פיתוח של תרופות אנטי-מיקרוביאליות לאספקת מים בטוחה

משבר המים הגלובלי עם membranes

מים בטוחים אינם מותרות אלא זכות אנושית בסיסית, אך מיליוני אנשים ברחבי העולם אינם בעלי גישה אליו.על פי ארגון הבריאות העולמי (WHO) ו-UNICEF, לפחות 2 מיליארד אנשים משתמשים במקור מים מזוהמים עם צואה, חשיפתם לפתוגנים שגורמים ל- cholera, dysentery, הקלדה, ו-Followion שיטות טיפול מים מסורתיות כגון כלור ו-Vreshreshreshreshreshrereatives יעילים לעתים קרובות בהגדרות מיקרו-Ficial של חומרים אלה, אך לא מאובטחים.

מה הם חומרים אנטי-מיקרוביאליים?

membranes אנטימיקרוביאלי הם סוג של תקשורת סינון המשלב הפרדה פיזית עם פעילות מיקרובילקלקלקידית.בניגוד ל membranes קונבנציונלית כי מסתמכת רק על גודל (למשל, אולטרה-חדירה או microfiltration), membranes אלה משלבים סוכנים פעילים - כגון צילומי מתכת, biocides, או photoactive nanomaterials - אשר מעכב צמיחה מיקרוביאלית, לנטרל תגובות כימיות או אינטראקציה באמצעות תגובות כימיות.

(ה) ניתן לעשות את עצמו מפולימרים כמו פולית'רספון (PES), פוליווינילידי פלואוריד (PVDF), או מרכב תאוז, או מקרמיקה כגון אלומיניום או titania.הפונקציונליות האנטימיקרוביאלית ניתן לשלב על ידי FLT:0surface ציפוי של 1LT:2embedds: 2Rics 3D) כדי לעבור את המיקרומטרה קטנה או פולשים, או מחסנים, עד ל-FercremeFercrepertphercreme5, או פולשים, או פולשים, 000, 000 ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

membranes Antimicrobial למצוא יישומים במסננים מים ביתיים, צמחי טיפול עירוניים, יחידות סינון ניידות להקלת אסון, ואפילו במכשירים רפואיים שבהם מים סטריליים הם חיוניים.

סוגים מרכזיים של סוכנים אנטי-מיקרוביאליים המשמשים

חוקרים חקרו מגוון רחב של סוכנים אנטימיקרוביאליים כדי לשלב לתוך membranes.כל אחד מציע יתרונות נפרדים ומסחריים במונחים של יעילות, עלות, רעילות ויציבות.

המונחים: Silver-based Antimicrobials

(בצורה של חלקיקים כסף (AgNPs) או ions כסף, הוא אחד הסוכנים האנטי-מיקרוביאליים המלומדים והמסחריים ביותר של חומרים אנטי-מיקרוביאליים.מושגים Silver משבשים את קרום תאי חיידקי, השייכים לקבוצות thiol על חלבונים, ומפריעים לשכפול DNA – עם בעיות של מים דקדוקיים, עם שימוש בחומרה רעילים כגון: NUMF-T) עם מחלות קשות בחיידקים.

Oxide ו-Copper Oxide

(המכונה כבר מאות שנים עבור תכונות האנטימיקרוביאליות שלה.קופר oxide (CuO) או תחמוצת כוסיות (Cu2O) חלקיקים מוטבעים במזכרים מספקים הריגת מגע. Copper ions לייצר מינים חמצן תגובתיים (ROS) כי נזק רכיבי תא.Coper-based membranes מציעים אלטרנטיבה זולה יותר כסף נבדק בהצלחה נגד FLTRE: CVERO: CVUVERO: CVERO: CVERO: CVERO LT2CERO LT2CERO LT2CERO LT2CERO LTLUVTERO LTERO LT2CERO LT2TERO LTERO LTERO LT LT2TERO LTERE הוא גם הוא גם הוא גם הוא גם הוא יתרון גדול יותר LTERO LT2CERO LT2TERO LT2CERO LTERO LTL LT2TERO LTL LT2TERO LT LT LT LTL LT LT LT-FUL COLT2C

טיטניום די תחמוצת (TiO2) Photocatalytic Membranes

טיטניום דו חמצני הוא photocatalyst כי, תחת אור אולטרה סגול (UV) יוצר רדיקלים הידרוקסיל תגובתי מאוד ו anions superoxide.כאשר משולבים לתוך membranes, TiO2 מספק יישום מנקה עצמית ואנטימיקרוביאלי כי degrads אורגניים מזיקים להרוג microorganisms.

