น้ำมีความสำคัญต่ออนุภาคนาโนของโลหะ

Anonim

เมื่อคุณซื้ออะไรจากการแต่งหน้าเพื่อทาครีมกันแดดมีโอกาสที่จะมีอนุภาคนาโนที่ออกแบบไว้ วัสดุนาโนเหล่านี้มีคุณสมบัติที่ปฏิวัติผลิตภัณฑ์ตั้งแต่ยาไปจนถึงการเกษตรจนถึงอิเล็กทรอนิกส์ แต่ในที่สุดอนุภาคนาโนจะเข้าถึงสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ ในการใช้งานได้อย่างปลอดภัยและมีศักยภาพสูงสุดเราจำเป็นต้องทราบวิธีการทำงานในสภาพแวดล้อมจริงและถ้าพฤติกรรมนั้นนำไปสู่ผลที่ไม่คาดคิด

Greg Lowry ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมโยธาและสิ่งแวดล้อมที่ Carnegie Mellon University ได้ศึกษาว่าอนุภาคนาโนมีพฤติกรรมและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อมอย่างไร นักวิจัยทางหนึ่งได้ศึกษาชะตากรรมของอนุภาคนาโนโดยการติดตามอนุภาคนาโนทองคำเนื่องจากมีความเสถียรและหาได้ง่ายนักวิจัยคิดว่า

เมื่อเร็ว ๆ นี้ Lowry และ Post-doctoral Researcher Astrid Avellan ได้ทำการค้นพบครั้งยิ่งใหญ่: อนุภาคนาโนทองคำละลายในสภาพแวดล้อมน้ำจืดเมื่อสัมผัสกับระบบทางนรีเวชที่พบในพืชน้ำ ในระหว่างกระบวนการสลายตัวไอออนทองจะถูกปล่อยออกมาซึ่งจะมีลักษณะแตกต่างจากอนุภาคนาโนและอาจเป็นพิษต่อจุลินทรีย์บางชนิด การศึกษานี้ไม่ได้วัดความเป็นพิษดังนั้นนี่จึงไม่ได้หมายความว่าอนุภาคนาโนทองคำจะเป็นอันตรายได้โดยการทำความเข้าใจพฤติกรรมของพวกเขาในสภาพแวดล้อมที่ใช้งานทางชีวภาพได้ดียิ่งขึ้นนักวิทยาศาสตร์สามารถใช้ความรู้นี้ในการออกแบบวัสดุนาโนที่ดีกว่าได้ ผลการวิจัยของพวกเขาถูกตีพิมพ์ในงาน นาโนเทคโนโลยีธรรมชาติ

"การศึกษาครั้งนี้ได้เปิดตาของเราถึงความสำคัญของพืชและจุลินทรีย์ในพืชในการกำหนดชะตากรรมของวัสดุนาโนที่มีการออกแบบในสภาพแวดล้อมที่มีน้ำจืด" โลว์รีย์กล่าว "พืชเหล่านี้และแผ่นชีวะโดยทั่วไปเป็นสิ่งที่สำคัญสำหรับวัสดุนาโนและเป็นช่องที่น่าสนใจในการศึกษา"

ทีมมองสิ่งที่เป็นสาเหตุของการเปลี่ยนแปลงนี้และเกิดขึ้นอย่างรวดเร็ว พวกเขาได้ทำการทดสอบในสิ่งที่เรียกว่า mesocosm ซึ่งเป็นสภาพแวดล้อมน้ำจืดธรรมชาติที่ควบคุมได้ Mesocosm ตั้งอยู่ที่ศูนย์ผลกระทบด้านสิ่งแวดล้อมของ NanoTechnology ที่ Duke University ประกอบด้วยดินตะกอนน้ำพืชแมลงปลาและจุลินทรีย์ที่อาศัยอยู่ตามปกติในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติเหล่านี้ Avellan และทีมวิจัยได้ปล่อยอนุภาคนาโนทองคำลงในน้ำ mesocosm ในปริมาณที่น้อยมากทุกสัปดาห์เพื่อเลียนแบบปัจจัยการผลิตในระยะยาวและปริมาณต่ำที่คาดว่าจะได้จากการใช้วัสดุนาโน พวกเขาต้องการเห็นว่าอนุภาคนาโนจะทำหน้าที่อย่างไรในระบบนิเวศน์เชิงชีววิทยาที่ซับซ้อนและมีฤทธิ์ทางชีวภาพ หลังจากหกเดือนพบว่า 70% ของทองสะสมกับพืชน้ำและอนุภาคนาโนทองคำทั้งหมดได้ละลายและเปลี่ยนเป็นรูปแบบอื่น ๆ ของทอง เมื่อพวกเขาได้มองดูฟิล์มชีวภาพหรือสารเหนียวที่สร้างขึ้นจากแบคทีเรียและจุลินทรีย์ที่พบในพืชพวกเขาพบว่าจุลินทรีย์ปล่อยไซยาไนด์ที่มีปฏิสัมพันธ์กับอนุภาคนาโนทอง อนุภาคนาโนทองคำละลาย (หรือเป็นไอออน) และสร้างทองคำไซยาไนด์รวมทั้งสารประกอบทองคำอื่นที่ยังคงอยู่กับพืช

อนุภาคนาโนเป็นอะตอมของอะตอมที่สร้างอนุภาคระหว่างหนึ่งหรือหนึ่งร้อยนาโนเมตรหรือหนึ่งร้อยหนึ่งพันของความหนาของเส้นผมมนุษย์ ขนาดของพวกเขาช่วยสร้างคุณสมบัติใหม่ ๆ ที่เป็นประโยชน์ต่อการใช้งานหลายประเภท: สามารถบำบัดน้ำได้ดีกว่าพวกเขาสามารถฆ่าเชื้อแบคทีเรียบนแผลได้พวกเขาสามารถสร้างวัสดุที่แข็งแรง แต่เบากว่า

"เราพบว่าทองสะสมอย่างบ้าคลั่งในพืชน้ำซึ่งไม่ใช่สิ่งที่เราคาดหวังไว้" Astrid Avellan กล่าว "ดังนั้นเราจึงขุดขึ้นมาและพบว่าทองมีส่วนเกี่ยวข้องกับพืชเหล่านี้ แต่ก็ไม่ได้เป็นอนุภาคนาโนอีกต่อไป"

นี่เป็นความก้าวหน้าที่สำคัญเนื่องจากอนุภาคนาโนทองคำถูกคิดว่าเป็นวัสดุที่มีเสถียรภาพและมักถูกใช้เป็นตัวชี้นำในการทำความเข้าใจว่าวัสดุนาโนมีพฤติกรรมอย่างไรหากคุณพบอนุภาคนาโนแล้วคุณจะรู้ว่าอนุภาคนาโนสะสมอยู่ที่ไหน ข้อค้นพบจากเอกสารฉบับนี้บ่งชี้ว่าอนุภาคนาโนที่เป็นโลหะที่มีความเฉื่อยชาเช่นทองคำสามารถละลายได้เมื่อมีปฏิกิริยากับฟิล์มชีวภาพในสภาพแวดล้อมน้ำ

"ปฏิกิริยาระหว่าง nanomaterials กับ phytobiome สามารถนำมาใช้เพื่อประโยชน์ด้านการเกษตร" โลว์รีย์กล่าว "ชุมชนวิจัยเพิ่งเริ่มเข้าใจถึงบทบาทของ phtyobiome ในการผลิตพืชการศึกษาครั้งนี้แสดงให้เห็นถึงศักยภาพในการออกแบบวัสดุนาโนที่ทำงานร่วมกับ phytobiome เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการผลิตของพืชการแทรกแซงที่ประสบความสำเร็จในการเกษตรจะต้องพิจารณาวิธีการทำงานร่วมกันอย่างมีประสิทธิภาพ ธรรมชาติ."

แม้ว่าผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงทองจะต้องมีการศึกษาเพิ่มเติม แต่ก็เป็นไปได้ว่าอาจเป็นพิษต่อสิ่งมีชีวิตบางชนิด ไอออนยังสามารถเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าอนุภาคนาโนซึ่งกระจายอยู่ในสิ่งมีชีวิตและในสิ่งแวดล้อม ข่าวดีก็คือตอนนี้นักวิจัยได้ค้นพบวิธีการและเหตุผลที่พวกเขาละลายดังนั้นเราจึงสามารถฉลาดเกี่ยวกับการใช้และการใช้งานในอนาคตของอนุภาคนาโนถึงแม้ว่าจะใช้ประโยชน์จากปรากฏการณ์นี้เพื่อประโยชน์ของเรา

"ตอนนี้เรารู้แล้วว่าทำไมและในสิ่งที่เงื่อนไขอนุภาคนาโนทองคำละลาย" Avellan กล่าว "ดังนั้นเราจึงสามารถนำความรู้นี้มาใช้ประโยชน์ได้เพื่อประโยชน์ในการออกแบบวัสดุที่ดีขึ้น"

menu
menu