Enkeltcelleanalyse afslører heterogenitet i metaladsorption

Biosorption er fjernelse af kontaminanter fra en prøve ved at adsorbere dem på overfladen af ​​et biologisk materiale. Det forventes at give miljømæssige og økonomiske fordele sammenlignet med konventionelle separationsteknikker. Et team af videnskabsmænd, herunder en forsker fra University of Tsukuba, har analyseret samspillet mellem Galdieria sulphuraria-alger og ædle metaller for bedre at forstå biosorptionsprocessen. Deres resultater er offentliggjort i Journal of Hazardous Materials .

Ædelmetaller - inklusive guld, platin og palladium - er blevet påvist i miljøet i sporniveauer, og de tilhørende sundhedsmæssige og økologiske risici er ikke godt forstået. Fjernelse af disse metaller ved hjælp af standardmetoder kan være udfordrende, fordi andre forurenende elementer med generelt højere koncentrationer - f.eks. jern og kobber - giver konkurrence.

Biosorption er et potentielt alternativ, der også kan give økonomiske fordele gennem genanvendelse af de dyre grundstoffer. Forståelse og optimering af biosorption af ædelmetaller er derfor et vigtigt forskningsområde.

Massive datasæt, der tager hensyn til både biomaterialernes sorptionseffektivitet og kapacitet, er blevet akkumuleret. Imidlertid er resultaterne indtil videre blevet beregnet som gennemsnit over hele cellepopulationen, og det har ikke været muligt at vurdere adsorption på enkeltcelleniveau.

Nu har holdet kombineret X-ray absorption fine structure (XAFS) spektroskopi - som er blevet brugt til at analysere den måde, metaller adsorberer på celler - med encellet induktivt koblet plasmamassespektrometri (scICP-MS) for at give forbindelsen mellem opførsel af cellepopulationen og arten af ​​interaktionerne mellem metallerne og cellerne på celleoverfladen.

"Kombinering af XAFS og scICP-MS og brug af lave metalkoncentrationer betød, at vi kunne få et virkelig tæt kig på de specifikke interaktioner, der finder sted på celleoverfladen," forklarer hovedforfatter professor Ayumi Minoda. "Vi fandt ud af, at mængden af ​​adsorberet metal afhang af det pågældende metal og opløsningens surhedsgrad."

Ved lav surhedsgrad adsorberes guld, platin og palladium til cellerne. Guldet viste sig at interagere med svovlholdige grupper på celleoverfladen, hvorimod platin og palladium interagerede med både svovl- og nitrogenholdige grupper.

Interessant nok, ved høj surhed adsorberedes kun guld og palladium på cellerne og kun gennem interaktion med svovl. Fordelingsmønsteret af de palladium-adsorberende celler - både antallet af celler, der adsorberede palladium, og mængden af ​​palladium adsorberet - ændrede sig drastisk. Dette er den første rapport, der forbinder sådanne interaktioner med ændringer i cellepopulationens adfærd og viser tydeligt en differentiel adsorptionsmekanisme under forskellige miljøforhold.

"Den opnåede indsigt forventes at bidrage til fremtidig konstruktion af celleoverflader for at give forbedret metaladsorption," siger professor Minoda. "Optimering af ydeevnen af ​​biologisk afledte ædelmetaladsorbenter forventes væsentligt at forbedre den miljømæssige bæredygtighed af metalgenanvendelse og -sanering." + Udforsk yderligere

Enkel og omkostningseffektiv udvinding af sjældne metaller fra industriaffald