La afinidad bacteriana mejorada y la generación de especies reactivas de oxígeno mejoran la inactivación antibacteriana en las aguas residuales mediante nanoesferas envueltas en óxido de grafeno desarrolladas por científicos de la Universidad Rice y la Universidad Tongji. Llevar a la fuerza. Los genes de resistencia a los antibióticos (eARG) liberados por las bacterias resistentes a los antibióticos (ARB) inactivadas en las proximidades de los sitios fotocatalíticos de las esferas facilitan su degradación. Crédito:Grupo de Investigación Álvarez / Universidad Rice
Un escudo de grafeno ayuda a las partículas a destruir las bacterias resistentes a los antibióticos y los genes de resistencia a los antibióticos que flotan libremente en las plantas de tratamiento de aguas residuales.
Piense en la nueva estrategia desarrollada en Rice University como "envoltura, trampa y zap ".
Los laboratorios del científico ambiental de Rice Pedro Alvarez y Yalei Zhang, profesor de ingeniería ambiental en la Universidad de Tongji, Llevar a la fuerza, introdujo microesferas envueltas en óxido de grafeno en la revista Elsevier Investigación del agua .
Álvarez y sus socios en el Centro de Investigación en Ingeniería de Nanosistemas para el Tratamiento de Agua Habilitado por Nanotecnología (NEWT), con sede en arroz, han trabajado para apagar las "superbacterias" resistentes a los antibióticos desde que las encontraron por primera vez en plantas de tratamiento de aguas residuales en 2013.
"Se sabe que las superbacterias se reproducen en las plantas de tratamiento de aguas residuales y liberan genes extracelulares de resistencia a los antibióticos (ARG) cuando mueren mientras se desinfecta el efluente, "Dijo Álvarez." Estos ARG luego se descargan y pueden transformar bacterias autóctonas en el medio receptor, que se convierten en reservorios resistome.
"Nuestra innovación minimizaría la descarga de ARG extracelulares, y así mitigar la diseminación de la resistencia a los antibióticos de las plantas de tratamiento de aguas residuales, " él dijo.
Una imagen de microscopio electrónico de barrido muestra una capa de óxido de grafeno alrededor de las nanoplacas en capas que forman el núcleo de una partícula que atrapa y elimina las bacterias resistentes a los antibióticos y los genes de resistencia que liberan. Las esferas envueltas desarrolladas en las universidades de Rice y Tongji demostraron ser tres veces más capaces de desinfectar el efluente secundario de las plantas de aguas residuales que las esferas sin óxido de grafeno dopado con nitrógeno. Crédito:Deyi Li / Universidad Tongji
El laboratorio de Rice mostró sus esferas:núcleos de bismuto, oxígeno y carbono envueltos con óxido de grafeno dopado con nitrógeno:bacterias Escherichia coli resistentes a múltiples fármacos inactivadas y genes resistentes a antibióticos codificados por plásmidos degradados en efluentes secundarios de aguas residuales.
Las esferas envueltas en grafeno matan a los desagradables en el efluente al producir tres veces la cantidad de especies reactivas de oxígeno (ROS) en comparación con las esferas solas.
Las esferas mismas son fotocatalizadores que producen ROS cuando se exponen a la luz. Las pruebas de laboratorio mostraron que envolver las esferas minimizaba la capacidad de los captadores de ROS para reducir su capacidad para desinfectar la solución.
Los investigadores dijeron que el dopado con nitrógeno de las conchas aumenta su capacidad para capturar bacterias, dando a las esferas catalíticas más tiempo para matarlas. Las partículas mejoradas capturan y degradan inmediatamente los genes resistentes liberados por las bacterias muertas antes de que contaminen el efluente.
Una imagen de microscopio electrónico muestra la bacteria E. coli atrapada por microesferas envueltas desarrolladas en las universidades Rice y Tongji. Las esferas fueron creadas para desinfectar efluentes secundarios de plantas de tratamiento de aguas residuales, un caldo de cultivo para bacterias resistentes a los antibióticos y genes de resistencia a los antibióticos. Crédito:Deyi Li / Universidad Tongji
"Envolviendo la afinidad bacteriana mejorada por las microesferas a través de una interacción hidrofóbica mejorada entre la superficie bacteriana y la cáscara, "dijo el coautor principal Pingfeng Yu, investigador asociado postdoctoral en la Escuela de Ingeniería Brown de Rice. "Esto mitigó la dilución y eliminación de ROS por los componentes de fondo y facilitó la captura y degradación inmediatas de los ARG liberados".
Debido a que las esferas envueltas son lo suficientemente grandes para filtrarse del efluente desinfectado, se pueden reutilizar, Yu dijo. Las pruebas mostraron que la actividad fotocatalítica de las esferas era relativamente estable, sin una disminución significativa de la actividad después de 10 ciclos. Eso fue significativamente mejor que el ciclo de vida útil de las mismas esferas menos la envoltura.
