纳米粒子和紫外线清洁环境污染物

纳米颗粒在用光照射时失去了稳定性，设计用于从水和土壤中提取内分泌破坏剂，杀虫剂和其他污染物。该系统利用纳米颗粒的大面对体积比，而光致沉淀可确保纳米材料不在环境中释放。图像：Nicolas Bertrand.

来自麻省理工学院的一项新研究表明纳米粒子如何清除环境污染物，揭示纳米材料和紫外线可以“陷阱”化学品，便于从土壤和水中移除。

许多人为污染物在环境中，通过自然过程抵抗劣化，破坏哺乳动物和其他动物的激素和其他系统。除去这些有毒物质 - 包括杀虫剂和内分泌破坏剂如双酚A（BPA） - 具有现有方法通常昂贵且耗时。

在本周在本周公布的新论文中，来自麻省理工学院和联邦Goiás的研究人员在巴西证明了使用纳米颗粒和紫外线（UV）光的新方法，以快速分离和提取来自土壤和水的各种污染物。

这两位引导作者的Ferdinand Brandl和Nicolas Bertrand是罗伯特兰德的实验室前博士后，MIT的Koch Institute综合癌症研究所教授教授。（Eliana Martins Lima，Goiás联邦大学是另一个共同作者。）Brandl和Bertrand都被视为药剂师，并将他们的发现作为幸福的事故描述：他们最初试图开发可用于将药物递送给癌细胞的纳米颗粒。

Brandl以前合成了聚合物，可以通过暴露于UV光来分开。但他和Bertrand提出质疑他们对药物递送的适用性，因为UV光可能对组织和细胞有害，并且不会穿过皮肤。当他们了解到紫外线光被用来消毒在某些治疗厂的水中时，他们开始提出一个不同的问题。

“我们认为他们已经已经使用过紫外线，也许他们也可以使用我们的粒子，”Brandl说。“那么我们想出了使用我们的颗粒从水中去除有毒化学物质，污染物或激素的想法，因为我们看到一旦紫外线照射粒子会聚集。”

一个“恐惧”污染的陷阱

研究人员从聚乙二醇中合成聚合物，一种广泛使用的化合物，在泻药，牙膏和眼药水中发现，并被食品和药物管理作为食品添加剂的批准，以及聚乳酸，可生物降解的塑料，用于堆肥杯和玻璃器皿中使用的可生物降解的塑料。

由这些聚合物制成的纳米颗粒具有疏水芯和亲水壳。由于分子尺度力，在溶液中，疏水性污染物分子向疏水纳米颗粒移动，并吸附到它们的表面上，在那里它们有效地“被困”。当意大利面酱污染塑料容器的表面时，这种现象正上班，转动它们红色：在这种情况下，塑料和油基酱汁都是疏水性的并且在一起相互作用。

如果单独左侧，这些纳米材料将保持悬浮并均匀地分散在水中。但是，当暴露于紫外光时，颗粒的稳定外壳脱落，现在通过污染物“富集” - 它们形成较大的聚集体，然后可以通过过滤，沉降或其他方法除去较大的聚集体。

研究人员利用该方法提取邻苯二甲酸酯，激素破坏的化学品，用于软化塑料的污水; BPA，另一个内分泌破坏的合成化合物广泛用于塑料瓶和其他树脂消费品，来自热印刷纸样品;和多环芳烃，由污染土壤不完全燃烧形成的致癌化合物。

该方法是不可逆转的，聚合物是可生物降解的，最大限度地减少留下有毒二级产品的风险，以持续存在，例如水体。“一旦他们切换到他们大块的宏观情况，”Bertrand说：“你将无法再次让他们回到纳米状态。”

根据研究人员的说法，基本突破确实证实，小分子确实在纳米颗粒表面上被动地吸附。

“据我们所知，它第一次可以直接测量与预先形成的纳米颗粒的小分子相互作用，”他们在自然通信中写道。

纳米清洁

他们说，更令人兴奋，是从环境修复到医学分析的广泛潜在用途。

聚合物在室温下合成，不需要特别准备靶向特异性化合物;它们广泛适用于各种疏水化学品和分子。

“我们利用污染物的互动是非特定的，”Brandl说。“我们可以去除同一样本中存在的荷尔蒙，BPA和杀虫剂，我们可以在一步一步完成这一点。”

并且纳米颗粒的高表面积到体积比是意味着只需要少量去除相对大量的污染物。因此，该技术可以提供更广泛的污染水和土壤的经济效益清理的潜力。

“从所应用的角度来看，我们在一个系统中显示出纳米颗粒表面上的小分子的吸附可用于提取任何类型，”Bertrand说。“它为沿线的许多其他应用打开了门。”

他可以进一步开发这种方法，他推测，以取代来自脱咖啡因咖啡的一切以使油漆稀释剂的广泛使用有机溶剂。Bertrand Cites DDT，禁止用作美国的农药。自1972年以来，仍然广泛用于世界其他地区，作为持续污染物的另一个例子，可能可能使用这些纳米材料来修复。“而对于您不需要尽可能多的分析应用来净化或集中，这可能是有趣的，”Bertrand表示，为医疗患者的尿液分析提供了廉价测试套件的例子。

该研究还表明，适用于在环境修复中使用的纳米级药物输送技术的更广泛的潜力。

“我们可以应用为制药行业开发的一些高度复杂的高精度工具，现在看看这些技术以更广泛的方式使用这些技术是现象，”化学工程助理教授弗兰克顾说加拿大滑铁卢大学，以及纳内工程专家，用于医疗保健和医疗应用。

“当你想到现场部署时，这远远下来，这篇论文提供了一个真正令人兴奋的机会来破解一个坚持不懈的问题，”顾人士没有参与研究。“如果你采取正常的传统土木工程或化学工程方法来治疗它，它就不会触及它。这就是最令人兴奋的部分。“

出版物：Ferdinand Brandl等人，“纳米粒子，具有光致沉淀，用于从水土中提取污染物，”自然通信6，物品编号：7765; DOI：10.1038 / ncomms8765