عادة ما يؤدي صب بقع الصدأ في الماء إلى جعله أكثر اتساخا، لكن فريقا من الباحثين طور جزيئات نانوية من أكسيد الحديد أطلق عليها اسم “الصدأ الذكي”، تجعل الماء أكثر نظافة.
يمكن أن يجذب الصدأ الذكي العديد من المواد، بما في ذلك الزيت واللدائن الدقيقة والنانوية، بالإضافة إلى مبيدات الأعشاب المعروفة باسم غليفوسات، ونظرا إلى أن جسيمات الصدأ الذكي النانوية تكون مغناطيسية، فيمكن إزالتها بسهولة من الماء باستخدام المغناطيس جنبا إلى جنب مع الملوثات.
وقد أفاد الفريق البحثي من “جامعة فريدريش ألكسندر إرلانغن نورنبرغ” الألمانية في الاجتماع الخريفي للجمعية الكيميائية الأميركية المنعقد حاليا في سان فرانسيسكو بولاية كاليفورنيا أنهم قاموا بتعديل جزيئات “الصدأ الذكي” لجعلها قادرة على احتجاز هرمونات الأستروجين التي من المحتمل أن تكون ضارة للحياة المائية.
خصائص الصدأ الذكي
يقول الدكتور ماركوس هاليك -الباحث الرئيسي في المشروع- في البيان الصحفي المنشور على موقع “فيز دوت أورغ” إن هذا “الصدأ الذكي رخيص وغير سام وقابل لإعادة التدوير”، وأضاف “استخدمناه لإزالة جميع أنواع الملوثات، مما يدل على إمكانية استثمار هذه التقنية لتحسين معالجة المياه بشكل كبير”.
لسنوات عديدة، كان الفريق البحثي الذي يقوده هاليك يبحث عن طرق صديقة للبيئة لإزالة الملوثات من المياه، واستخدموا جزيئات أكسيد الحديد النانوية الفائقة المغنطة، بحيث تنجذب إلى المغناطيسات ولكن ليس إلى بعضها البعض، ومن ثم لا تتكتل جزيئاتها.
لجعلها “ذكية”، طور الفريق تقنية لربط جزيئات حمض الفوسفونيك على كريات بحجم النانومتر. يقول هاليك “بعد أن نضيف طبقة من الجزيئات إلى نوى أكسيد الحديد، تبدو مثل الشعيرات الخارجة من أسطح تلك الجسيمات. بعد ذلك، ومن خلال تغيير ما يرتبط بالجانب الآخر من الأحماض الفوسفونية، يمكن للباحثين ضبط خصائص أسطح الجسيمات النانوية لامتصاص أنواع مختلفة من الملوثات بقوة”.
كانت الإصدارات المبكرة من الصدأ الذكي تحبس الزيت الخام من المياه التي تم جمعها من البحر الأبيض المتوسط، والغليفوسات من مياه البركة القريبة من الجامعة. بالإضافة إلى ذلك، أظهر الفريق أن “الصدأ الذكي” يمكنه إزالة البلاستيك النانوي والدقيق المضاف إلى عينات المختبر ومياه الأنهار.
استهداف هرمونات الأستروجين
وقد أراد عضو الفريق، طالب الدراسات العليا “لوكاس مولر” معرفة ما إذا كان بإمكانه تعديل جسيمات الصدأ النانوية لجذب الملوثات النزرة، مثل الهرمونات.
فعندما يتم إفراز بعض هرمونات الجسم البشري، يتم ضخها في مياه الصرف الصحي وتدخل في نهاية المطاف إلى المجاري المائية. الأستروجين الطبيعي والاصطناعي هو أحد هذه المجموعات من الهرمونات، وتشمل المصادر الرئيسية لها النفايات من البشر والماشية. يقول مولر إن كميات هرمون الأستروجين منخفضة جدًا في البيئة، لذلك يصعب إزالتها.
مع ذلك، فقد ثبت أن هذه المستويات تؤثر على عملية التمثيل الغذائي وتكاثر بعض النباتات والحيوانات، على الرغم من أن تأثيرات المستويات المنخفضة من هذه المركبات على البشر على مدى فترات طويلة غير معروفة تمامًا.
يقول مولر “بدأت بنوع الأستروجين الأكثر شيوعًا، وهو الإستراديول، ثم أربعة مشتقات أخرى تشترك في هياكل جزيئية متشابهة”. تحتوي جزيئات الأستروجين على جسم ستيرويد ضخم وأجزاء ذات شحنات سالبة طفيفة.
ولاستغلالِ كلتا الخاصيتين، طلى الباحث جزيئات أكسيد الحديد النانوية بمجموعتين من المركبات: واحدة طويلة والأخرى موجبة الشحنة. نظم الجزيئان نفسيهما على سطح الجسيمات النانوية، وبنيا مليارات من “الجيوب” التي تجذب الإستراديول وتحبسه في مكانه.
ونظرًا إلى أن تلك الجيوب غير مرئية للعين المجردة، فقد استخدم مولر أدوات عالية التقنية للتحقق من وجود جيوب محاصرة للأستروجين، وتُظهر النتائج الأولية قدرة جزيئات “الصدأ الذكي” المعالجة بهذه الطريقة على الاستخراج الفعال للهرمونات من عينات المختبر.
تجارب مستقبلية
لكن الباحثين بحاجة إلى النظر في تجارب إضافية من التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. يوضح مولر “نحاول استخدام قطع أحجية مختلفة لفهم كيفية تجمع الجزيئات فعليا على سطح الجسيمات النانوية”.
في المستقبل، سوف يختبر الفريق هذه الجسيمات على عينات مياه حقيقية ويحدد عدد المرات التي يمكن إعادة استخدامها فيها. نظرًا إلى أن كل جسيم نانوي يحتوي على مساحة سطح عالية مع وجود الكثير من الجيوب.
يقول الباحثون إن جسيمات “الصدأ الذكي” المعالجة بهذه الطريقة قادرة على إزالة هرمون الأستروجين من عينات المياه المتعددة، بمعنى أنه يمكن استخدامها عدة مرات وليس مرة واحدة، ومن ثم تقل تكلفة التنظيف، ويخلص هاليك إلى أنه من خلال إعادة تدوير هذه الجسيمات بشكل متكرر، يمكن أن يصبح تأثير المواد الضارة في المياه المعالجة بهذه الطريقة ضئيلًا للغاية.