Katalyzátor aktivovaný světlem desinfikuje i ve tmě  
Povrchy opatřené materiálem na bázi titanu a palladia lze využít k desinfekci vody, čištění vzduchu i optiky. K aktivaci žádoucího efektu stačí v místnosti rozsvítit světlo. Zvláštní paměťový efekt dokonce zajistí, že látkou potažený povrch zabíjí patogeny ještě 24 hodin po zhasnutí.

Američtí vědci pod vedením Jian Ku Shanga z University of Illinois publikovali se svými čínskými kolegy práci o katalyzátoru, který „pracuje“ s viditelným světlem. Podobné materiály, které po dopadu fotonů změní své vlastnosti a začnou zprostředkovávat nějaké chemické děje, jsou známy již delší dobu. Zatím se ale u nich  jednalo převážně o katalytický efekt navozený UV světlem. Nový materiál na spektrum UV světla odkázán není a to mu dává širokou možnost praktického uplatnění.

 

 

Zvětšit obrázek
Levá část obrázku: Elektrony vnikají do nanočástic. Pravá část obrázku: Když světlo zhasne, proces tvorby hydroxylových radikálů by měl ustat. Nanočástice palladia si ale stačily nastřádat elektrony, které ještě nějakou dobu uvolňují. Ty také reagují s molekulami vody za vzniku látek s oxidačním efektem. Lze tedy říci, že materiál s palladiem si „pamatuje, že byl osvícen“ a tato jeho paměť trvá zhruba 24 hodin. I když tvorba radikálů za tmy, ve srovnání s dobou pod světlem, není velká, jde o vlastnost k nezaplacení. Dovoluje totiž celodenní desinfekční proces bez jeho nočních výpadků. (Kredit: University of Illinoa)

Základem pro výrobu materiálu s novými vlastnostmi je obyčejný pigment do nátěrových hmot, opalovacích krémů. Že jde o látku prakticky neškodnou vyplývá i z toho, že se využívá dokonce jako potravinářské barvivo. Onou substancí je titanová běloba, nebo-li oxid titaničitý - TiO2 (v anglické literatuře se u této látky můžete setkat  dokonce se dvěma termíny: titanium oxide a titanium dioxide). 

 

Ve formě běloby nás tato látka tentokrát nezajímá. Jedinečnou vlastnost, jakou je ničení choroboplodných zárodků, získá oxid titaničitý až obohacením o dusík. Po nastřelení atomy dusíku (procesu se říká dopování), se u něj projeví fotokatalytické vlastnosti. Ty lze spouštět viditelným světlem. Pro praxi to například znamená, že chirurgické nástroje s takto upraveným povrchem, se na světle samy desinfikují. Nemusí přitom jít o světlo ze Slunce. Stačí k tomu běžné osvětlení místnosti.
 

 

Zvětšit obrázek
Povrch potažený nanokompozitním materiálem spustí desinfekci, jakmile na něj posvítíme. Patogeny zabíjí ještě den poté, co zhasneme. (Kredit: University of Illinoa)

Za nové vlastnosti vděčí tento materiál vysokému redox potenciálu. V excitovaném stavu oxiduje totiž vodu za vzniku hydroxylových radikálů. Shang tuto reakci popisuje následovně: „Jakmile viditelné světlo (foton) narazí do katalyzátoru, v jeho hmotě se vytvoří páry „elektron-díra. Mnohé z těchto excitovaných elektronů se vrátí na své místo, což snižuje účinnost katalytického procesu. Přidání palladia však tento parametr vylepší.“

 

Výroba takové materiálu probíhá následovně. Do oxidu titaničitého se přimíchají nanočástice palladia. Na směs se působí paprskem elektronů, dokud nedojde k jejímu odpařování. Nově vznikající struktura se bombarduje ionty atomu dusíku. Vznikne porézní materiál TiON/PdO (palladiem modifikovaný dusíkem dopovaný oxid titanu). Když na tuto látku charakteru polovodiče dopadne světlo, vytvoří z molekul vody hydroxylové (OH) radikály.

Nanočástice drahého kovu palladia v tomto systému zastávají funkci vychytávačů elektronů. V prostředí tak může vznikat vícero hydroxylových radikálů, čímž se zvyšuje desinfekční efekt. Nejde zde ale pouze o vznik hydroxylových radikálů z vody. Patogeny tento proces zabíjí i jinak a to přímou oxidací organických látek nacházejících se v roztoku.

 

 

Zvětšit obrázek
Jian Ku Shang pózuje se vzorkem svého nového fotokatalytického materiálu. (Kredit: University of Illinoa

Praktický pokus při němž se použila dávka 0,1 g/litr se fotokatalytický efekt sloučeniny projevil jak za světla, tak i za tmy. Ve tmě docházelo k vychytání virů z roztoku adsorpcí a za hodinu systém zničil  95,4-96,7% přítomných virů. Pokud se na látku posvítilo viditelným světlem (vlnovou délkou delší než 400nm, intenzitou 40mW na centimetr čtvereční) zničil přídavek této suspenze v roztoku za hodinu 94,5-98,2% virů. Pokud se zkombinovalo působení (hodinu za světla a hodinu za tmy) – adsorpce s fotokatalýzou likvidovaly 99,75 – 99,94% patogenů.