Znc Oxide (ZnO) Nanoparticles

חלקיקים חד-חמצני הם בחירה פופולרית נוספת בשל העלות הנמוכה שלהם, יכולת חסימת UV, ופעילות אנטימיקרוביאלית חזקה. ZnO משבשת membranes חיידקי ומייצרת מתח oxidative. Membranes בשילוב עם ZnO להראות הידרופילידיל משופר, אשר מפחית היווצרות biofilm. מחקרים משתמשים בהצלחה ZnO / PESmbranes עבור טיפול רב-אקטיבי עם מחזורי ארוך-תועלת.

Graphene Oxide (GO) ו- מופחת Graphene Oxide

(גרפן oxide) התפתח כחומר רב-ממדי עם תכונות אנטימיקרוביאליות אינטרינריות. הקצוות החדים שלו יכולים לשבש את תאי החיידקים (אפקט "nanoknife"), בעוד קבוצות פונקציונליות המכילות חמצן מייצרות מתח חמצון.

Quaternary Ammonium Compounds (QACs)

QACs הם גולשים ic כי משבש את bilayer של חיידקים של קרום מיקרוביאלי, גרימת דליפה ומוות. הם יכולים להיות מחוברים באופן שווה משטחים membrane לספק פעילות אנטימיקרוביאלית חזקה, לא מובילה. membranes פונקציונלי עם QACs להפגין יציבות לטווח ארוך ויעיל נגד מגוון רחב של חיידקים ופטריות שלהם הם מופחתים עבור כמה וירוסים פוטנציאליים.

מכניזם של פעולה: כיצד חומרים אנטימיקרוביאליים פועלים

הבנת המנגנונים שבאמצעותם קרום אנטי-מיקרוביאלי הוא חיוני לתכנון חומרים יעילים יותר.שלושת מצבי פעולה עיקריים ידועים:

מגע

בהריגת מגע, הסוכן האנטימיקרוביאלי הוא מלוטש על פני השטח של membrane. כאשר מיקרוב מגיע במגע פיזי עם פני השטח, הסוכן פוגע ישירות במעטפה התא - על ידי טיהור זה (כמו עם סגסוגת גרפן), לשפשף לימפואידים (כמו עם QACs), או מחייב חלבונים חיוניים (כמו עם מנגנון כסף).

לשחרר את ההרג

הריגת שחרור כוללת את שחרורו מבוקר של ions או מולקולות ביו-קליד (למשל, Ag+, Cu2+, Zn2+) מן המזכרה לתוך המים הסובבים.המושגים האלה דיפוזה ויכולים לכוון חיידקים סטרטטוניים לא במגע ישיר עם פני השטח.התועלת היא אזור רחב יותר של אי-פעולה; החיסרון הוא בסופו של דבר depletion של הסוכן הפעיל, הדורש התחדשות או החלפה של לחץ הסביבה.

הריגת Photocatalytic

מנגנונים פוטו-קטיים מסתמכים על מוליכים למחצה (למשל, TiO2, ZnO) שתופסים אור – באופן חד-משמעי UV או גלוי – ומייצרים את ROS כמו רדיקלים הידרוקסיל, סופר-חמצני ו- מימן peroxide. אלה ROS הם מאוד תגובתיים ולא ספציפיים oxidize רכיבי תא מיקרוביאלי, המוביל לחדירה מהירה.

רבים מהמברנות האנטימיקרוביאליות משלבות שני מנגנונים או יותר (למשל, שחרור כסף + הריגת מגע) כדי להשיג אפקטים סינרגיסטים ולהילחם בהתנגדות פוטנציאלית.

יתרונות לטיפול במים

membranes אנטימיקרוביאלי מציע כמה יתרונות משכנעים כי לטפל חסרונות הן שיטות חיטוי מסורתיות ו membranes סינון פשוט.

(FLT:0)Imroved Microbial Removal:cioFLT 1 בעוד אולטרה-סינון יכול להסיר פיזית חיידקים ופרוטוזוה (בדרך כלל >0.2 מיקרומטר), וירוסים (איור:299.99% של MS2 bacteriophage, וירוס חלופי.

(FLT:0) לחנך biofouling:FearLT:1 biofouling - הצטברות של ביופילים מיקרוביאליים על משטחים membrane - היא בעיה תפעולית גדולה המפחיתה את פלוקס, מגבירה את צריכת האנרגיה, ומקצרת את חיי membranes מיקרוביאלי מעכבת באופן פעיל את הביופילם על ידי הרג חיידקים המצורפים לפני שהם יכולים לגרות את זה כדי לתרגם יותר ויותר שירותים ותחזוקה נמוכה יותר.

