הכנה ואפיון של קומפוזיטים של ממברנות סיביות אנטיבקטריאליות המבוססות על ננו-חלקיקים מיוצרים באופן ירוק מוטמונים על ממברנות סיביות של פוליאקרילוניטריל מותזות חשמלית

מים נקיים לכולם

קהילות רבות עדיין נאבקות בגישה למי שתייה בטוחים, ומפעלי טיפול מסורתיים יכולים להיות יקרים או לא נגישים. מחקר זה בוחן חומר מסנן פשוט וזול שיכול הן ללכוד והן להשמיד חיידקים מזיקים במים באמצעות חלקיקים זעירים מיוצאים באופן ידידותי לסביבה, ומצביע על פתרונות ביתיים וקטנים יותר למים נקיים יותר.

סיבים זעירים כתבניות סינון עוצמתיות

החוקרים התמקדו בסיבי פלסטיק על-דלילים העשויים חומר בשם פוליאקרילוניטריל, או PAN, שניתן לסובב ממנו שטחים שנראים כמו רשת עכביש צפופה. מאחר שלננו-סיבים אלה נקבוביות קטנות מאד ושטח פנים עצום, הם כבר טובים בלכידת חלקיקים ומיקרובים כאשר מים זורמים דרכם. על ידי התאמת תהליך ריקוע הסיבים, הקבוצה התאימה את עובי וחלקות הסיבים כדי ליצור ממברנות אחידות ויציבות המתאימות לשימוש כמסננים ביחידת סינון פשוטה המיוצרת במעבדה.

חלקיקים מתכתיים מיוצרים בדרך ירוקה

כדי להעניק לגלילים הסיביים כוח חיסול חיידקים, המדענים הוסיפו שלושה סוגים של חלקיקים מתכתיים מיקרוסקופיים: כסף, תחמוצת אבץ ותחמוצת נחושת. במקום להסתמך על כימיקלים קשים, הם ייצרו ננו-חלקיקי תחמוצת אבץ ותחמוצת נחושת באמצעות תמצית מפירות רמוץ (sumac), כאשר המולקולות הצמחיות הטבעיות סייעו להפחתה וייצוב החלקיקים. ננו-חלקיקי כסף נוצרו על ידי חשיפת תמיסה של מלח כסף לאור על-סגול. בדיקות במיקרוסקופ אלקטרוני, מדידות בליעה של אור וניתוח מבנה גבישי אישרו שהחלקיקים זעירים, מעוצבים היטב, ובמקרה של כסף — בעלי קוטר של כמה מיליארדיות של מטר.

בניית מסננים חזקים וחכמים יותר

אותם ננו-חלקיקים שנוצרו בדרך ירוקה נצמדים לתמיסת PAN ונרקדו לסיבים כך שהמתכות הוטמעו בתוך ומעל פני הסיבים. האמצעים המיקרוסקופיים הראו שהסיבים המוטענים הפכו גסים ופחות אחידים מאשר PAN יחיד, מה שמעיד על פיזור טוב של החלקיקים ברשת. בדיקות מכניות הראו שהוספת כל אחד משלושת הננו-חלקיקים הגדילה את החוזק והאלסטיות של הממברנות בהשוואה ל-PAN יחיד, והפכה אותן לעמידות יותר לשימוש חוזר. מדידות של שחרור מתכות למים לאורך עשרה ימים הראו שחרור ראשוני מהיר ואחריו שחרור איטי יותר, מה שמרמז על אספקת יוני מתכת פעילים לטווח ארוך היכולים לתמוך בפעילות אנטיבקטריאלית ממושכת.

עצירת חיידקים בדרכם

הקבוצה אתגרה אחר כך את הממברנות ההיברידיות עם מים מזוּוּגי Escherichia coli, מדד נפוץ לזיהום צואתי. ראשית, הממברנות עצמן עצרו פיזית את החיידקים בזכות נקבוביותיהן הזעירות. לאחר מכן, הננו-חלקיקים הטמונים נכנסו לפעולה. חלקיקי כסף, אבץ ונחושת יכולים לשחרר יוני מתכת וליצור מיני חמצון פעילים מאוד שפוגעים בדפנות התא החיידקי, בחלבונים וב-DNA. בניסויי סינון, צלחות שבהן גדלו חיידקים לאחר מגע עם ממברנות נקיות הציגו מושבות בכמות רבה, בעוד צלחות ממים שעברו דרך ממברנות מוטענות בחלקיקים הראו כמעט אפס חיידקים ששרדו. הסיבים המכילים כסף היו היעילים ביותר, ואחריהם תחמוצת נחושת ותחמוצת אבץ, אך כל שלושת הסוגים הראו פעילות אנטיבקטריאלית ברורה.

מה משמעות הדבר עבור מים בטוחים יותר

במלים פשוטות, מחקר זה מראה שמזרני סיבים פלסטיים דקים משולבים עם ננו-חלקיקי מתכת המיוצרים מצמחים יכולים גם לסנן וגם להרוג פתוגנים במים מזוהמים, תוך עמידות מכנית לשימוש. הגרסה המכילה כסף הפועלת הכי טוב, אך כל הגרסאות מקטינות את רמות E. coli לכמעט בלתי ניתנות לזיהוי ומשחררות מספיק יוני מתכת לאורך זמן כדי להמשיך לפעול. למרות שנדרש עוד מחקר על זרימה, ביצועים לטווח ארוך ומיקרואורגניזמים אחרים, ממברנות פשוטות המיוצרות בדרך ירוקה מצביעות על מסננים קומפקטיים ובעלי עלות נמוכה שעשויים לסייע להפוך מים מסוכנים לבטוחים יותר לשתייה, במיוחד במקומות שבהם מפעלי טיפול גדולים אינם זמינים.

ציטוט: Shalaby, T.I., Mahmoud, O. & El kader, A.A. Preparation and characterization of antibacterial fibrous membranes composites based on green synthesized nanoparticles loaded on electrospun polyacrylonitrile fibrous membranes. Sci Rep 16, 15397 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-51833-z

מילות מפתח: חיטוי מים, ממברנת ננו-סיבים, ננו-חלקיקי כסף, סינתזה ירוקה, סינון אנטיבקטריאלי