Щит графена помогает частицам уничтожать устойчивые к антибиотикам бактерии и свободно плавающие гены устойчивости к антибиотикам на очистных сооружениях.
[penci_related_posts title=»Вам также может быть интересно» number=»4″ style=»list» align=»none» displayby=»cat» orderby=»random»]
Во многих частях мира природные природные территории были выделены правительствами как способ защиты определенных экосистем — национальные леса и парки являются яркими примерами. Но такие области обычно покрывают большие участки земли, что затрудняет управление ими. Первостепенное значение имеют организации, которые предпочитают игнорировать законы о защите, такие как браконьеры и те, кто занимается незаконной рубкой. В этой новой работе исследователи стремились найти способ обнаружить такую активность гораздо менее трудоемким способом.
Исследователи начали свою работу, отметив, что большинство природных сред имеют особый звук. Есть определенные птицы, которые живут в данной области, например, или наземные животные — каждая из которых издает отличительные звуки. Кроме того, есть звуки, издаваемые деревьями при прохождении ветра, звуки насекомых или воды, журчащие в ручье. Они также отметили, что звуки в данной области меняются в зависимости от времени суток. Они взяли все эти факторы и включили их в компьютер, на котором выполнялись алгоритмы машинного обучения, позволяющие ему узнать, как обычно звучит данная область.
Исследователи описывают это как обучение машинам распознать звуковой ландшафт данной области. Затем они установили микрофоны в той же области и подали звуки, которые она услышала, на одну и ту же машину — если машина обнаружила звуки, которые не соответствуют обычному звуковому пространству для региона, например, бензопилу или стрельбу, она отправила предупреждение.
Исследователи обнаружили, что система точна в своих предупреждениях и отмечает, что система может использоваться в самых разных средах. Они также предполагают, что такие системы могут быть развернуты по всему миру в качестве средства помощи землеустроителям в обнаружении незаконной деятельности в режиме реального времени.
Думайте о новой стратегии, разработанной в Университете Райса, как «оборачивай, лови и убивай».
Лаборатории исследователя окружающей среды Райс Педро Альварес и Йалей Чжан, профессор инженерной экологии в университете Тунцзи, Шанхай, представили микросферы, завернутые в оксид графена, в журнале Elsevier Water Research .
Альварес и его партнеры из Научно-исследовательского центра по наносистемам для очистки воды с нанотехнологиями (NEWT), работающего на рисовой основе, работали над тем, чтобы утолить устойчивые к антибиотикам «супербуки» с момента их первого обнаружения в очистных сооружениях в 2013 году.
«Известно, что супербуки размножаются на очистных сооружениях и высвобождают гены внеклеточной устойчивости к антибиотикам (ARG), когда их убивают во время дезинфекции сточных вод», — сказал Альварес. «Эти ARGs затем разряжаются и могут трансформировать местные бактерии в принимающей среде, которые становятся резистомными резервуарами.
«Наши инновации позволят минимизировать выброс внеклеточных АРГ и, следовательно, снизить распространение устойчивости к антибиотикам на очистных сооружениях », — сказал он.
Лаборатория Райса продемонстрировала свои сферы — ядра висмута, кислорода и углерода, обернутые оксидом графена, легированного азотом, — инактивированные бактерии Escherichia coli с множественной лекарственной устойчивостью и деградированные гены, устойчивые к антибиотикам, кодируемые плазмидами, во вторичных сточных водах.
Сферы в графеновой оболочке убивают неприятные стоки, производя в три раза больше активных форм кислорода (АФК) по сравнению с одними сферами.
Сами сферы являются фотокатализаторами, которые образуют АФК при воздействии света. Лабораторные испытания показали, что обертывание сфер минимизирует способность поглотителей АФК ограничивать их способность дезинфицировать раствор.
Исследователи говорят, что легирование азотом оболочек увеличивает их способность захватывать бактерии, давая каталитическим сферам больше времени для их уничтожения. Затем улучшенные частицы немедленно захватывают и разлагают устойчивые гены, выделяемые мертвыми бактериями, прежде чем они загрязняют сточные воды.
На электронном микроскопе показаны бактерии кишечной палочки, захваченные микросферами в оболочке, разработанными в университетах Райс и Тонджи. Сферы были созданы для дезинфекции вторичных сточных вод из очистных сооружений, питательной среды для устойчивых к антибиотикам бактерий и генов устойчивости к антибиотикам
«Обертывание улучшило сродство бактерий к микросферам благодаря усиленному гидрофобному взаимодействию между бактериальной поверхностью и оболочкой», — сказал соавтор Pingfeng Yu, научный сотрудник докторской школы Брауна Райса. «Это уменьшило разбавление и очистку АФК фоновыми компонентами и способствовало немедленному захвату и деградации высвобожденных ARG».
По словам Юй, поскольку обернутые сферы достаточно велики, чтобы их можно было отфильтровать из дезинфицированных сточных вод, их можно использовать повторно. Испытания показали, что фотокаталитическая активность сфер была относительно стабильной, без значительного снижения активности после 10 циклов. Это было значительно лучше, чем продолжительность цикла тех же сфер за вычетом переноса.
Источники: Университет Райса
Фото: Лаборатория Райса