(FLT:0) הביקוש הכימי של לואוור: 1FLT 1 חיטוי מסורתי עם כלור אוזון יכול לייצר חומרים מזיקים לחיטוי (DBPs) ודורש טיפול כימי. membranes אנטימיקרוביאלי להפחית או לחסל את הצורך ב dosing כימי מתמשך, מה שהופך את הטיפול במים בטוח וידידותי יותר לסביבה.

(ב) ניתן לפרוס את נקודת המוצא: ⁇ FLT:1 קומפקטית מסננים אנטימיקרוביאליים של קרום (com-of-Use Applicability: ⁇ FLT:1 קומפקטית פילטרים אנטימיקרוביאליים של קרום) ניתן לפרוס ברמה משקי בית ללא חשמל או תשתיות מורכבות.

(FLT:0) חוסן פאתוגן: FLT1 בניגוד לכלור חינם, אשר מאבד את היעילות ב- pH גבוה או בנוכחות חומר אורגני, membranes אנטימיקרוביאלי לשמור על ביצועים בטווח רחב יותר של תנאי מים. סוכנים רבים מנברניים-מדומים הם יציבים ויעילים אפילו במים סוערים או מבולקים.

אתגרים בפיתוח וחלוקת

למרות ההבטחה שלהם, קרום אנטי-מיקרוביאלי עומדים בפני כמה מכשולים שיש להתגבר עליהם על אימוץ נרחב.

התנגדות מיקרוביאלית

בדיוק כשחיידקים מתפתחים עמידות לאנטיביוטיקה, יש חשש כי חשיפה ממושכת לריכוזי משנה של כסף או צו נחושת עשויה לבחור זנים עמידים.חלק מהמחקרים דיווחו על רגישות מופחתת בFLT:0E. coliph 1:1 לאחר חשיפה חוזרת ל חלקיקים כסף. בעוד שיעורי ההתנגדות נשארים נמוכים, זהו תחום פעיל של אסטרטגיות מחקר.

מעבר לביולוגיה

membranes Antimicrobial בעיקר לטפל:0bioph ; 1fouling אבל עדיין עשוי לסבול מפגיעה אורגנית (חומר אורגני טבעי, חלבונים) ומדפי ( precipitate אורגני) אלה מפרשים יכולים לחסום אתרים פעילים, מגן מיקרובים ממגע, ולהפחית את יעילותם האנטימיקרוביאלית של membrane.

עלויות ו Scalability

רבים בעלי ביצועים גבוהים אנטימיקרוביאליים nanomaterials (למשל, גרפן תחמוצת, פחמן ננוtubes, nanocomposites מיוחדים) יקרים לייצר בקנה מידה.העלות של שילוב חומרים אלה לתוך membranes במדים, באופן הדדי נשאר מחסום. עם זאת, שיפורים בייצור בקנה מידה גדול והשימוש של נמוך עלות (למשל, טבעי, חימרוז) מורידים עלויות למטה.

בדידות וסובלנות

יש לתכנן את הדימום של מימברנס כדי להימנע מעומס יתר של מתכות רעילות למים מטופלים.תקני רגולציה (למשל, הנחיות WHO לכסף במים לשתייה: 0.1 מ"ג / L) מציבות מגבלות מחמירות.טכניקות מתקדמות של קיבולת או סוכנים ממריצים יכולים לשלוט על שערי שחרור, אבל יש צורך במחקר נוסף כדי להבטיח בטיחות לטווח ארוך, במיוחד עבור אוכלוסיות פגיעות.

בדיקות וסטנדרטיזציה

אין פרוטוקול בדיקה מקובל אוניברסלי עבור membranes אנטימיקרוביאלי.מחקרים שונים משתמשים זנים חיידקיים שונים, זמני מגע, תנאי אור, ובדיקות אתגר, מה שהופך את זה קשה להשוות תוצאות.הפיתוח של שיטות בדיקה סטנדרטיות (למשל, ISO או ASTM סטנדרטים ספציפיים לפעילות אנטיבקטריאלית membrane) יזרז אימוץ מסחרי.

חידושים וכיוונים עתידיים

התחום של קרום אנטי-מיקרוביאלי מתפתח במהירות, מונע על ידי חומרים מדע, ננוטכנולוגיה, והבנה עמוקה יותר של התנהגות פתוגנית. כמה דרכים מרגשות מבטיח לשפר את הביצועים, קיימות ונגישות.

