斬新で効果的なバイオ

Scientific Reports volume 13、記事番号: 9168 (2023) この記事を引用

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本論文では、「Nanofrustulum spp.」の3種類の海洋珪藻株に由来する多孔質バイオシリカの能力を初めて明らかにした。 つまり。 N. wachnickianum (SZCZCH193)、N. shiloi (SZCZM1342)、N. cf. 水溶液から MB を除去するシロイ (SZCZP1809) が研究されました。 最高のバイオマスは、N. wachnickianum および N. shiloi (それぞれ 0.98 g L-1 DW および 0.93 g L-1 DW) についてはケイ酸塩濃縮下で、N. については 15 °C 未満で達成されました。 シロイ（2.2 g L−1 DW）。 菌株のケイ質骨格を過酸化水素で精製し、SEM、EDS、N2 吸着/脱離、XRD、TGA、および ATR-FTIR によって特性評価しました。 SZCZCH193、SZCZM1342、SZCZP1809 の菌株から得られた多孔質バイオシリカ (20 mg DW) は、pH 7 で 180 分間、14 mg L-1 MB 除去の 77.6%、96.8%、および 98.1% の効率と最大吸着を示しました。容量はそれぞれ8.39、19.02、および15.17 mg g-1と計算されました。 さらに、SZCZP1809 では、アルカリ (pH = 11) 条件での MB 除去効率を 120 分後に 99.08% まで高めることができました。 モデリングにより、MB の吸着は擬一次モデル、Bangham の細孔拡散モデル、および Sips 等温線モデルに従うことが明らかになりました。

光合成微生物の主要なグループを代表する珪藻 (Bacillariophyta) は、3D 構造の多孔質バイオシリカ (SiO2) で構成される細胞壁内に生息する単細胞の真核微細藻類です。 それらは海洋における地球規模の炭素とケイ素の循環において重要な役割を果たしており、その光合成活動は地球の主要な生産性のほぼ 5 分の 1 を占めています 1,2。 珪藻は、工業用途向けのさまざまな生理活性化合物やファインケミカルを生成する可能性があるため、応用科学でますます注目を集めています。フコキサンチンは抗酸化作用で知られており、医薬品や化粧品に使用できます3。 不飽和脂肪酸は栄養補助食品として使用されています4。 トリアシルグリセロール (TAG) は、バイオ燃料への変換のための炭素原料を提供します5。 珪藻片の天然の多孔質構造は、ドラッグデリバリー 6、バイオセンシング 7、および金属回収 8 の分野で注目を集めました。 珪藻にはバイオ精製プロセスにおけるバイオテクノロジーの大きな可能性があり9、そのバイオマスは費用対効果の高い方法でさまざまな化合物の生産に使用できる可能性があります。

さまざまな有機汚染物質 (たとえば、薬物 10、抗生物質 11、フェノール 12、染料 13) が産業で広く使用されているため、水質汚染の問題が生じています。 これらは産業廃棄物として保管され、その後環境水域にパージされ、無色のきれいな水が汚染された有色の廃棄物に変化します。 水溶性塩基性染料は、紙、ポリエステル、シルク、綿、ウールの着色に一般的に使用されます14。 この汚染は非常に有毒であり、呼吸障害、目の損傷、メトヘモグロビン血症を引き起こすなど、人体に悪影響を与える可能性があります15、16、17。 メチレンブルー (MB) は、さまざまな物質の除去能力を評価するために使用されるモデル色素、および吸着剤のメソ多孔質の性質の指標として知られています 18。

現在、廃水中の染料を回収できるように、効率的な緑色染料除去方法を見つけるために多くの研究が行われている。 最も有望な分解方法の 1 つは吸着です。これはより良い結果が得られ、さまざまな種類の染料に使用でき、高度な設備を必要とせず、廃水中の有毒な共汚染物質の影響を受けにくく、有毒物質を生成しません 19。 最も一般的に使用される天然吸着剤である活性炭は、多くの研究で使用され、MB の除去において高い吸着能力を示しましたが、コストが高く再生プロセスが難しいため、低コストで非常に効果的な吸着剤を見つけるためのさらなる研究が行われました20。 多くの非従来型吸着剤、特に天然物をベースとした吸着剤が吸着剤として提案されている。 生体吸着剤 (細菌 21、藻類 22、菌類 23、植物 24、農業廃棄物 25 の死滅および生バイオマス)、ゼオライト 26、および珪藻土 27 で高い吸着容量が示されています。 私たちの知る限り、Punnularia sp.28 および Cyclotella sp.29 から抽出された純粋な珪藻土バイオシリカを使用した研究は、金属ドープ珪藻土シリカ 30,31、珪藻土 27,32 および化学合成された珪藻土 27,32 に重点を置いて行われた研究はわずか数件のみです。メソポーラスシリカ33,34。 化学合成シリカは高い吸着効率を示しますが、いくつかの研究では、この材料が細胞毒性を示す可能性があることが示唆されています 35,36 が、珪藻由来のバイオシリカは非細胞毒性材料であると報告されている 37 ため、損傷を与えることなく使用できる可能性があります。 本研究では、ポーランドのシュチェチン大学海洋環境科学研究所のシュチェチン珪藻培養コレクション (SZCZ) で栽培された、Nanofrustulum Round、Hallsteinsen & Paasche 属の 3 つの異なる海洋珪藻株からの多孔質バイオシリカを使用しました。非常に効果的で安価な MB 吸着剤として初めて特性評価され、同定されました。