Биосорбция - это удаление загрязняющих веществ из образца путем их адсорбции на поверхности биологического материала. Ожидается, что это обеспечит экологические и экономические преимущества по сравнению с традиционными методами разделения. Группа ученых, включая исследователя из Университета Цукубы, проанализировала взаимодействие водоросли Galdieria sulphuraria с драгоценными металлами, чтобы лучше понять процесс биосорбции. Их выводы опубликованы в Journal of Hazardous Materials.
Драгоценные металлы, в том числе золото, платина и палладий, были обнаружены в окружающей среде в следовых количествах, и связанные с этим риски для здоровья и окружающей среды изучены недостаточно. Удаление этих металлов с использованием стандартных подходов может быть сложной задачей, поскольку другие загрязняющие элементы с более высокими концентрациями, например железо и медь, составляют конкуренцию..
Биосорбция является потенциальной альтернативой, которая также может принести финансовую выгоду за счет переработки дорогостоящих элементов. Поэтому понимание и оптимизация биосорбции драгоценных металлов является важной областью исследований.
Накоплены массивные наборы данных, учитывающие как эффективность сорбции, так и емкость биоматериалов. Однако до сих пор результаты были усреднены по всей клеточной популяции, и было невозможно оценить адсорбцию на уровне одной клетки.
Теперь команда объединила рентгеновскую абсорбционную спектроскопию тонкой структуры (XAFS), которая использовалась для анализа того, как металлы адсорбируются на клетках, с одноклеточной масс-спектрометрией с индуктивно связанной плазмой (scICP-MS) для обеспечивают связь между поведением клеточной популяции и характером взаимодействия между металлами и клетками на клеточной поверхности.
«Сочетание XAFS и scICP-MS, а также использование низких концентраций металлов означало, что мы могли очень внимательно изучить специфические взаимодействия, происходящие на поверхности клетки», - объясняет ведущий автор профессор Аюми Минода. «Мы обнаружили, что количество адсорбированного металла зависит от рассматриваемого металла и кислотности раствора».
В условиях низкой кислотности золото, платина и палладий адсорбируются клетками. Было обнаружено, что золото взаимодействует с серосодержащими группами на поверхности клетки, тогда как платина и палладий взаимодействуют как с серосодержащими, так и с азотсодержащими группами.
Интересно, что при высокой кислотности на клетки адсорбируются только золото и палладий и только за счет взаимодействия с серой. Характер распределения клеток, адсорбирующих палладий, - как количество клеток, адсорбирующих палладий, так и количество адсорбированного палладия - резко изменился. Это первый отчет, связывающий такие взаимодействия с изменениями в поведении клеточной популяции и ясно демонстрирующий дифференциальный механизм адсорбции в различных условиях окружающей среды.
«Ожидается, что достигнутое понимание внесет вклад в будущую разработку клеточных поверхностей для обеспечения улучшенной адсорбции металлов», - говорит профессор Минода. «Ожидается, что оптимизация характеристик адсорбентов драгоценных металлов биологического происхождения значительно повысит экологическую устойчивость переработки и восстановления металлов».