Kredit:LuckyStep/Shutterstock
Biosorption är avlägsnande av föroreningar från ett prov genom att adsorbera dem på ytan av ett biologiskt material. Det förväntas ge miljömässiga och ekonomiska fördelar jämfört med konventionella separationstekniker. Ett team av forskare inklusive en forskare från University of Tsukuba har analyserat interaktionen mellan Galdieria sulphuraria-alger och ädla metaller för att bättre förstå biosorptionsprocessen. Deras resultat publiceras i Journal of Hazardous Materials .
Ädelmetaller – inklusive guld, platina och palladium – har upptäckts i miljön på spårnivåer och de associerade hälso- och ekologiska riskerna är inte välkända. Att ta bort dessa metaller med standardmetoder kan vara utmanande eftersom andra förorenande element med generellt högre koncentrationer – till exempel järn och koppar – ger konkurrens.
Biosorption är ett potentiellt alternativ som också skulle kunna ge ekonomiska fördelar genom återvinning av de dyra elementen. Att förstå och optimera biosorptionen av ädelmetaller är därför ett viktigt forskningsområde.
Massiva datamängder som tar hänsyn till både sorptionseffektiviteten och kapaciteten hos biomaterialen har ackumulerats. Men hittills har fynden beräknats i medeltal över hela cellpopulationen och det har inte varit möjligt att bedöma adsorption på encellsnivå.
Nu har teamet kombinerat XAFS-spektroskopi (röntgenabsorptionsfinstruktur) – som har använts för att analysera hur metaller adsorberas på celler – med encells induktivt kopplad plasmamasspektrometri (scICP-MS) för att tillhandahålla länken mellan cellpopulationens beteende och arten av interaktionerna mellan metallerna och cellerna på cellytan.
"Att kombinera XAFS och scICP-MS, och använda låga metallkoncentrationer, innebar att vi kunde få en riktigt nära titt på de specifika interaktionerna som äger rum på cellytan", förklarar huvudförfattaren professor Ayumi Minoda. "Vi fann att mängden adsorberad metall berodde på metallen i fråga och lösningens surhet."
Under låga surhetsförhållanden adsorberas guld, platina och palladium till cellerna. Guldet visade sig interagera med svavelhaltiga grupper på cellytan, medan platina och palladium interagerade med både svavel- och kvävehaltiga grupper.
Intressant nog, vid hög surhet, adsorberades endast guld och palladium på cellerna och endast genom interaktion med svavel. Fördelningsmönstret för de palladiumadsorberande cellerna – både antalet celler som adsorberade palladium och mängden adsorberat palladium – förändrades drastiskt. Detta är den första rapporten som kopplar sådana interaktioner till förändringar i cellpopulationens beteende och visar tydligt en differentiell adsorptionsmekanism under olika miljöförhållanden.
"Den uppnådda insikten förväntas bidra till framtida konstruktion av cellytor för att ge förbättrad metalladsorption", säger professor Minoda. "Att optimera prestandan hos biologiskt framställda ädelmetalladsorbenter förväntas avsevärt förbättra den miljömässiga hållbarheten för metallåtervinning och sanering." + Utforska vidare
