منوعات

زجاج مقاوم للبيوفيلم للبيئات البحرية

ابتكرت مجموعة من الباحثين بقيادة مهندسين في جامعة ماساتشوستس أمهرست زجاجًا ينبعث منه الأشعة فوق البنفسجية والذي يمكن أن يقلل من نمو الأغشية الحيوية على الأسطح في البيئات تحت الماء بنسبة 98٪، وفقًا لما ورد في المراجعة. بيوفيلم.

البيوفيلم عبارة عن طبقة لزجة من أنواع مختلفة من الكائنات الحية الدقيقة التي تنمو على الأسطح الرطبة. تصف ماريانا لانزاريني لوبيز، الأستاذة المساعدة في الهندسة المدنية والبيئية في جامعة ماساتشوستس أمهيرست والمؤلفة المقابلة للورقة البحثية، قائلة: “إذا نظرت إلى حوضك ولمست الجزء الداخلي منه، فستجد أن هذه المادة اللزجة عبارة عن غشاء حيوي”.

يمثل الأغشية الحيوية مشكلة كبيرة للتطبيقات تحت الماء. تقدر البحرية الأمريكية أن الأغشية الحيوية تكلف أسطولها ما بين 180 مليون دولار و 260 مليون دولار سنويًا. يؤدي نمو الأغشية الحيوية على جميع الأسطح تحت الماء إلى زيادة مقاومة السفينة وما ينتج عن ذلك من استهلاك الوقود، بالإضافة إلى تلف السفن أو المعدات الأوقيانوغرافية بسبب التآكل.

يمكن للأغشية الحيوية أيضًا تعفير النوافذ المستخدمة في الكاميرات وأجهزة الاستشعار الأخرى التي تعتمد على الشفافية، ونقل الأنواع غير المحلية عبر البحار.

تعتمد الحلول الحالية لمكافحة الأغشية الحيوية على عوامل كيميائية مثل الطلاءات الحيوية لقتل الكائنات الحية أو إطلاق الطلاءات لمنع الأغشية الحيوية من الالتصاق. ومع ذلك، يمكن أن يكون لهذه الأساليب آثار سلبية على النظام البيئي وتستمر لفترة قصيرة فقط.

وكبديل لهذه الطرق الكيميائية، قام فريق UMass Amherst، بتمويل من مكتب الأبحاث البحرية الأمريكي (ONR)، بتطوير زجاج مقاوم للأغشية الحيوية باستخدام الأشعة فوق البنفسجية، وهي أقصر موجة تطهير للأشعة فوق البنفسجية وأكثرها فعالية. لقد أثبت مختبر لوبيز سابقًا أن الألياف الضوئية التي ينبعث منها الجانب من الأشعة فوق البنفسجية يمكنها توزيع الأشعة فوق البنفسجية إلى قنوات صغيرة، مثل المعدات الطبية (المناظير الداخلية، والقسطرة، وأجهزة التهوية)، والأجهزة المنزلية (آلات صنع القهوة والثلاجات)، وأنظمة التخزين. (الأنابيب والمثانة). ، الأغشية) لتثبيط الكائنات المسببة للأمراض ومنع نمو البكتيريا على الأسطح.

يقول لوبيز: “يعرف الكثير من الناس استخدام الأشعة فوق البنفسجية لتطهير الأسطح والهواء والماء”. “بدأ الناس في استخدامه أكثر بكثير، خاصة لأنه كان فعالا للغاية في تطهير فيروس SARS-CoV-2.”

ومع ذلك، في بيئة تحت الماء، الأمر ليس بهذه البساطة مثل تسليط ضوء الأشعة فوق البنفسجية على الزجاج. تقول ليلى عليدخت، باحثة ما بعد الدكتوراه في مختبر لوبيز والمؤلفة الرئيسية للدراسة: “لا يمكننا استخدام مصادر الضوء التقليدية لتوزيع الضوء بالتساوي عبر السطح”، لعدة أسباب. يصبح الضوء أضعف كلما ابتعد عن المصدر، مما يجعل من الصعب تغطية مساحات واسعة. يمكن أيضًا أن تتعطل موجات الأشعة فوق البنفسجية بسبب درجة تعكر المياه المحيطة.

إن التوزيع غير المتساوي للأشعة فوق البنفسجية يعطي موطئ قدم للكائنات الحية الدقيقة التي تشكل الأغشية الحيوية ويجعل السطح بأكمله عرضة للخطر. وتضيف: “إذا كان الأغشية الحيوية قادرة على الالتصاق بجزء واحد من السطح، فيمكن أن تنتشر إلى أجزاء أخرى”.

الحل الذي توصل إليه الفريق هو طلاء جسيمات السيليكا النانوية على الزجاج. يقول عليدخت: “يتم توصيل مصباح LED بالأشعة فوق البنفسجية من المقطع العرضي للزجاج”. “عندما تخترق الأشعة فوق البنفسجية الزجاج، فإننا ننشرها من داخل الزجاج إلى الخارج،” باستخدام هذه الجسيمات النانوية المبعثرة للضوء. السيليكا لا تمتص الأشعة فوق البنفسجية. تستمر الموجات في الارتداد عن الجسيمات النانوية وعبر الجزء الداخلي من الزجاج، مما يؤدي إلى سطح زجاجي “لامع” بشكل موحد.

ولاختباره، قام الباحثون، بالشراكة مع فلوريدا للتكنولوجيا والبحرية، بغمر هذا الزجاج الباعث للأشعة فوق البنفسجية في مياه بورت كانافيرال، فلوريدا، لمدة 20 يومًا. بالمقارنة مع الزجاج غير المعالج، يقلل هذا الزجاج من نمو الأغشية الحيوية المرئية بنسبة 98%.

“على عكس تقنية الأشعة فوق البنفسجية الخارجية، يمنع الزجاج الباعث للأشعة فوق البنفسجية تكوين الأغشية الحيوية مباشرة على السطح محل الاهتمام – السطح نفسه بمثابة مصدر للأشعة فوق البنفسجية،” يوضح عليدخت.

إنها متحمسة لأن هذا الاكتشاف يفتح الباب أمام تطبيقات التطهير المختلفة. وتوضح قائلة: “يمكن استخدام التكنولوجيا المتقدمة لتطهير الأسطح الشفافة مثل نوافذ السفن، ومجالات التعويم والعوامات الراسية، وعدسات الكاميرا وأجهزة الاستشعار لتطبيقات علوم المحيطات والزراعة ومعالجة المياه”.

حصل الفريق على براءة اختراع مؤقتة لاكتشافهم.

والآن بعد أن أثبت الفريق أن هذا الزجاج يقاوم بشكل فعال تكوين الأغشية الحيوية (يسمى الحشف الحيوي)، فإنهم متحمسون لتحسين اكتشافهم: اختبار التطبيقات طويلة المدى، وتقييم التأثيرات المحتملة على البيئة وإنشاء المزيد من مراكز التسوق.

وسيلة أخرى للاستكشاف المستقبلي: يضيف لوبيز: “نحن نحاول أيضًا تجنب وجود الأغشية الحيوية على عدسات الكاميرا”. “إن المانع الرئيسي لوقت نشر (الكاميرات تحت الماء) هو الحشف الحيوي، فطالما يمكنك تقليل معدل الحشف الحيوي، يمكنك زيادة وقت نشر كل تلك المعدات البصرية.”

..

Source link

orcalimaa

المصدر الرئيسي للأخبار والمعلومات الصحية والطبية الموثوقة وفي الوقت المناسب . توفير معلومات صحية ذات مصداقية ومجتمع داعم وخدمات تعليمية من خلال مزج الخبرة الحائزة على جوائز في المحتوى والخدمات المجتمعية وتعليقات الخبراء والمراجعة الطبية .

مقالات ذات صلة

اترك تعليقاً

زر الذهاب إلى الأعلى