(Phys.org) – Ny forskning, precis publicerat, beskriver hur forskare från University of Cincinnati har utvecklat och testat ett soldrivet nanofilter som kan ta bort skadliga cancerframkallande ämnen och antibiotika från vattenkällor – sjöar och floder – i en betydligt högre hastighet än den för närvarande använda filtreringstekniken gjord av aktivt kol.

I journalen Nanobokstäver , Vikram Kapoor, doktorand i miljöteknik, och David Wendell, biträdande professor i miljöteknik, rapportera om deras utveckling och testning av det nya filtret gjort av två bakteriella proteiner som kunde absorbera 64 procent av antibiotikan i ytvatten kontra cirka 40 procent som absorberas av den för närvarande använda filtreringstekniken gjord av aktivt kol. En av de mer spännande aspekterna av deras filter är möjligheten att återanvända antibiotikan som fångas upp.

Kapoor och Wendell började utveckla sitt nya nanofilter 2010 och testade 2012, med resultaten rapporterade i en artikel med titeln "Engineering Bacterial Efflux Pumps for Solar-Powered Bioremediation of Surface Waters."

Förekomsten av antibiotika i ytvatten är skadligt eftersom det föder resistenta bakterier och dödar hjälpsamma mikroorganismer, som kan försämra vattenmiljöer och näringskedjor. Med andra ord, Smittämnen som virus och sjukdomsframkallande bakterier blir fler medan hälsan hos vattendrag och sjöar försämras.

Så, enligt Wendell, de nyutvecklade nanofiltren, var och en mycket mindre i diameter än ett människohår, kan potentiellt ha en stor inverkan på både människors hälsa och på hälsan i vattenmiljön (eftersom förekomsten av antibiotika i ytvatten också kan påverka fiskens endokrina system, fåglar och andra vilda djur).

Förvånande, detta filter använder ett av de mycket element som gör att läkemedelsresistenta bakterier kan vara så skadliga, en proteinpump som heter AcrB. Wendell förklarade, "Dessa pumpar är en fantastisk produkt av evolutionen. De är i huvudsak selektiva avfallshanteringar för bakterierna. Vår innovation vände på bortskaffningssystemet. Så, istället för att pumpa ut, vi pumpar föreningarna in i proteovesiklerna." (Den nya filtreringsteknologin kallas ett proteovesikelsystem.)

En annan viktig innovation var strömkällan, ett ljusdrivet bakterieprotein som kallas Delta-rhodopsin som förser AcrB med pumpkraften för att flytta antibiotikan.

Det bakteriella proteinsystemet har ett antal fördelar jämfört med nuvarande filtreringsteknik:

• Driften av den nya filtreringsteknologin drivs av direkt solljus kontra de energikrävande behoven för drift av standardaktivt kolfilter.
• Filtreringstekniken möjliggör också återvinning av antibiotika. Efter att dessa nya nanofilter har absorberat antibiotika från ytvatten, filtren kunde extraheras från vattnet och bearbetas för att frigöra drogerna, så att de kan återanvändas. Å andra sidan, kolfilter regenereras genom uppvärmning till flera hundra grader, som bränner av antibiotika.
• De nya proteinfiltren är mycket selektiva. För närvarande använda aktiva kolfilter fungerar som "fångare, " filtrerar en mängd olika föroreningar. Det betyder att de snabbare blir igensatta med naturligt organiskt material som finns i floder och sjöar.

Sa Wendell, "Än så länge, vår innovation lovar att vara ett miljövänligt sätt att utvinna antibiotika från ytvattnet som vi alla är beroende av. Det har också potential att tillhandahålla kostnadseffektiv antibiotikaåtervinning och återanvändning. Nästa, vi vill testa vårt system för att selektivt filtrera bort hormoner och tungmetaller från ytvatten."

I förhållande till det arbete som publiceras i detta dokument, Wendell och Kapoor testade sitt soldrivna nanofilter mot aktivt kol, nuvarande behandlingstekniska standard utanför labbet. De testade sin innovation i vatten som samlats in från Little Miami River. Använder endast solljus som strömkälla, de kunde selektivt ta bort antibiotika ampicillin och vankomycin, vanligen använda antibiotika för människor och veterinärer, och nukleinsyrafläcken, Etidiumbromid, som är ett potent cancerframkallande ämne för människor och vattenlevande djur.