Сегодня 26 марта 2025
18+
MWC 2018 2018 Computex IFA 2018
реклама
Новости Hardware

Китайские учёные научились добывать полупроводниковые материалы из сточных вод с помощью бактерий

Команде учёных из китайских исследовательских институтов удалось использовать бактерии для очистки сточных вод от органических загрязнителей и получения ряда химических соединений для полупроводниковой промышленности. Этот процесс может проложить путь к устойчивому и экологически чистому производству ценных полупроводниковых материалов. Результаты исследования были опубликованы 16 октября в рецензируемом журнале Nature Sustainability.

 Источник изображений: Pixabay

Источник изображений: Pixabay

Исследование, возглавляемое профессором Гао Сяном (Gao Xiang) из Шэньчжэньского института синтетической биологии Китайской академии наук и профессором Лу Лу (Lu Lu) из Харбинского технологического института в Шэньчжэне, продемонстрировало возможность получения материалов, используемых для изготовления полупроводников, из сточных вод с помощью генно-модифицированных бактерий. Исследователям удалось преобразовать загрязнители сточных вод в полупроводниковые биогибриды, состоящие из биологических и небиологических компонентов.

Исследовательская группа выбрала морской микроорганизм Vibrio natriegens в качестве отправной точки для модифицирования бактерий. По словам учёных, «это одни из самых быстрорастущих бактерий, которые процветают в средах с высоким содержанием соли и очень устойчивы к сточным водам. Они могут использовать более 200 типов органических материалов в качестве питательных веществ, включая сахара, спирты, аминокислоты и органические кислоты, что делает их идеальными кандидатами для этого исследования».

Затем команда «запустила» механизм восстановления сульфатов в Vibrio natriegens, обучив штамм непосредственно поглощать сульфат из окружающей среды и производить сероводород, который затем объединялся с ионами металлов в сточных водах для создания полупроводниковых наночастиц. Метод оказался универсальным и его можно было применять к ионам различных металлов, получая такие соединения, как сульфид кадмия, сульфид свинца и сульфид ртути.

Наночастицы фиксировались на поверхности бактерий, образуя полупроводниковые биогибриды. Под воздействием света полупроводниковый материал поглощал солнечную энергию и преобразовывал её в электроны, обеспечивая бактериям дополнительную энергию. В лабораторном эксперименте, в котором биогибриды использовались для очистки сточных вод, 99 % ионов кадмия были таким образом извлечены в виде частиц сульфида кадмия.

Эти типы наночастиц, также известные как квантовые точки, стали центральным элементом открытия, за которое другая группа учёных получила в этом году Нобелевскую премию по химии. «После полного цикла биогибриды в сточных водах можно собирать посредством фильтрации или седиментации (осаждения частиц) для извлечения полупроводниковых материалов, — сообщил Гао Сян. — Эта система может стать эффективным и экономически выгодным методом производства очень ценных квантовых точек».

При размножении биогибридов в сточных водах они также преобразует органические загрязнители в 2,3-бутандиол (БДО), ценный химикат, который широко применяется в косметике, сельском хозяйстве и здравоохранении. Лабораторные испытания показали, что при искусственном освещении биогибриды производят БДО в два раза быстрее, чем немодифицированные бактерии, при этом степень конверсии углерода увеличивается на 26 %.

«Дополнительная энергия, генерируемая наночастицами за счёт поглощения света, повысила эффективность синтеза биогибридов и скорость преобразования органических веществ в сточных водах. Традиционно вся энергия, необходимая для роста бактерий и производства БДО, обеспечивается самими бактериями, что включает в себя самометаболизм и переваривание органических веществ. Дополнительная энергия, полученная за счёт поглощения света, очевидно, ускоряет оба процесса» — пояснил Гао.

В эксперименте, проведённом в 5-литровом реакторе, биогибриды были успешно выращены с использованием реальных промышленных сточных вод, достигнув производительности БДО 13 граммов на литр и превзойдя результаты всех предыдущих исследований.

Сейчас учёные изучают возможности масштабирования процесса. Основным препятствием становится плохая прозрачность промышленных сточных вод. Поэтому требуются реакторы с большей площадью поверхности, чтобы обеспечить достаточное для активной деятельности бактерий освещение.

«Полупроводниковые биогибриды объединяют в себе лучшие качества биологических цельноклеточных катализаторов и полупроводниковых наноматериалов, позволяя нефотосинтетическим промышленным заводам по производству микробных клеток использовать солнечную энергию для химического производства», — резюмировали исследователи.

Источник:

Если вы заметили ошибку — выделите ее мышью и нажмите CTRL+ENTER.
Материалы по теме

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥
Discord получил большое обновление интерфейса с тёмной темой и улучшенным оверлеем 15 мин.
CD Projekt зареклась использовать генеративный ИИ в The Witcher 4 и других новых играх 2 ч.
Инсайдер показал, как будет выглядеть iOS 19, но это не точно 3 ч.
В работе СБП и российских банков произошёл масштабный сбой 3 ч.
Криптовалютный банк Трампа запустит свой стейблкоин, привязанный к доллару 3 ч.
Легендарный игровой журнал Game Informer вернулся из мёртвых благодаря студии Нила Бломкампа 5 ч.
CD Projekt подтвердила, когда выйдет The Witcher 4 — не раньше 2027 года 15 ч.
Правительство возьмёт объекты КИИ на карандаш и наведёт порядок в деле миграции на отечественное ПО 15 ч.
Новая компания сооснователя Blizzard анонсировала мультиплеерный шутер Wildgate, который выглядит как Sea of Thieves в космосе 16 ч.
Google представила Gemini 2.5 Pro — свою самую умную ИИ-модель, которая превзошла OpenAI o3 16 ч.
GS Group займётся импортозамещением полупроводников для отечественных авто 14 мин.
Китай ударит по Nvidia новыми экологическими нормами — компания потеряет до $17 млрд выручки в год 2 ч.
Глава квантового подразделения Google пообещал настоящий прорыв в технологиях через пять лет 2 ч.
Выход Cerebras Systems на IPO откладывается из-за задержки рассмотрения американским регулятором CFIUS 2 ч.
Noctua показала жидкостный кулер, который работает без помпы, и обозначила сроки его дебюта 2 ч.
BMW объединилась с Alibaba для совместной разработки автомобильного ИИ 3 ч.
Руководитель Alibaba предупредил о перегреве рынка ЦОД для искусственного интеллекта 3 ч.
SMART Modular представила энергонезависимые модули памяти CXL E3.S 4 ч.
Объём рынка корпоративного WLAN-оборудования в 2024 году сократился на 12,7 % 4 ч.
Учёные открыли чёрные дыры «на максималках» — сегодня таких уже нет 4 ч.