

      Живые фильтры промышленных стоков

      Рубрика Исследования

      Выбросы промышленных сточных вод содержат токсичные для окружающей среды соединения. Проблему загрязнения водных ресурсов решают специальные методы очистки стоков, наиболее экономичный и экологический из которых – утилизация вредных веществ с помощью микроорганизмов. Однако токсичные вещества промышленных стоков снижают активность живых систем.

      Решение проблемы предложили российские ученые – они разработали специальную защиту для микроорганизмов. Дрожжевые грибки способны эффективно разлагать опасные для человека токсины, но при этом сами страдают от воздействия ионов тяжелых металлов и ультрафиолета. Чтобы биофильтры работали дольше, ученые создали для них оболочку из кремниевого гидрогеля.

      Биокатализаторы и биофильтры для очистки токсичных стоков разработаны сотрудниками молодежной лаборатории и кафедры биотехнологии Тульского государственного университета (ТулГУ) совместно с учеными-химиками Института органического синтеза имени И. Я. Постовского Уральского отделения РАН. Лаборатория экологической и медицинской биотехнологии была открыта в Научно-образовательном центре мирового уровня «ТулаТЕХ», созданном в рамках нацпроекта «Наука и университеты».

      На возможное решение проблемы ученых Тульского государственного университета вдохновили водоросли. Диатомовые водоросли – одноклеточные организмы, которые в процессе эволюции природных систем научились выстраивать на своей поверхности минерализованные панцири на основе композитов диоксида кремния (кремнезема) и биоорганических молекул. Важнейшая функция таких систем – защита живых организмов и генетического материала своего вида от неблагоприятных факторов окружающей среды. Эти водоросли неплохо приспособлены к самым разным экологическим факторам.

      Ученые научились упаковывать микроорганизмы в искусственные оболочки из кремнезема. Их исследования опубликованы еще в 2015 году в одном из международных журналов, посвященном изучению, проектированию, разработке и применению биосенсоров и биоэлектроники. Однако тогда ученые столкнулись с проблемой: живые клетки в панцире кремнезема были ограничены в своей жизнеспособности.

      Поэтому специалисты из ТулГУ обратились за помощью к химикам Института органического синтеза имени И. Я. Постовского УрО РАН, которые синтезировали гибридные молекулы диоксида кремния и органического полимера – полиэтиленгликоляты кремния. Эти молекулы при взаимодействии с компонентами клеточных стенок микроорганизмов и водой способны формировать кремнеземсодержащие нанокомпозиты-гидрогели прежде всего на поверхности клеток.

      «Образующиеся на поверхности метилотрофных дрожжей органосиликатные оболочки создают комфортную среду обитания для упакованных клеток, с одной стороны, и защищают живые микроорганизмы от стрессовых факторов окружающей среды (ионов тяжелых металлов, ультрафиолетового излучения), с другой стороны, что важно не только для развития технологий очистки промышленных сточных вод, но и для разработки новых биокатализаторов для биотехнологических производств. Предложенную технологию инкапсулирования живых клеток можно адаптировать для их криоконсервации и создания искусственных органов и тканей», – рассказывает руководитель научной группы, доктор химических наук, заведующая кафедры биотехнологии Ольга Понаморёва.

      Биофильтры на основе разработанных биокатализаторов – микроорганизмов в органосиликатных защитных композитах – характеризуются эффективной утилизацией метанола в модельных сточных водах. Окислительная способность биофильтра составила 900 gO23 (за 90 минут), степень очистки метанола – более 60 %.

      Результаты исследования опубликованы в одном из ведущих научных журналов. Проект реализуется в рамках программы Минобрнауки России «Приоритет 2030» – одной из мер государственной поддержки университетов нацпроекта «Наука и университеты».

      Источник: Минобрнауки России.

      Новости Российской академии наук в Telegram →Новости Российской академии наук в Telegram →