Un equipo de ingenieros químicos en Penn State ha desarrollado una biopelícula beneficiosa con la capacidad de prevenir la bioincrustación de membranas de ósmosis inversa RO.
La biopelícula permite que las membranas limiten su propio grosor a través de un circuito de detección de quórum y, en última instancia, reducen la aparición de bioincrustaciones en los sistemas de tratamiento de agua basados en membranas al liberar productos químicos que repelen las bacterias indeseables.
"Nos dimos cuenta de que la acumulación de películas microbianas en las membranas de tratamiento de agua es inevitable", dijo Manish Kumar, profesor asistente de ingeniería química y el investigador principal del proyecto. "Pero al igual que las bacterias buenas existen en el intestino para mantenerlo sano", predijimos que las bacterias útiles en RO pueden prevenir la reproducción sin control de biopelículas dañinas. Esencialmente, nuestro método es un 'enfoque probiótico' para combatir la bioincrustación ".
Con la demanda de acceso a agua segura y limpia en aumento a nivel mundial, las tecnologías de filtración por membrana se están convirtiendo rápidamente en formas populares de utilizar fuentes de agua de baja calidad y abundantes como agua de mar, agua salobre y aguas residuales recicladas.
Sin embargo, las complicaciones con estos sistemas surgen con frecuencia en forma de bioincrustación: una acumulación de microbios y bacterias en las superficies de la membrana que causa obstrucción y conduce a una disminución de la permeabilidad de la membrana y un aumento general en el consumo de energía.
Para encontrar una solución al problema, Kumar se asoció con colaboradores y co-investigadores Thomas Wood, Profesor de Ingeniería Química de la Cátedra Dotada de Ingeniería Química, y Tammy Wood, investigadora asociada en el Departamento de Ingeniería Química, para estudiar las interacciones membrana-biopelícula y susatributos bioquímicos.
También ayudaron en el proyecto el estudiante graduado del Departamento de Ingeniería Química Rajarshi Guha y el erudito posdoctoral Li Tang. Además, el proyecto fue apoyado por dos estudiantes universitarios; Michael Geitner, investigador universitario y miembro de PPG, y Fabiola Agramonte, estudiante universitarioestudiante de la Universidad de Puerto Rico que participó como parte del programa de experiencia de investigación para estudiantes de pregrado REU del departamento con el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias.
Lo que descubrieron los investigadores es que la introducción de "bacterias buenas" en RO puede limitar el crecimiento de bacterias dañinas, inhibiendo en última instancia la formación de biopelículas que causan bioincrustaciones.
"Lo que creamos es la primera célula que puede hablar consigo misma para controlar la formación de biopelículas", explicó Thomas Wood. "A través de la ingeniería genética, hemos desarrollado una célula que puede reconocer cuando ha alcanzado una cierta densidad,y, a su vez, envía una respuesta para dejar de fabricar biopelículas. Lo llamamos 'membrana de ósmosis inversa viva' o 'LROM'. La capacidad de la célula de limitar su propio grosor asegura que la buena biopelícula en sí no cause incrustaciones ".
Las biopelículas autocontroladas crecen mucho más lentamente que las biopelículas no controladas y se activan mediante la introducción de elementos genéticamente modificados E. coli. En experimentos de prueba, estos diseñados E. coli ralentizó con éxito la producción de cepas de Pseudomonas y Sphingomonas, dos de las bacterias más prevalentes en RO, al tiempo que protege la membrana.
El enfoque propuesto de usar biopelículas de ingeniería en los procesos de membrana también puede proporcionar beneficios para la sostenibilidad. Los métodos actuales para combatir la bioincrustación implican agregar productos químicos patentados llamados biocidas, que pueden ser perjudiciales para el medio ambiente y crear un gran gasto. El enfoque LROM puede proporcionar potencialmenteUna alternativa más segura y ecológica.
Los investigadores han probado la viabilidad de su sistema en experimentos a largo y corto plazo bajo condiciones de flujo variables. Su próximo desafío es realizar pruebas a mayor escala y buscar nuevas oportunidades para la tecnología, posiblemente dentro del ámbito de los dispositivos biomédicos.
"Eventualmente planeamos probar más que nuestras dos bacterias de referencia y expandir las aplicaciones potenciales para esta tecnología", dijo Kumar. "Teóricamente, este método podría aplicarse a dispositivos e implantes biomédicos para disminuir la probabilidad de falla debido a la biopelícula".infecciones "
El trabajo está respaldado por una subvención de la National Science Foundation otorgada en 2014, que incluye un suplemento REU en 2015.
En noviembre de 2015, Penn State presentó una patente provisional sobre la tecnología y está buscando activamente socios industriales para comercializar esta idea.
El artículo de los investigadores, "Membranas resistentes a la bioincrustación viva: un modelo para el uso beneficioso de las biopelículas de ingeniería", apareció en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State College of Engineering . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :