Чистка бактериями: Живой фильтр воды

Американская армия получает новые установки для очистки сточных вод. Они работают быстрее обычных, выдают более чистый продукт – а для работы используют не фильтры из угля и тонких мембран, а колонии бактерий.

«Система наша использует набор самых обычных микроорганизмов, таких, которые можно найти в комке обычной грязи, — рассказывает ведущий автор разработки Сабин Холланд (Sabin Holland), — В правильной комбинации и правильных условиях они становятся способными очищать загрязненную воды с высокой эффективностью и скоростью.» Речь, стоит сказать, идет о системе очистки отнюдь не для питьевой воды – а сточной, с тем, чтобы ее было безопасно сливать.

По словам Холланда, их система очистки представляет собой, по сути, «биореактор», мобильный, простой в установке и использовании, требующий немного энергии, подходящий для удаленного контроля и управления, и так далее. Как бы то ни было, первая пара таких систем уже отправлена в Афганистан для использования местными американскими силами. Судя по всему, эта «бактериальная система» очистки подойдет не только для военных, но и везде, где есть минимум инфраструктуры – она могла бы пригодиться, скажем, и на разрушенном землетрясением Гаити.

На работу по этому проекту, от исследований различных бактерий и до сборки рабочей версии системы, у ученых ушло 7 лет. «Мы изолировали, — комментирует Холланд, — небольшое число различных бактерий из тех, что встречаются повсеместно. Каждая из них в системе выполняет свою функцию; мы удерживаем их на пленке, которая становится саморегулирующимся и высокоэффективным фильтром для загрязненной воды».

Тестирование установки в полевых условиях показало, что сильно загрязненный cток воды она за 24 часа способна очистить до уровня загрязненности ниже установленного для разрешенных американским Агентством охраны окружающей среды (Environmental Protection Agency) дозволенного для сточных вод уровня, оставляя менее 10% загрязнений – в большинстве случаев, менее 1%. Для сравнения: типичная современная система очистки сточных вод работает десятки дней – около месяца – и все равно оставляет до 40-50% об. загрязнения.

К слову, к проблеме очистки воды от загрязнений успели подключиться представители едва ли не всех наиболее быстро развивающихся областей науки и технологий.

Американские ученые создали супер скотч insect tape

Учёные из института Макса Планка и американского университета Case Western Reserve создали структурированный материал, который по клейкости в два раза превосходит стандартные ленточные скотчи (или липкие ленты). При этом новый адгезив является многоразовым, не содержит клей, его можно использовать даже на пыльных поверхностях, а также мыть с водой и мылом.

Исследователи назвали его "липкая лента насекомого" (insect tape), так как клейкие свойства были получены в результате изучения микроструктур лапок более 300 различных видов членистоногих. Кстати, о создании этого материала исследователи грезили уже достаточно давно, хотя тогда главным идейным вдохновителем считали геккона.

"Разработанная нами липкая лента обладает самой высокой (среди аналогов) сцепляемостью с поверхностью, кроме того, у неё самый длительный срок службы (несколько тысяч циклов адгезии)", - рассказывает один из авторов исследования Станислав Горб, - если же она испачкается и потеряет часть своих свойств, то её можно промыть в мыльной воде, что вернёт ей начальную липкость".

Уже несколько столетий люди мечтают передвигаться по стенам и потолкам, как многие насекомые или гекконы. На сегодняшний день учёные выяснили, что все известные нам животные по принципу прикрепления к поверхности делятся на два типа: с помощью гладких подушечек или с помощью щетинистых поверхностей (и те, и другие способны приспосабливаться к рельефу поверхности).

Исследователи из MPI и Case Western Reserve остановились на изучении последних (более распространённых среди биологических видов) и выяснили, что щетинки на лапках насекомых расположены очень близко друг к другу и варьируются по длине (от нескольких микрометров до нескольких миллиметров). Затем оказалось, что такая иерархия позволяет получить максимальное сцепление с поверхностью.

Создавая материал с множеством равноотстоящих "волосков", учёные получили ещё одно преимущество - устойчивость к пыли. Её частицы просто "тонут" в промежутках между щетинками. Грибовидные кончики "отростков" позволяют новой липкой ленте закрепиться на неровной поверхности, даже если на ней присутствуют трещины.

Так как волокна щетинок материала - гибкие, "липкая лента" приклеивается и отклеивается множество раз. Во время отклеивания "волоски" растягиваются, а затем отрываются от поверхности (как присоски).

"Прочность сцепления (или сила адгезии) насекомых, пауков и гекконов на гладкой стеклянной поверхности составляет примерно 100 кПа. Наш материал демонстрирует значение в 60 кПа", - с гордостью добавляет Горб.

Сейчас учёные проводят эксперименты с новым материалом, используя его в качестве креплений для робота Mini-Whegs, преодолевающего стеклянные препятствия. Новую ленту можно будет использовать и в других областях, например, для манипулирования различными стеклянными линзами. О своих успехах авторы рассказали в своей статье в журнале Bioinspiration & Biomimetics.