Дебора Родригес, профессор инженерии Иезекииля Каллена в инженерном колледже Хьюстона Каллен, в сотрудничестве с Франсиско К. Роблес Эрнандес, профессор Технологического колледжа UH, и Эллен Акино Перпетуо, профессор Университета Сан-Паулу, Бразилия, предложили убедительные исследования для понимания того, как бактерии, обнаруженные в медных рудниках, превращают токсичные ионы меди в стабильную одноатомную медь.
В их соавторской статье «Бактерии, добывающие медь: преобразование токсичных ионов меди в стабильную одноатомную медь», их исследование демонстрирует, как устойчивые к меди бактерии из медного рудника в Бразилии превращают ионы сульфата меди в металлическую медь с нулевой валентностью.
«Идея наличия бактерий в шахтах не нова, но остался без ответа вопрос: что они делают на шахтах??"Роблес сказал. «Поместив бактерии в электронный микроскоп, мы смогли выяснить физику и проанализировать ее.
Мы обнаружили, что бактерии выделяют одноатомную медь. С точки зрения химии вывести это крайне сложно. Обычно для производства отдельных атомов любого элемента используются агрессивные химические вещества. Эта бактерия создает ее естественным путем, что очень впечатляет."
Как бы ни была полезна медь, процесс добычи металла часто приводит к токсическим воздействиям и проблемам при извлечении значительного объема для коммерческого использования. По данным Copper Development Association Inc., мировые запасы меди оцениваются примерно в один миллиард тонн., примерно с 12.5 миллионов метрических тонн в год добывается. В совокупности это составляет примерно 65 лет оставшихся запасов.
Частично проблема с поставками возникает из-за ограниченного количества доступной меди в высокой концентрации в земной коре, но другой проблемой является воздействие диоксида серы и диоксида азота в процессе плавки и производства меди для концентрирования металла в полезных количествах.
«Новизна этого открытия заключается в том, что микробы в окружающей среде могут легко преобразовать сульфат меди в одноатомную медь с нулевой валентностью. Это прорыв, потому что текущий процесс синтеза одноатомной неровалентной меди обычно не является чистым, трудоемким и дорогим », – сказал Родригес.
"Микробы используют уникальный биологический путь с множеством белков, которые могут извлекать медь и превращать ее в одноатомную медь с нулевой валентностью.
Цель микробов – создать для себя менее токсичную среду, преобразовав ионную медь в одноатомную медь, но в то же время они производят что-то полезное и для нас."
Сосредоточившись на электронной микроскопии, Роблес изучил образцы из находок Родригеса на бразильских медных рудниках и определил одноатомную природу меди.
Группы Родригеса и Акино дополнительно определили бактериальный процесс превращения сульфата меди в элементарную медь – редкая находка.
Результаты исследований демонстрируют, что этот новый процесс преобразования в качестве альтернативы производству одиночных атомов металлической меди является более безопасным и более эффективным по сравнению с существующими методами (i.е. химическое осаждение из паровой фазы, распыление и фемтосекундная лазерная абляция).
«Мы работали только с одной бактерией, но, возможно, это не единственная бактерия, которая выполняет аналогичную функцию», – заключил Родригес. «Следующим шагом в этом конкретном исследовании является сбор меди из этих клеток и ее использование в практических целях."