Сегодня 22 июля 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 🔥
Встроенный в Telegram криптокошелёк Wallet стал доступен 87 млн пользователей в США 3 мин.
Microsoft создала утилиту для быстрого переноса данных с компьютера на компьютер для Windows 11 55 мин.
Nvidia выпустила драйвер GeForce Game Ready 577.00 WHQL с поддержкой DLSS 4 для Wuchang: Fallen Feathers 2 ч.
«Яндекс» выпустит «Нейроаналитика» — ИИ-агента для визуализации данных 2 ч.
Дикторов в московском метро дополнит ИИ — тестирование уже началось 2 ч.
Функции складного iPhone станут приоритетом при разработке iOS 27 3 ч.
Игрой Saber Interactive по «Восставшему из ада» оказался хоррор нового уровня Clive Barker’s Hellraiser: Revival — первый трейлер и подробности 3 ч.
Хакеры научились обходить многофакторную авторизацию FIDO 4 ч.
Почти идеальный финал, крутой геймплей и 20 часов на сюжет: Techland раскрыла новые подробности Dying Light: The Beast 4 ч.
В Spotify в профилях покойных музыкантов стали появляться песни, созданные ИИ — сервис «принимает меры» 4 ч.
Компактно, но дорого и медленно: ДНК-накопителям до коммерциализации пока ещё далеко 6 мин.
Китайские учёные впервые осуществили квантовую телепортацию с записью состояний в твердотельную память 2 ч.
Всё своё, от «железа» до ПО: «Группа Астра» и YADRO строят полностью российское облако 2 ч.
Sharp представили VR-перчатки, которые передают тактильные ощущения от прикосновений к виртуальным объектам 2 ч.
Samsung теряет рынок складных смартфонов — в этом году её доля почти сравняется с Huawei 2 ч.
Elgato представила карту видеозахвата Game Capture 4K S с поддержкой 4K при 60 FPS по цене $160 2 ч.
xAI купила за $10 территорию бывшей газовой электростанции неподалёку от будущего ИИ ЦОД 3 ч.
Nothing представила смарт-часы CMF Watch 3 Pro за $99 с увеличенным экраном, но без сменного безеля 3 ч.
Два миллиона GPU и 4,5 ГВт: Oracle и OpenAI договорились построить в США дата-центры для ИИ 5 ч.
Galax GeForce RTX 5080 NOX OC Black Edition получила зеркальную панель и магнитный кожух 5 ч.