Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

Bactericidal hybrid surfaces against Gram-negative and Gram-positive pathogenic bacteria: Smart Tools for Wastewater Purification

Tildelt: kr 3,7 mill.

Det siste trinnet i dette prosjektet var å teste og evaluere patogeninhiberings potensiale av de utviklede nano-baserte materialenes virking i tandemmønster (T). Studieresultatene som ble oppnådd ved forrige forsøk var lovende og antydet at filmbaserte formater, dvs. Molecularly Imprinted Polymer (MIP) og Non-Imprinted Polymer (NIP), sammen med funksjonaliserte leirbaserte mikropartikler (kaolin ? K), viste en klar hindrende effekt mot begge typer patogener (gram-positive og gram-negative). Dette var essensiell informasjon for å fortsette med analyse av tandemeffekten med bruk av begge strukturene (film- og leirbaserte materialer) i behandlingsforsøket. Effektivitetsvurdering av det første tandemforsøket: De første tandemsprøvene ble utarbeidet i oktober 2019, og inkluderte kontrollprøver (ubehandlet avløpsvann); det samme som var brukt i hele prosjektperioden, samt behandlede vannprøver (24 timer inkubering med MIP/NIP), og leirbaserte mikropartikler i tandemmønster (MIP-T og NIP-T), alle prøver var fremstilt i triplikater. Filter-prøvene ble sendt over til NIBIO og deretter ble det utført mikrobiell genomisk DNA ekstrahering. Etter verifisering av konsentrasjon og kvalitet på Qubit 4.0 fluorometer, ble DNA materialet brukt i probe-basert qPCR for å finne mål-patogenene ved bruk av de utviklede genetiske markørene. Resultatene fra det først tandemforsøket indikerte en lovende total fjerning av patogener. Både MIP-T og NIP-T kunne oppnå 100% fjerning av Salmonella typhimurium, mens MIP viste litt bedre ytelse enn NIP når det gjelder eliminering av Enterococcus faecalis (81% vs. 55%) og Clostridium perfringens (97% vs. 66%). I tilfellet av behandling av Campylobacter jejuni, klarte MIP-T å fjerne 70% av patogenet, mens det ikke ble registrert noen effekt i NIP-T. Når det gjelder Shiga-toksin produserende E. coli (STEC), hadde MIP-T og NIP-T lignende ytelse mht. fjerning de tre hoved-toksinkodede genene, dvs. 69% vs. 66% for stx1; 71% vs. 76% for stx2 og 53% vs. 49% for eae. De samlede resultatene av det første tandemeksperimentet viste at integrering av MIP/NIP, sammen med mikropartikler av kaolin, i tandem kunne betydelig redusere patogenbelastningen i det undersøkte avløpsvannet betydelig. Effektivitetsvurdering av det andre tandemforsøket: For å bekrefte de lovende resultatene som ble oppnådd i det første tandemforsøket, designet og utførte vi det andre forsøket med samme eksperimentelle oppsett (utført januar ? mars 2020). Etter å ha mottatt de oversendt filter-prøvene, bearbeidet vi prøvene med samme rutiner som i første forsøk. qPCR ble utført for å påvise og kvantifisere mål-patogener i vannprøver. Resultatene viste svært lignende resultat som i første forsøk. MIP-T og NIP-T kunne fjerne omtrent 100% av Salmonella typhimurium. Dessuten, viste det seg igjen at ytelsen av MIP-T var noe bedre enn NIP-T når det gjaldt eliminering av Enterococcus faecalis (99% vs. 97%); Clostridium perfringens (100% vs. 91%) og Campylobacter jejuni (100% vs. 79%). Angående motvirkning av STEC-toksiske gener, viste begge deler igjen lignende effektivitet, dvs. 47% vs.48% for stx1; 57% vs. 50% for stx2 og 58% vs. 32% for eae. Totalt sett demonstrerte begge forsøk den samme kraftige patogendemping. Avsluttende merknad: Det ultimate målet med dette prosjektet var å utvikle nye materialer konstruert av nanoteknologi for avløpsvannrensing med særlig fokus på patogenfjerning. Disse innovative materialene består av lipopolysakkarid (LPS) molekylært preget filmer og leirbaserte mikropartikler modifisert med kvaternære ammoniumsalter (QAS-grupper). Den generelle effektiviteten av LPS-MIP/NIP og kaolin-vinyltrimethoxysilane-vinylbenzyl trimethylammonium chloride (K-VTMS-VBTAC) brukt enten individuelt eller i tandem har blitt vurdert ved hjelp av genetiske markører utviklet ved NIBIO. Resultatene bekrefter en høy grad av fjerning av de undersøkte patogener. Disse nye materialene og tilknyttet applikasjonsplattform har et betydelig potensial for videre utvikling med hensyn til å forsterke behandlingskapasitet av avløpsvann, og dermed redusere patogen belastning som er en alvorlig trussel mot miljø og folkehelse.

Prosjektet har generert originale resultater og produkter med store potensielle effekter i og utover prosjektperioden, og med flere nyttbare applikasjoner, inkludert kommersialisering. Dette er hovedsakelig relatert til utvikling og konstruksjon av den nye bio-tanken med bakteriedrepende overflater mot patogene gram-negative bakterier (GNB) og gram-positive bakterier (GPB) under behandling av avløpsvann. Et aktivt engasjement fra interessenter i prosjektet er avgjørende for effektive tverrsektorielle sammenhenger, overføringer og kommunikasjon med akademia, industri, frivillige organisasjoner, beslutningstakere og sluttbrukere. Koblingene mellom forskere, interessenter, industri og sluttbrukere sikrer kommunikasjon med beslutningstakere til hvem prosjektresultatene gir nyttig informasjon om innovative tiltak, nye teknologier og originale produkter utviklet for å forhindre negative effekter på folkehelse samt miljøet (spesielt akvatisk).

TANDEM project promotes originality and innovativeness through the conceptual developments, feasible designs and novel implementations, which include original aspects concerning (i) the synthesis methods beyond the state of art for obtaining two new types of bactericidal surfaces for Gram-negative bacteria (GNB) and Gram-positive bacteria (GPB), respectively, (ii) the know-how solutions for re-conditioning of proposed bactericidal surfaces, (iii) the new knowledge of the two bactericidal surfaces transposed into building blocks (named smart tools) for prototyping a bio-tank, and (iv) the maximized tandem effort of these smart tools for developing more efficient wastewater purification strategies. All these original approaches will further convey to qualitative and quantitative results as follows: (i) novel synthesis technologies for bactericidal hybrid surfaces, (ii) know-how for designing and constructing the tandem bio-tank, and (iii) sustainable purification technology for domestic wastewater and source-separated grey- and black water. The on-set of the project is Technology Readiness Level (TRL) 3 and targets TRL 6. Each participant (from CO-P1 to P3) is entering the chain value at a different position, corresponding to the expertise of each Partner. The plateau from TRL 3 to TRL 6 is straightforward, being covered by well-defined interdisciplinary and complementary activities developed by all participants. The project consortium is well-balanced having aside two renowned RT&D entities from Romania and Norway that will guaranty the success for developing bactericidal hybrid surfaces (for GNB and GPB) and their subsequent transposition into building blocks (the smart tools). In addition, the consortium involves one medium enterprise from Romania entrusted with prototyping a bio-tank using these smart tools and demonstration of efficiency for the emerging wastewater purification technology in relevant and real environments.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale