تصفية الغشاء يجعل الفيروسات غير ضارة

بقلم بيتر روغ

يقوم الباحثون في ETH Zurich بتطوير غشاء فلتر جديد عالي الكفاءة في تصفية وتعطيل مجموعة واسعة من الهواء-المنقولة والمياه-الفيروسات المنقولة. مصنوعة من مواد سليمة بيئيا، والغشاء لديه حسود جيدة بشكل مناسببصمة رونمنتال.

يمكن للفيروسات أن تنتشر ليس فقط عن طريق قطرات أو الهباء الجوي مثل الفيروس التاجي الجديد، ولكن في الماء أيضا. في الواقع، بعض مسببات الأمراض الخطيرة المحتملة للأمراض المعدية المعوية هي فيروسات تنتقل عن طريق المياه.

وحتى الآن، أزيلت هذه الفيروسات من المياه باستخدام الترشيح النانوي أو التناضح العكسي، ولكن بتكلفة عالية وتأثير شديد على البيئة. على سبيل المثال، تصنع المرشحات النانوية للفيروسات من المواد الخام القائمة على النفط، في حين يتطلب التناضح العكسي كمية كبيرة نسبيا من الطاقة.

غشاء صديق للبيئة وضعت
الآن قام فريق دولي من الباحثين بقيادة رافائيل ميزنغا، أستاذ الأغذية والمواد اللينة في ETH زيوريخ، بتطوير غشاء فلتر مياه جديد فعال للغاية وصديق للبيئة. لتصنيعه، استخدم الباحثون المواد الخام الطبيعية.

يعمل غشاء الفلتر على نفس المبدأ الذي طوره ميزنغا وزملاؤه لإزالة المعادن الثقيلة أو الثمينة من الماء. أنها تخلق الغشاء باستخدام بروتينات مصل اللبن المشوهة التي تتجمع في خيوط دقيقة تسمى الفيبريلات اميلويد. في هذه الحالة ، قام الباحثون بالجمع بين سقالة الفيبريل هذه والجسيمات النانوية من هيدروكسيد الحديد (Fe-O-HO).

تصنيع الغشاء بسيط نسبيا. لإنتاج الفيبريلات، تضاف بروتينات مصل اللبن المشتقة من معالجة الحليب إلى الحمض وتسخينها إلى 90 درجة مئوية. وهذا يسبب البروتينات لتوسيع ونلتصق ببعضها البعض، وتشكيل الفيبريلات. يمكن إنتاج الجسيمات النانوية في نفس وعاء التفاعل مثل الفيبريلات: يرفع الباحثون درجة الحموضة ويضيفون ملح الحديد ، مما يؤدي إلى "تفكك" الخليط إلى جسيمات نانوية هيدروكسيد الحديد ، والتي تعلق على الفيبريلات الأميلويد. لهذا التطبيق، استخدم المزينغا وزملاؤه السليلوز لدعم الغشاء.

هذا المزيج من الفيبريلات الأميلويد والجسيمات النانوية هيدروكسيد الحديد يجعل الغشاء فخ فعالة وفعالة للغاية لمختلف الفيروسات الموجودة في الماء. يجذب أكسيد الحديد المشحون إيجابيا الفيروسات المشحونة سلبيا ويعطلها. لن تتمكن الفيبريلات الأميلويد وحدها من القيام بذلك لأنها ، مثل الجسيمات الفيروسية ، يتم شحنها أيضا بشكل سلبي عند درجة الحموضة المحايدة. ومع ذلك ، فإن الفيبريلات هي المصفوفة المثالية للجسيمات النانوية لأكسيد الحديد.

الفيروسات المختلفة القضاء على كفاءة عالية
يزيل الغشاء مجموعة واسعة من الفيروسات المنقولة بالمياه، بما في ذلك الفيروسات الغدية غير المفلتوية، الفيروسات الرجعية والفيروسات المعوية. ويمكن لهذه المجموعة الثالثة أن تسبب التهابات خطيرة في الجهاز الهضمي، والتي تقتل حوالي نصف مليون شخص - غالبا ما يكون الأطفال الصغار في البلدان النامية والناشئة - كل عام. الفيروسات المعوية صعبة للغاية ومقاومة للأحماض وتظل في الماء لفترة طويلة جدا ، لذلك يجب أن يكون غشاء الفلتر جذابا بشكل خاص للبلدان الفقيرة كوسيلة للمساعدة في منع مثل هذه العدوى.

وعلاوة على ذلك، فإن الغشاء يزيل أيضا فيروسات إنفلونزا H1N1 وحتى فيروس سارس-كوف-2 الجديد من الماء بكفاءة كبيرة. وفي العينات المصفاة، كان تركيز الفيروسين أقل من حد الكشف، وهو ما يعادل القضاء التام تقريبا على هذه العوامل المسببة للأمراض.

"نحن ندرك أن الفيروس التاجي الجديد ينتقل في الغالب عن طريق قطرات والهباء الجوي، ولكن في الواقع، حتى على هذا النطاق، يتطلب الفيروس أن يكون محاطا بالمياه. وحقيقة أننا نستطيع إزالته بكفاءة عالية من الماء تؤكد بشكل مثير للإعجاب على التطبيق الواسع لغشاءنا".

في حين أن الغشاء مصمم في المقام الأول للاستخدام في محطات معالجة مياه الصرف الصحي أو لمعالجة مياه الشرب ، يمكن استخدامه أيضا في أنظمة تنقية الهواء أو حتى في الأقنعة. وبما أنه يتكون حصرا من مواد سليمة بيئيا، فإنه يمكن ببساطة أن يكون السماد بعد الاستخدام - وإنتاجها يتطلب الحد الأدنى من الطاقة. هذه الصفات تعطيه بصمة بيئية ممتازة، كما يشير الباحثون أيضا في دراستهم. ولأن الترشيح سلبي، فإنه لا يتطلب طاقة إضافية، مما يجعل تشغيله محايدا من حيث الكربون والاستخدام المحتمل في أي سياق اجتماعي، من المجتمعات الحضرية إلى المجتمعات الريفية.

وبالإضافة إلى مختبر ميزنغا، شارك في العمل علماء من عدة جامعات سويسرية، بمن فيهم أخصائيو فيروسات من جامعات زيوريخ ولوزان وجنيف، وEPFL، وجامعة كالياري، وهيئة التكنولوجيا المتعددة التخصصات BluAct، التي تحمل براءة اختراع هذه التكنولوجيا الجديدة.

المصدر: إيدجينوسيستشي تكنيشه هوششولي زيورخ (ETH زيوريخ)