 

Novou látku čeká velká sláva i jinde. Předpokládá se zapracování nanokrystalů například do povrchové glazury obkládacích dlaždic. Jakmile se na ně posvítí, začnou fotokatalyticky čištit vzduch od zápachu a škodlivin (například od těkavých organických látek). Kromě zdravotnictví a potravinářství by měl vynález nalézt uplatnění i u běžných přístrojů v našich domácnostech. Oxidací lze totiž rozložit i tuky. Nově vyvinutá látka by po nanesení ve formě tenkých povlaků měla zvládat čistit zašpiněné povrchy obrazovek televizorů a počítačů. Na displejích mobilních telefonů a čočkách fotoaparátů by měly samy mizet mastné otisky prstů,…


Nejdříve se ale nová technologie zřejmě uplatní v úpravnách pitné vody. Na rozdíl od klasického chlorování při ní nevznikají škodlivé vedlejší sloučeniny s rakovinotvornými účinky. Snad se s novou úpravy vod šetrnější k životnímu prostředí i našemu zdraví, začneme brzo setkávat i u nás.

 

Pramen:  University of Illinois at Urbana-Champaign.,

Datum: 29.01.2010 15:42
Tisk článku


Diskuze:

Pane Pazdera...DIKY...)

Jan Urban,2010-01-30 16:33:29

Uvazujete naprosto spravne a i ja si byl vedom toho, ze by nebylo vhodne tyto "veci" pouzivat neustale,ale prave jenom na to leceni kdyz se bakterie ci viry premnozi..Ja bych to pouzival predevsim na leceni nemocnych ryb a predevsim ryb z dovozu, nahrazoval bych tim antibiotika ci UW lampu a ionizator..
Taky sem premyslel o bakteriofagach,ale vubec netusim kde bych treba sehnal bakteriofagy na Aeromonas..
Mohl bych vas pane Pazdera pozadat o nejakou radu kde se podobny material dal treba zakoupit??A vubec tusim, ze tech informaci mate mnohem vic o ktere byste se se mnou mohl podelit:)a proto vas prosim,udelejte si na me chvilku a uvidite, ze sem ten pravy kdo dokaze tyhle vychytavky uvest do praxe.:)
diky za vas cas ....
Jan Urban

Odpovědět

Mohl by mi nekdo osvetlit par veci??

Jan Urban,2010-01-29 21:08:23

Na puvodni strance jsem nic o tom nenasel...
Zajimalo by me jestli to zabiji i vetsinu bakterii a jestli to muzu dat i napriklad k zivim rybam do akvaria aby je to nezabilo??
Zabyvam se odchovem akvarijnich rybicek a bakterialni onemocneni¨je vcelku bezny problem a tohle se mi zda jako elegantni reseni:)

Odpovědět


Nezabilo

Josef Pazdera,2010-01-30 07:59:27

V prosincovém vydání (rok 2009) časopisu J. Mater. Chem. Jsou uvedeny výsledky pokusů s fágy (v tomto případě s kemenem MS2). Je to běžný způsob kontroly účinnosti desinfekce. I kdyby pokusy s účinností na další mikroorganismy nikdo další nedělal, obecně se předpokládá účinnost i vůči dalším patogenům. Přidat tuto látku jen tak do akvária by asi nebylo to nejlepší. Ne snad proto, že by byla sama jedovatá, ale ona po určitou dobu (protože by se setkala se světlem) zabíjela mikroorganismy i v zažívacím traktu ryby, což by jí ztěžovalo zažívání. O zabití rybek ale nemůže být řeč. Látka samotná je nejedovatá. Užití těchto metamateriálů se předpokládá v jejich navázání ve formě tenké vrstvy na vlákna, přes která by se voda filtrovala, nebo na skleněné povrchy trubiček, nádob, přes které by voda procházela, tedy na nějaký nosič. Jak by to dopadlo, kdybyste měl v akvariu stále zcela sterilní vodu (i bez řas) a bez možnosti aby se mladým rybkám osídlil jejich žaludeční trakt i těmi vhodnými bakteriemi, si představit již dovedeme - u lidí "odchov" ve sterilním prostředí má za následek vznik "zdravých alergiků". Využití těchto materiálů v případech „ léčby akvaria“ při nějakých infekcích, kdy je potřeba zabránit jejímu šíření, by to fungovat mělo. Trošku zarážející na tom všem je, že i když Američané věc publikovali jako horkou novinku, ve skutečnosti jsou vlastnosti těchto materiálů známy delší dobu (již několik let) a i přes to se s jejich širokým použitím zatím nesetkáváme...

Odpovědět


Diskuze je otevřená pouze 7dní od zvěřejnění příspěvku nebo na povolení redakce








Zásady ochrany osobních údajů webu osel.cz