Успех очистки морской воды или сточных вод до состояния питьевой воды зависит от фильтрующей способности тонких полиамидных мембран, работа которых осложняется, однако, тем, что со временем на таких мембранах закрепляются различные микроорганизмы, которые понижают способность мембран отделять от воды соли и другие загрязнители.
Результаты нового исследования говорят о том, что связывание нанолистов оксида графена с полиамидными материалами может замедлить рост и размножение бактерий. Таким образом, модифицированные производными графена мембраны можно будет реже чистить, и их срок службы будет большим, чем у мембран применяющихся в настоящее время.
Чтобы замедлить рост бактериального налета исследователи закрепили листочки оксида графена на поверхности полиамидной. Известно, что ряд наноматериалов, как, например, оксид графена, могут подавлять рост и размножение микроорганизмов (строго говоря, механизм этого процесса пока еще неизвестен). Ранее исследователи уже получали противомикробные мембраны, смешивая оксид графена с полиамидами в процессе отливки мембран. Однако, как отмечает Менахем Элимелех (Menachem Elimelech) из Йельского Университета проблема таких материалов заключается в большом расходе оксида графена и, следовательно, высокой стоимости таких мембран, а также и тем, что в процессе отливки частицы оксида графена могут оказаться инкапсулированными в полиамидную оболочку, что, соответственно, лишает их возможности проявлять антибактериальные свойства. Чтобы решить эти проблемы Элимелех решил разработать противобактериальные мембраны, для которых требуется минимальное количество оксида графена.
Решая эту задачу, Элимелех и его коллеги закрепили пластинки оксида графена длиной 30-650 нанометров прямо на поверхности полиамидной мембраны, используя для этого реакцию кросс-сочетания. Как поясняет исследователь из Йеля, любая модификация химического состава и строения поверхности мембраны может значительно повлиять на ее производительность, однако в данном случае этого не произошло – вода проходила через функционализированные мембраны также хорошо, как и через мембраны, не подвергавшиеся обработке.
Противобактериальная активность функционализированных мембран была испытана следующим образом – на новую мембрану на час нанесли питательный раствор для культивирования бактерий Escherichia coli, после чего они попытались вырастить бактерии на мембране нового типа и, для контроля – на традиционно применяемой мембране. Было продемонстрировано, что на мембранах, модифицированных оксидом графена, количество бактериальных колоний было на 65% меньше, чем на необработанных. Для увеличения степени противобактериальной защиты Элимелех в перспективе планирует увеличить количество частичек оксида графена на поверхности мембраны.