Neděle 5. prosince 2021, svátek má Jitka
  • schránka
  • Přihlásit Můj účet
  • Neděle 5. prosince 2021 Jitka

Sinice v brnění by mohly zbavit vodu jedů, s nimiž si čističky neporadí

Vědci předvedli, že polovodičovým obalem zakryté sinice mohou představovat účinný a snad i levný způsob, jak vodu zbavit nečistot, které běžné postupy neodstraní. Navíc by mohly najít i další použití.

Kompaktní tvar spirulin jim pomáhá účinně využívat dopadajícího slunečního světla | foto: Empa

Sinice, čili bakterie s kyslíkovou fotosyntézou, jsou na Zemi už od pradávna. Objevily se zřejmě již krátce po vzniku pozemského života, přetrvaly miliardy let a dnes jsou všudypřítomné. Žijí v oceánech i ve sladké vodě, na kůře stromů, na zdech domů i na holých hřebech nejvyšších hor.

Právě sinicím z velké části vděčíme za to, že atmosféra Země je plná kyslíku. Ten vzniká jako „odpad“ při kyslíkové fotosyntéze, s jejíž pomocí sinice vyrábějí ze slunečního záření a oxidu uhličitého organické látky. Fungují jako výkonné buněčné továrny poháněné Sluncem a toho se snažíme využít v biotechnologiích.

Laetita Philippe ze švýcarských federálních výzkumných laboratoří EMPA (Eidgenössische Materialprüfungs-und Forschungsanstalt) se svými spolupracovníky vylepšila vláknité sinice spiruliny pomocí speciálního povrchu tak, aby fungovaly jako fotokatalyzátory a zároveň vyráběly biopalivo.

Spiruliny si vědci vybrali kvůli jejich výrazně spirálovitému tvaru, který přispívá k vysoce efektivnímu využití slunečního záření. Jsou tak spirálovité, že pod mikroskopem připomínají nějaké součástky z miniaturního zařízení.

Spiruliny se přirozeně vyskytují převážně v tropických a subtropických jezerech se zásaditou vodou, kde bývá vysoký obsah uhličitanů a hydrogenuhličitanů. V dnešní době se již spiruliny pěstují ve velkém. Například v Japonsku z nich vyrábějí vitamínové doplňky, protože obsahují celou řadu různých vitamínů. Také obsahují značné množství proteinů. Mají vysokou výživnou hodnotu a snadno se pěstují ve velkých objemech.

Navléct je do brnění

Jak vyrobit bionické spiruliny? Badatelé nejprve potáhli buňky spirulin velice tenkou vrstvou niklu. Pak následovaly další nepatrné vrstvy oxidu zinku a nanočástic sulfidu zinku. Buněčný povrch spirulin přitom sehrál roli strukturovaného podkladu, na který se tyto vrstvy ukládaly.

Snímky z jiného biotechnologického experimentu z roku 2014, ve kterém vědci...

Snímky z jiného biotechnologického experimentu z roku 2014, ve kterém vědci spiruliny povlékli kovovou vrstvou a vytvořili z nich mikroskopické vodiče.

Vrstva niklu je magnetická, což značně usnadňuje manipulaci se spirulinami, neboť je k tomu možné využít magnetické pole. Následující vrstva se zinkem má zase výraznou a dlouhodobou fotokatalytickou aktivitu, která vzniká díky přítomnosti dvou sloučenin zinku.

Velkou výhodou bionických sinic je i to, že mohou využívat širší spektrum elektromagnetického záření, než je v podobným případech obvyklé. Pokud by byl tímto způsobem využit pouze oxid zinku, tak by bionické spiruliny využily k fotokatalýze jen ultrafialovou oblast slunečního záření.

Díky důmyslné struktuře a použití nanočástic sulfidu zinku ale mohou takto upravené sinice využívat širší část spektra. Jejich fotokatalytickou aktivitu lze použít například k rozkladu znečisťujících látek v prostředí. Jak uvádí Philippeová, na dotyčných spirulinách by bylo možné založit například dlouhodobě udržitelný, jednoduchý a hlavně nepříliš drahý postup pro čištění vod.

Od roku 2015 je dostupný a udržitelný management čištění vod součástí cílů pro udržitelný rozvoje OSN (UN Global Sustainability Agenda). Právě v rámci tohoto programu tým laboratoří EMPA vyvíjí technologie, které mohou zajistit pitnou vodu po celém světě s využitím existujících čistíren vod. Jejich hlavním cílem je odstranit z vody mikroplasty a perzistentní organické látky (POP, podle anglického Persistent Organic Pollutants), s nimiž si konvenční systémy pro čištění vod neporadí.

Tým EMPA za tímto účelem využil výše zmíněnou fotokatalýzu založenou na kombinaci oxidu zinku a sulfidu zinku. Jde o chemickou reakci poháněnou světlem, která oxiduje a neutralizuje znečišťující látky po ozáření slunečním svitem.

Badatelé původně vyvinuli tento fotokatalytický povrch se zinkem pro umělé nanostruktury připomínající mikroskopické kapradiny (mikro- nebo nanofern). Architektura takových „kapradin“ umožňuje velmi efektivně absorbovat světelné záření pro fotokatalýzu. V experimentech nejprve testovali různé designy mikro- a nanokapradin s různě uspořádanými vrstvami rozmanitých chemických látek. Nakonec se jim nejvíce osvědčila struktura s vrstvami niklu, oxidu zinku a sulfidu zinku.

Ukázka „kapraďovité“ formy fotoaktivního materiálu, kterou nakonec v pokusech...

Ukázka „kapraďovité“ formy fotoaktivního materiálu, kterou nakonec v pokusech nahradily spiruliny.

Jako podklad ale namísto umělých miniaturních kapradin zvolili spiruliny, jejichž struktura dovoluje ještě efektivnější absorpci světelného záření.

Čistota není vše

Když spiruliny vyčistí vodu, tak jejich práce ještě není ani zdaleka hotová. Sloučeniny se zinkem a niklem je možné recyklovat a použít znovu. Zároveň je možné využít biomasu spirulin a vyrobit z ní biopalivo.

Nejde přitom jen o bioetanol a bionaftu. Hmotu ze spirulin lze zpracovat do podoby pelet, které je pak možné spalovat pro získání energie. Využitelný je i popel z takového spalování, který může posloužit jako hnojivo pro pěstování nových generací spirulin nebo i jiných fotosyntetických organismů.

Pozoruhodnou výhodou je i to, že spiruliny není nutné vyrábět. Množí se totiž samy. Stačí jim jenom voda, sluneční záření a živiny. Když to všechno mají spiruliny k dispozici, tak se množí velmi rychlým tempem. Zároveň pohlcují oxid uhličitý z atmosféry a vypouštějí kyslík, čímž zlepšují poměr těchto látek v náš prospěch. Jak se zdá, sinice jako jsou třeba spiruliny, by se mohly stát základem nového typu energetiky a ekonomiky.

Autor:
  • Nejčtenější

Silná sluneční bouře může uvrhnout do tmy celé kontinenty, varuje vědkyně

Koronavirová pandemie nám ukázala, že nejsme na podobnou krizi připraveni. Podle amerických vědců bychom na tom byli...

Startujeme německý tankový motor z války, desetiletí pohřbený v bahně

Takhle zní zrekonstruovaný motor Maybach HL 120 TRM z německého útočného děla StuG. Strávil celá desetiletí pohřben v...

Maličké hi-fi do maličkých bytů. Vyzkoušeli jsme česko-britskou kombinaci

Moderní, elegantní a velmi dobře hrající. Vyzkoušeli jsme maličký streamer se zesilovačem Arcam Solo Uno a regálové...

Ušetřit, nebo připlatit? Co znamená devět tisíc korun při výběru notebooku

Premium Jeden je za 12 990 Kč, druhý za 21 990 Kč. Obě jsou to novinky s Windows 11, Full HD displejem, SSD úložištěm a...

{NADPIS reklamního článku dlouhý přes dva řádky}

{POPISEK reklamního článku, také dlouhý přes dva a možná dokonce až tři řádky, končící na tři tečky...}

Pět největších nesmyslů tradovaných o druhu Tyrannosaurus rex

Dravý dinosaurus druhu Tyrannosaurus rex vyhynul před nepředstavitelně dávnou dobou 66 milionů let. I když toho o něm...

Blogera připravil lajdáctvím o nohu, další zranil. Za nehodu dostal podmínku

Premium S podmínkou na pět let odešel od soudu čtyřiačtyřicetiletý Moldavan. V červenci 2019 způsobil na obchvatu Chrudimi...

Přes víkend zemřou všichni z JIP. Sestra vypráví o práci v době covidu

Premium Markéta Svobodová, hlavní sestra z Masarykovy nemocnice v Ústí nad Labem, stojí spolu s dalšími šesti kolegyněmi z...

Android Auto a CarPlay v každém autě. Poradíme vám, jak na to

Premium Chcete používat oblíbenou navigační aplikaci na displeji v autě místo telefonu? Přečtěte si, jak to udělat a neutratit...

  • Další z rubriky

Fosilie, které „zapomněly“ zkamenět, možná otevřou dveře k Jurskému parku

O možném dochování původního organického materiálu či jeho extrémně dobře zachovaných „otiscích“ ve fosilním záznamu se...

Ocenění Česká hlava letos získali čtyři vědci, jedna vědkyně a jedna firma

Vedle laureáta hlavní národní ceny, experta na teorii systémů a automatického řízení Vladimíra Kučery, dostal cenu...

Kvíz: Znáte dobu dinosaurů? Známe výherce

Druhohorní éra byla obdobím vlády dinosaurů, kteří byli rozšíření prakticky na všech kontinentech. Lidé jsou těmito...

Proč dinosauři rozhodně nejsou jen přerostlými ještěrkami

Většina lidí, kteří se o dinosaury trochu více zajímají, už nejspíš dobře ví, že dinosauři ve skutečnosti žádnými...

Vyhrajte balíček Kendamil XXL a k tomu výborné kaše pro vaše miminko
Vyhrajte balíček Kendamil XXL a k tomu výborné kaše pro vaše miminko

Kendamil je kojenecká výživa bez kompromisů. Dopřejte svému děťátku to nejlepší – oblíbenou prémiovou výživu v XXL balení! 3 z vás ji pošleme a...

Žena u porodu dítěte kamarádky zjistila, že ho má s jejím manželem

Osmadvacetiletá Hailey Custerová z Arizony zažila nepříjemný šok, když pomáhala přivést na svět dítě nejlepší...

Divadlo stahuje představení. Autor trvá na černošském herci, Sokol nestačí

Obsazením černošského herce si nově podmiňuje britský autor Martin McDonagh inscenování své hry Ujetá ruka (Behanding...

Psychopati za volantem: pozor na dodávky, elektromobily a bouráky dvou značek

Beránci ve škodovkách a predátoři v bavorácích? Výběr auta o vás může prozradit víc, než byste možná chtěli. Ať už se...

Ve StarDance předčasně skončil Mirai Navrátil

Ještě před sobotním večerem StarDance je jasné, že se s taneční soutěží musí rozloučit zpěvák Mirai Navrátil. Vyšel mu...

Jiří Krampol je hospitalizovaný se zápalem plic

Jiří Krampol leží v pražské nemocnici Na Františku. Třiaosmdesátiletý herec je během posledních tří měsíců už potřetí...