Bio-Inspired and Self-Healing Membranes

הטבע מספק השראה עבור משטחים אנטימיקרוביאליים חכמים.לדוגמה, המבנה של עלים לוטוס (מנקה עצמית) או עור כריש (אנטי-פונקציה) ניתן לחקות באמצעות מיקרו- וננו-מחלינג. החוקרים גם מפתחים את FLT:0 עצמו-healing membranesFLT:1 שיכול לתקן נזק קטין ולשחזר פעילות אנטי-מיקרוביאלית באמצעות encapsmenamereceerceerceerceerceerances soreceerancedancedancedancedancedances.

ביקורתיות Membranes

דמיינו לעצמכם membrane שהופך למיקרוביאלי רק כאשר מיקרובים נמצאים, או זה משחרר סוכן בתגובה אות כימי מסוים. "חכם" תגובה membranes להשתמש גירויים כגון pH, טמפרטורה, או אנזימים חיידקיים כדי לעורר פעולה אנטימיקרוביאלית. גישה זו שומרת סוכנים פעילים ומפחיתה את הסיכון של עמידות.

צילום: Light-Active Photocatalysts

(הופנה מהדף ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇ ⁇

שילוב עם חומרים חדשים

קיימות היא דאגה גוברת.מבריונות עתידיים עשויים להשתמש פולימרים ביו-דגרדיים (למשל, חומצה פולילאקטית, צ'יטוסאן) או סיבים טבעיים כ substrates, בשילוב עם אנטימיקרובילים המבוססים על ביולוגית כמו שמנים חיוניים, bacteriocins, או bacteriophages.

מעקב בזמן אמת ואוטומציה

האינטרנט של דברים (IoT) וטכנולוגיית חיישן ניתן לשלב לתוך מודולים קרום כדי לפקח על עומס מיקרוביאלי, פלוקס, ואת השלמות membrane בזמן אמת. בשילוב עם למידת מכונה, מערכות כאלה עלולות לחזות אירועים מזעזעים ולגרום מחזורי ניקוי או שחרור מיקרוסקופי, אופטימיזציה ביצועים וצמצום התערבות אנושית.

(ה) מחקר מקיף כולל AFLT:0) oxide-silver nanocomposite membraneFLT 1 שפותח באוניברסיטת מנצ'סטר אשר השיגה כמעט לחלוטין של ייצור חיידקים בתוך שניות תוך שמירה על פלוקס מים גבוה.קבוצה נוספת במכון ההודי לטכנולוגיה עיצבה את FLT:2ZnO-PV mebraneFalrated 3 עם פעילות סולרית ו-Feration יעילה כגון:

מסקנה

הפיתוח של membranes מיקרוביאלי מייצג שינוי פרדיגמה כיצד אנו ניגשים לספק מים בטוח לשתייה. על ידי שילוב בקרה מיקרוביאלית פעילה לתוך פלטפורמות סינון חזק, חומרים אלה מספקים רמה של הגנה כי הפרדה פיזית לבד לא יכול להשיג.מ קרמיקה ממפוכחת כסף המשמשים בכפרים מרוחקים כדי nanocatalytics מתקדמות המופעל על ידי אור השמש, mebra מיקרוסקופית אנטימיקרוביאלית הם פער בין מים ובטיחות בטיחות.

אתגרים נשארים - עלות, התנגדות, דרוגיות ובדיקות סטנדרטיות - אבל אף אחד לא ניתן למדידה.המשך שיתוף פעולה בין מדענים, מיקרוביולוגים, מהנדסים, מומחי בריאות הציבור הוא חיוני.כפי שהחידושים כמו משטחים של עצמו, מנגנוני שחרור גיבים וחומרים המבוססים על ביולוגית נעים ממעבדה לשוק, membranes להשקעה אנטיביאלית יהפכו אבן הפינה של ביטחון מים גלובליים, כל אחד מהם הוא עיכובים, כל זמן יעיל, וכל אחד מהם הוא יעיל, עם פתרונות אלכוהוליים, וכל אחד, וכל אחד מהם, ופתרונות יעילים, ופתרונות ממוקדים, כל אחד מהם, כלומר, כל אחד מהם, כל אחד, הוא יעיל, הוא, עם מחלות מתפתחות, כלומר, עם מחלות מתפתחות, עם מחלות מתפתחות, עם מחלות מתפתחות, עם מחלות לב, עם מחלות מתפתחות, עם מחלות מתפתחות, עם מחלות לב, יעיל, עם מחלות לב, עם מחלות לב, יעיל, עם מחלות לב, יעיל, עם מחלות מתפתחות, עם מחלות מתפתחות, יעיל, עם מחלות לב, עם מחלות מתפתחות, 000 יעיל, 000 יעיל, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, יעיל, 000, 000, 000, 000 יעיל, 000 יעיל, 000