[스페인] 물 정수하는 항균성 은 나노필터 개발
스페인 연구진은 물을 정수하는 새로운 기술을 개발하는 데 성공했다. 연구진은 은 나노구조체를 이용한 멤브레인 필터를 개발했다. 연구진은 은 나노구조체를 셀룰로오스 섬유에 부착했다. 이번 기술은 물을 정화하는 매우 빠르면서도 값싼 기술로 그 활용성이 주목된다.
전세계적으로 아직 수많은 사람들이 깨끗한 물을 공급받지 못한 체 살아가고 있다. 자연재앙과 기근이 든 나라에는 이러한 상황은 더욱 심각해진다. 물을 끓여 먹지 못하는 처지에 놓여있을 때에는 최소한 감염을 막을 수 있는 필터 기술이 절실히 요구된다.
이번에 이러한 문제를 어느 정도 해결할 수 있는 새로운 연구결과가 발표되었다. 연구진은 나노구조체를 이용하여 새로운 멤브레인 필터를 개발했다. 이러한 필터는 셀룰로오스 섬유에 부착되어 사용될 수 있다. 중력을 사용하는 이러한 시스템은 매우 빠른 속도로 물을 정수할 수 있으며 오랫동안 사용이 가능하다는 이점을 가지고 있다. 또한 그 제조비용이 저렴하다는 장점도 있다.
스페인 아라곤 나노과학연구소(Institute of Nanoscience of Aragon)의 연구진은 은 나노와이어와 나노입자를 상업적으로 사용되는 셀룰로오스 필터의 셀룰로오스 섬유에 공유결합으로 부착했다. 이러한 부착은 매우 강해서 강한 초음파처리에도 나노필터가 떨어지는 것을 방지한다.
연구진이 개발한 새로운 필터는 매우 안정적이어서 나노입자를 첨가해도 그 구조적인 안정성이 변하지 않는다. 필터로서의 구조적인 특징은 은을 함유한 나노구조체와 필터를 지나가는 박테리아의 강한 접촉을 유발한다. 멤브레인은 매우 빠른 투과능력과 99.9% 이상의 항균 특성을 가지고 있는 것으로 확인되었다.
은 나노구조체는 은 이온을 서서히 용해하면서 방출한다. 이러한 방식으로 오염된 물은 콜레라나 위장염을 일으키는 일반적인 병원균을 제거한다. 이번 기술은 매우 빠른 정수 능력과 동시에 휴대용 시스템으로 개발하고 저렴한 가격으로 완성품을 만드는 것을 가능케 하여 그 활용성이 매우 높을 것으로 기대된다.
연구진은 멤브레인의 특성을 분석하기 위해서 전자현미경을 비롯한, 전자회절, 에너지산란현미경 등의 분석장비를 사용했다. 또한 물질의 표면 분석을 위해서 X선 광전자현미경을 사용했다. 또한 푸리에변환적외선현미경 및 유도결합형플라즈마방출현미경(ICP OES)을 사용했다.
물을 정수하는 데에는 오염원을 파괴하는 동시에 분리하는 기능을 모두 가지는 것이 매우 효과적이다. 이번에 개발된 필터는 이러한 두 기능을 동시에 가지고 있다. 연구진은 향후 이러한 기술을 세포독성 검사에 사용되는 필터 제작에도 적용할 계획이라고 밝혔다. 이번 연구는 저널 Nanotechnology에 게재되었다.
[원문보기]
Antimicrobial nanosilver filters for safe water
Millions of people do not have access to clean water; particularly after natural disasters and in poverty-stricken countries. When boiling is not a feasible option, a combination treatment based on filtration and disinfection is recommended. Reporting in Nanotechnology, researchers have developed a membrane filter based on silver nanostructures that are attached to cellulose fibres. Driven by gravity, the system provides a high-speed yet cheap and durable option for the sterilization of water.
The membrane filtration process and the silver nanostructures it comprises.
The team, from the Institute of Nanoscience of Aragon in Spain, fabricates a membrane filter using silver nanowires and nanoparticles covalently attached to the cellulose fibres of a commercial cellulose filter. The attachment is so strong that it prevents the nanofillers from detaching from the filter and heading into the percolated water – even under strong ultrasonification.
Fast and effective
The morphology, stability and tortuosity of the filter fibres does not change after nanoparticle loading. The tortuosity achieves the required high contact between the silver-containing nanostructures and the passing-by bacteria. The membranes also demonstrate ultra-fast permeance and high antimicrobial activity in excess of 99.9% growth inhibition against Escherichia coli.
Simple system
The silver nanostructures slowly dissolve and release silver ions, which have been used as antibacterial agents for centuries. In such a way, contaminated water can be purified preventing common illnesses such as cholera or gastroenteritis. This provides a cheap, safe, portable and easy-to-use water-purification system.
In-depth analysis
The team uses a set of analytical techniques to characterize those membranes and their efficiency including electronic microscopy, electron diffraction and energy-dispersive spectroscopy. They also use X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) surface analysis, attenuated total reflection Fourier-transform infrared spectroscopy (ATR FT-IR), mechanical stability analysis, chemical analysis using inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP OES), and antimicrobial analysis.
Much-needed system
In the field of water purification there will always be a need to have membranes such as these that are not only able to separate but also destroy contaminants. The filters with their dual functionality also boast strong durability and are eco and human friendly. The filters with thiol-modification have proven to be the best and can be used to maximize the efficiency of nanoparticle usage. This reduces cost and increases performance in order to bring clean drinking water to millions all over the world who lack this basic commodity.
Based on the dimensions of the bacteria and the parameters of the filter, the team were able to produce a gravity-fed antifouling membrane capable of inactivating bacteria as it passes through. Future work will be focused on the development of filters or films with antimicrobial activity but no cytotoxicity against human cells.
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