새로운 효과적인 바이오

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 9168(2023) 이 기사 인용

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본 논문에서는 처음으로 다공성 바이오실리카의 능력이 'Nanofrustulum spp.'의 세 가지 해양 규조류 균주로부터 유래되었습니다. 즉. N. 와크니키아눔(SZCZCH193), N. 실로이(SZCZM1342), N. cf. 수용액에서 MB를 제거하기 위한 shiloi(SZCZP1809)가 조사되었습니다. 가장 높은 바이오매스는 N. wachnickianum 및 N. shiloi(각각 0.98g L−1 DW 및 0.93g L−1 DW)의 규산염 농축 하에서, N. cf의 경우 15°C 미만에서 달성되었습니다. 실로이(2.2g L−1 DW). 균주의 규산 골격을 과산화수소로 정제하고 SEM, EDS, N2 흡착/탈착, XRD, TGA 및 ATR-FTIR로 특성화했습니다. SZCZCH193, SZCZM1342, SZCZP1809 균주에서 얻은 다공성 바이오실리카(20 mg DW)는 pH 7에서 180분 동안 14 mg L−1 MB 제거율 77.6%, 96.8%, 98.1%의 효율과 최대 흡착 효율을 보였다. 용량은 각각 8.39, 19.02, 15.17 mg/g으로 계산되었습니다. 또한 SZCZP1809의 경우 알칼리성(pH = 11) 조건에서 120분 후 MB 제거 효율을 최대 99.08%까지 높일 수 있었습니다. 모델링을 통해 MB의 흡착은 유사 1차 순서, Bangham의 기공 확산 및 Sips 등온선 모델을 따르는 것으로 나타났습니다.

광합성 미생물의 주요 그룹을 대표하는 규조류(Bacillariophyta)는 3차원 구조의 다공성 바이오실리카(SiO2)로 구성된 세포벽 내에 서식하는 단세포 진핵 미세조류입니다. 이들은 해양의 전 지구 탄소 및 규소 순환에서 필수적인 역할을 하며 광합성 활동은 지구의 주요 생산성의 거의 5분의 1을 차지합니다1,2. 규조류는 산업 응용을 위한 다양한 생리 활성 화합물 및 정밀 화학 물질을 생산할 수 있는 잠재력으로 인해 응용 과학에서 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다. 푸코잔틴은 항산화 효과로 알려져 있으며 의약품 및 화장품에 사용될 수 있습니다3. 불포화지방산은 식품보충제로 사용되어 왔습니다4; 트리아실글리세롤(TAG)은 바이오연료로 전환하기 위한 탄소 공급원료를 제공합니다5. 규조토 절두체의 천연 다공성 구조는 약물 전달6, 바이오센싱7, 금속 회수8 분야에서 주목을 받았습니다. 규조류는 바이오정제 공정9에 있어 엄청난 생명공학적 잠재력을 갖고 있으므로 규조류의 바이오매스는 비용 효과적인 방식으로 다양한 화합물을 생산하는 데 사용될 수 있습니다.

산업계에서 다양한 유기 오염물질(예: 약물10, 항생제11, 페놀12, 염료13)의 광범위한 사용으로 인해 수질 오염 문제가 발생했습니다. 이들은 산업 폐기물로 저장된 후 환경 수역으로 퍼지되어 무색의 깨끗한 물을 오염된 유색 폐기물로 변화시킵니다. 수용성 염기성 염료는 종이, 폴리에스터, 실크, 면, 양모 착색에 일반적으로 사용됩니다14. 이 오염은 독성이 매우 높으며 인간에게 부정적인 영향을 미쳐 호흡 문제, 눈 손상 및 메트헤모글로빈혈증을 유발할 수 있습니다15,16,17. 메틸렌 블루(MB)는 다양한 물질의 제거 능력을 평가하는 데 사용되는 모델 염료이자 흡착제18의 메조다공성 특성을 나타내는 지표로 알려져 있습니다.

현재 폐수 속의 염료를 회수할 수 있는 효율적인 녹색 염료 제거 방법을 찾기 위한 수많은 연구가 진행되고 있다. 가장 유망한 분해 방법 중 하나는 흡착으로, 더 나은 결과를 제공하고 다양한 유형의 염료에 사용할 수 있으며 고도로 정교한 장비가 필요하지 않고 폐수의 독성 공동 오염 물질에 둔감하며 독성 물질을 생성하지 않습니다19. 가장 일반적으로 적용되는 천연 흡착제인 활성탄은 수많은 연구에서 사용되었으며 MB 제거에 높은 흡착 용량을 나타냈지만, 높은 비용과 어려운 재생 공정으로 인해 저렴하고 효과적인 흡착제를 찾기 위한 추가 검색이 이루어졌습니다. 많은 비전통적인 흡착제, 특히 천연물을 기반으로 한 흡착제가 흡착제로 제안되었습니다. 생체 흡착제(박테리아21, 조류22, 곰팡이23, 식물24 및 농업 폐기물25의 죽은 및 살아있는 바이오매스25), 제올라이트26 및 규조토27에 대해 높은 흡착 용량이 나타났습니다. 우리가 아는 한, Punnularia sp.28 및 Cyclotella sp.29에서 추출한 순수한 규조토 바이오실리카를 사용하여 금속 도핑된 규조토 실리카30,31, 규조토27,32 및 화학적으로 합성된 연구에 더 중점을 두고 수행된 연구는 거의 없습니다. 메조다공성 실리카33,34. 화학적으로 합성된 실리카는 높은 흡착 효율을 나타내지만, 일부 연구에서는 이 물질이 세포 독성을 나타낼 수 있다고 제안했으며35,36 규조류 유래 바이오실리카는 세포 독성이 없는 물질37로 보고되어 손상을 주지 않는 방식으로 사용될 수 있습니다. 현재 연구에서는 폴란드 슈체친 대학교 해양환경과학연구소 슈체친 규조류 배양 컬렉션(SZCZ)에서 자란 Nanofrustulum Round, Hallsteinsen & Paasche 속 세 가지 해양 규조류 균주에서 추출한 다공성 바이오실리카를 사용했습니다. 처음으로 매우 효과적이고 저렴한 MB 흡착제로 특성화 및 확인되었습니다.