Российские учёные разработали специальную защиту для микроорганизмов, которые служат в качестве живого фильтра промышленных стоков. Дрожжевые грибки способны эффективно разлагать опасные для человека токсины, но при этом сами страдают от воздействия ионов тяжёлых металлов и ультрафиолета. Чтобы биофильтры работали дольше, учёные создали для них оболочку из кремниевого гидрогеля. Изобретение может также найти применение в медицине для криоконсервации органов и тканей.
Учёные из Тульского государственного университета совместно с коллегами из Института органического синтеза им. И.Я. Постовского Уральского отделения РАН придумали, как продлить сроки службы биофильтров для очистки сточных вод. Технология может также найти применение при криоконсервации клеточных тканей. Об этом RT сообщили в пресс-службе Минобрнауки России. Результаты опубликованы в журнале Polymers.
Одним из способов очистки сточных вод от токсичных примесей является биологический — специальные микроорганизмы способны питаться вредными для человека веществами, разлагая их до безопасных соединений.
Однако в промышленных стоках может присутствовать целый набор токсичных соединений, включая тяжёлые металлы. Микроорганизмы могут разлагать только часть этих веществ, в то время как другие токсины угнетают активность живых «фильтров». В результате сроки работы биофильтров заметно сокращаются, а эффективность очистки снижается.
Учёные нашли подход к решению этой проблемы — защитить микроорганизмы от негативных воздействий способна специальная оболочка из биосовместимых кремниевых композитов. Она укрывает полезные микроорганизмы от воздействия ионов тяжёлых металлов и УФ-излучения, но в то же время не мешает их жизнедеятельности. Идею авторы работы позаимствовали у природы — подобную защиту уже используют диатомовые водоросли. Эти одноклеточные организмы за миллионы лет эволюции научились формировать на своей поверхности минерализованные панцири из кремнезёма (диоксид кремния). «Броня» позволяет водорослям выживать в неблагоприятных условиях.
Авторы работы синтезировали гибридные соединения диоксида кремния и органического полимера — полиэтиленгликоляты кремния. В присутствии воды они образуют на поверхности микроорганизмов особые гидрогели. Покрытие защищает микроорганизмы, применяемые для очистки воды, от внешних воздействий и продлевает сроки работы биологического фильтра.
«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 с другой стороны, что важно не только для развития технологий очистки промышленных сточных вод, но и для разработки новых биокатализаторов для биотехнологических производств», — пояснила RT руководитель научной группы доктор химических наук, заведующая кафедрой биотехнологии ТулГУ Ольга Понаморёва.
Учёные уже испытали новые биофильтры для очистки воды от метанола. За 90 минут фильтр очистил воду на 60% от этого токсичного для человека соединения.
По словам специалистов, новая технология может также использоваться при разработке биокатализаторов для биотехнологических производств. Кроме того, технологию инкапсулирования живых клеток в композитный гидрогель можно адаптировать для криоконсервации тканей и органов в медицинских целях.