Подготовка и характеристика антимикробных композитных волокнистых мембран на основе зелёно синтезированных наночастиц, нанесённых на электропрядённые полиакрилонитрильные волокнистые мембраны

Чистая вода для всех

Многие населённые пункты до сих пор испытывают трудности с доступом к безопасной питьевой воде, а традиционные очистные сооружения могут быть дорогими или недоступными. В этом исследовании рассматривается простой и недорогой материал для фильтра, который одновременно улавливает и убивает вредные бактерии в воде с помощью крошечных частиц, полученных экологичным способом, что указывает на бытовые и маломасштабные решения для более чистой питьевой воды.

Крошечные волокна как мощные сита

Учёные сосредоточились на ультратонких пластиковых волокнах из материала под названием полиакрилонитрил (ПАН), который можно прясть в маты, напоминающие плотные паутины. Поскольку эти наносетки имеют очень мелкие поры и огромную площадь поверхности, они уже хорошо захватывают частицы и микробы при прохождении через них воды. Путём регулировки процесса прядения команда адаптировала толщину и гладкость волокон, чтобы получить ровные и стабильные мембраны, подходящие для использования в простом лабораторном фильтрационном устройстве.

Металлические частицы, сделанные по‑зелёному

Чтобы придать этим волокнистым матам бактерицидные свойства, учёные добавили три типа микроскопических частиц на основе металлов: серебро, оксид цинка и оксид меди. Вместо применения агрессивных химикатов они синтезировали наночастицы оксида цинка и оксида меди с использованием экстракта плодов сумаха, природные растительные молекулы которого помогли восстановить и стабилизировать частицы. Серебряные наночастицы формировали, облучая ультрафиолетом раствор серебряной соли. Тесты с электронной микроскопией, измерениями поглощения света и анализом кристаллической структуры подтвердили, что частицы малы, хорошо сформированы и, в случае серебра, имеют размер в несколько миллиардных долей метра.

Создание более прочных и умных фильтров

Затем эти зелёно-синтезированные наночастицы смешали с раствором ПАН и пряли в волокнистые мембраны так, чтобы металлы оказались внедрёнными внутри и на поверхности волокон. Микроскопия показала, что пропитанные частицы волокна стали более шероховатыми и менее однородными, чем обычный ПАН, что указывает на хорошее распределение частиц в сети. Механические испытания выявили, что добавление любой из трёх наночастиц повышало прочность и эластичность мембран по сравнению с чистым ПАН, делая их более долговечными при многократном использовании. Измерения выделения металла в воду в течение десяти дней показали начальный всплеск с последующим более медленным выделением, что указывает на длительное поступление активных металлических ионов, поддерживающих пролонгированное антибактериальное действие.

Остановка бактерий на месте

Затем команда подвергла гибридные мембраны испытанию на воде, инфицированной Escherichia coli, распространённым индикатором фекального загрязнения. Во‑первых, мембраны физически задерживали бактерии благодаря своим крошечным порам. Далее внедрённые наночастицы вступали в действие. Серебро, цинк и медь могут выделять ионы металлов и генерировать высокореактивные формы кислорода, которые повреждают клеточные оболочки бактерий, белки и ДНК. В фильтрационных тестах чашки, на которых выращивали бактерии после контакта с чистыми мембранами, показывали густые колонии, тогда как пластины из воды, прошедшей через мембраны с наночастицами, показывали почти полное отсутствие выживших бактерий. Волокна с серебром оказались наиболее эффективными, затем следовали оксид меди и оксид цинка, но все три типа продемонстрировали явную антибактериальную активность.

Что это значит для более безопасной воды

Проще говоря, исследование показывает, что тонкие пластиковые волокнистые маты, пропитанные металло‑наночастицами, полученными из растений, могут одновременно фильтровать и убивать микробы в загрязнённой воде, при этом обладая достаточной механической прочностью для использования. Вариант с серебром работает лучше всего, но все версии снижают количество E. coli до почти не обнаруживаемых уровней и высвобождают достаточно ионов металлов с течением времени, чтобы продолжать работать. Хотя требуется дополнительная проверка по потоковым характеристикам, долговременной эффективности и воздействию на другие микробы, эти простые, зелёно изготовленные мембраны указывают путь к доступным компактным фильтрам, которые могли бы помочь сделать небезопасную воду более пригодной для питья, особенно там, где нет крупных очистных сооружений.

Цитирование: 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

Ключевые слова: обеззараживание воды, нанофибровая мембрана, серебряные наночастицы, зелёный синтез, антибактериальная фильтрация