Super acceleratore di disinfezione fotocatalitica protegge la nostra salute respiratoria

Con la crescente consapevolezza globale nei confronti della salute pubblica, i rischi per la salute derivanti dalla trasmissione di bioaerosol sono diventati un argomento di grande attualità nella comunità della ricerca scientifica. La tradizionale tecnologia di disinfezione mediante bioaerosol deve affrontare molteplici sfide, tra cui scarsa efficienza, effetto disinfettante limitato su specifici microrganismi, sensibilità alle condizioni ambientali e rischi per la sicurezza. Nel contesto delle crescenti esigenze pubbliche in materia di salute, igiene e tutela dell'ambiente, lo sviluppo di tecnologie di disinfezione efficienti e rispettose dell'ambiente è diventato una priorità assoluta.

Negli ultimi anni la tecnologia fotocatalitica, in quanto tecnologia all'avanguardia per il trattamento dell'ossidazione, ha registrato un rapido sviluppo in molti settori. Tuttavia, nel campo della disinfezione mediante bioaerosol, questa tecnologia può ancora essere migliorata. In questo contesto, una ricerca condotta in collaborazione tra il professor Wang Can della Facoltà di Scienze Ambientali dell'Università di Tianjin e il professor Shen Zhurui della Facoltà di Scienze Ambientali dell'Università di Nankai ha ottenuto risultati importanti, aprendo nuove opportunità per una tecnologia di disinfezione mediante bioaerosol efficiente e rispettosa dell'ambiente . - Lo studio ha preparato Ti3C2Tx a strato singolo mediante incisione e distacco di Ti3AlC2, e ha sintetizzato TiO2/Ti3C2Tx a strato singolo (T/mT) mediante un metodo solvotermico in un unico passaggio. I ricchi gruppi funzionali sulla superficie di Ti3C2Tx migliorano l'idrofilia e l'energia libera superficiale del materiale. L'eterogiunzione Schottky formata da questo e dal tradizionale semiconduttore TiO2 genera un campo elettrico incorporato, prolunga la durata degli elettroni fotogenerati e migliora significativamente l'attività delle reazioni fotocatalitiche.

L'effetto di disinfezione di T/mT è significativamente migliore di quello di TiO₂. Nel frattempo, il monostrato Ti3C2Tx promuove l'integrazione dei fotocatalizzatori con le strutture biologiche. La T/mT si lega saldamente alle cellule di E. coli, modifica la distribuzione delle dimensioni delle particelle e ha un'elevata affinità per le proteine ​​che sono i componenti principali della membrana cellulare. I calcoli di docking molecolare hanno mostrato che la proteina della membrana esterna 2MHL delle cellule di Escherichia coli aveva maggiori probabilità di legarsi a T/mT. Il processo di legame ha coinvolto molteplici interazioni, che hanno promosso l'adsorbimento del materiale sulla membrana cellulare e hanno facilitato la distruzione della struttura biologica da parte delle specie reattive dell'ossigeno (ROS) generate dalla fotocatalisi.

La tecnologia bifase TiO2/Ti3C2Tx a strato singolo produce uno strato di carica spaziale sotto l'azione del campo elettrico, che favorisce l'efficace separazione e trasferimento degli elettroni e delle lacune fotogenerati. L'O2⁻ e l'OH generati favoriscono il processo di disinfezione. Inoltre, la fotocatalisi ha danneggiato la struttura biologica dell'Escherichia coli, ad esempio distruggendo legami chimici strutturali chiave come proteine, fosfolipidi e polisaccaridi, provocando la graduale mineralizzazione della struttura microbica e modificando l'energia di legame dei legami chimici correlati, il che ha dimostrato l'ampio effetto distruttivo delle ROS sulla struttura cellulare.

Il risultato di questa ricerca non solo indica la direzione da seguire per la progettazione della struttura molecolare della tecnologia di disinfezione fotocatalitica dell'aria, ma getta anche le basi per un'esplorazione approfondita delle reazioni dell'interfaccia di disinfezione fotocatalitica. Mette in evidenza l'enorme potenziale della tecnologia di ossidazione avanzata nel campo del trattamento microbico dei bioaerosol e ha un'importanza di vasta portata nel promuovere il progresso della tecnologia di disinfezione dell'aria.

Informazioni sull'autore :

Il professor Wang Can, maschio, è professore e supervisore di dottorato presso l'Università di Tianjin, nonché direttore del Dipartimento di Ingegneria Ambientale presso l'Università di Tianjin. Da lungo tempo si occupa di ricerca sull'utilizzo e il controllo dei microrganismi ambientali.

Presentazione del team di ricerca :

Il team di controllo e utilizzo dei gas medi dell'Università di Tianjin, incentrato sui microrganismi ambientali, sviluppa un'efficiente tecnologia di purificazione biologica per gli inquinanti ambientali e una tecnologia di controllo biologico per i microrganismi nocivi. Gli indirizzi di ricerca dei membri del team includono: tecnologia di purificazione biologica dei gas di scarico organici, rilevamento e controllo dei bioaerosol, tecnologia di disinfezione dell'acqua e dell'aria, basi delle reazioni catalitiche e loro applicazione nel controllo biologico e tecnologia di riciclaggio delle acque reflue (membrana/elettrochimica), che coinvolge principalmente ricerca di base e applicata in ambito ambientale, biologia, chimica, ingegneria chimica, materiali, medicina e altri aspetti.

Per i dettagli dello studio, consultare l'articolo originale:
Accelerazione della disinfezione fotocatalitica del bioaerosol all'interfaccia catalizzatore-cella mediante l'introduzione di un monostrato di Ti3C2Tx. Bollettino scientifico. doi: 10.1016/j.scib.2025.01.023