Наноочищение воды и почвы 08.08.2015

Химические загрязнители часто оказываются трудноуловимыми и трудноуничтожимыми - молекулы многих пестицидов и, например, бисфенола А, используемого в производстве пластмасс, в обычных условиях весьма устойчивы к разложению, так что очистка вод и почв от таких веществ становится весьма недешевым и долгим делом: ведь здесь нужно как-то выловить загрязнители из среды, чтобы потом уничтожить их специальными методами.

Исследователи из Массачусетского технологического института создали особые наночастицы, которые могут весьма упростить борьбу с такими загрязнителями. Фердинанд Брандл (Ferdinand Brandl), Николя Бертран (Nicolas Bertrand) и их коллеги синтезировали полимерное вещество из полиэтиленгликоля и полиактовой кислоты - первый входит в состав глазных капель, зубных паст, слабительных средств и т. д., и, следовательно, безвреден, а вторая служит одним из основных компонентов биоразлагаемого пластика. Наночастицы из такого полимера состоят из гидрофобного ядра и гидрофильной оболочки; благодаря молекулярным силам гидрофобные загрязнители, стараясь добраться до внутреннего слоя наночастицы, будут прилипать к ее поверхности.

Но в таком виде загрязнитель так и будет пребывать в растворе, пусть и прилипнув к наночастицам. Фокус же в том, что полимер, из которого сделаны частицы, разрушается под действием ультрафиолета так, что гидрофильная оболочка исчезает, а гидрофобное ядро разворачивается, "взрывается" - его больше не стабилизирует гидрофильная оболочка, которая благодаря взаимодействию с водой удерживала внутренности частицы в компактном состоянии. Развернутые частицы с налипшими молекулами загрязнителя слипаются друг с другом, и в результате получается довольно крупный надмолекулярный агрегат. Только в отличие от отдельных вредных молекул и отдельных частиц такие агрегаты легко собрать: их можно осадить центрифугированием или, например, просто отфильтровать.

С помощью таких наночастиц ученым удалось очистить растворы, содержащие фталаты и бисфенол А, которые вмешиваются в пути гормональных сигналов; также частицы оказались эффективны при очистке почвы от ароматических полициклических углеводородов, которые образуются при неполном сжигании различных видов топлива и которые, как известно, могут быть сильным канцерогенами. Обратно в наночастицу развернувшийся полимер сложиться не может, а если по какой-то причине полимерный микрокомок не осядет и не отфильтруется, то, сделанный из биоразлагаемого материала, со временем разрушится сам, то есть никакого прибавочного загрязнения не будет.

Огромный плюс метода - в его простоте: вещество наночастиц синтезируется при комнатной температуре, модифицировать их никак не надо (вещества из раствора они выхватывают неспецифично и годятся для любых гидрофобных химикатов), очистка происходит без сложных многоступенчатых процедур.

Кроме того, достаточно большое соотношение площади поверхности к объему позволяет на небольшое количество наночастиц поймать много вредных молекул. По первоначальной мысли авторов работы, такие частицы должны были доставлять лекарство к раковым клеткам, однако камнем преткновения стала необходимость ультрафиолета, который, во-первых, плохо проходит сквозь кожу, во-вторых, повреждает ДНК в тех клетках, в том числе и здоровых, до которых он все-таки дошел.

И все же метод может найти применение не только в очистке окружающей среды от загрязнителей, но и в медицине, фармакологии, аналитической химии и даже в пищевой промышленности: например, с помощью разворачивающихся и слипающихся наночастиц можно удалять кофеин при приготовлении декофеинизированного кофе.