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Como Construir um Filtro de Água a Partir do Xilema de uma Planta

Filtros de água simples e baratos feitos a partir do xilema de plantas podem reduzir drasticamente a incidência de doenças transmitidas pela água em locais sem acesso a água potável, dizem os engenheiros.

Emerging Technology From the arXiv 25/10/2013

Uma dica útil para evitar intoxicação alimentar durante a viagem é para comer a fruta você descascar sozinho. A idéia é que as árvores e plantas filtram a água que sugam a partir do solo para o seu fruto é pouco provável que contêm bactérias e outras sujeiras.

Isso deu Rohit Karnik e amigos no Instituto de Tecnologia de Massachusetts em Cambridge uma idéia interessante. Por que não criar água potável exatamente da mesma maneira, usando plantas xilema filtro bactérias transmitidas pela água da mistura?

Acontece que, enquanto os biólogos de plantas têm estudado xilema planta em detalhe e mediu a velocidade com que ele pode transportar a água da raiz às folhas, que nunca pensei em usá-lo como um filtro. Então Karnik e co começou a trabalhar para testar sua idéia.

Xilema é o tecido poroso que conduz fluido em plantas. Em plantas lenhosas, é chamado de alburno. Cercado pela casca, que muitas vezes envolve mais velho, o próprio cerne inativo. Em coníferas, é formado a partir de células mortas chamadas traqueídos, que são essencialmente tubos ocos com diâmetros até 80 um e um comprimento de até 10 mm.

Estas células crescem em paralelo e têm extremidades fechadas. A água passa de um canal para outro através de buracos conhecidos como poços, que são cobertos por uma membrana com poros em nanoescala que agem como uma espécie de peneira. Qualquer coisa maior do que esses poros não pode passar.

Assim, em teoria, a partir do xilema de plantas coníferas deve ser um filtro eficaz.

Para descobrir, Karnik e co cortar um centímetro de comprimento seções do ramo do pinheiro pinus strobus brancos. Eles tirou a casca e recheado o borne restante dentro de um tubo, selando as lacunas com resina epóxi.

Eles, então, encheu o tubo com 5 mililitros de água deionizada menores de 5 libras por polegada quadrada de pressão, equivalente a uma pressão gravitacional de cerca de 2 m ou mais, e esperou para ver o que aconteceu.

Com certeza, a água filtrada através de a uma taxa de 0,05 mililitros por segundo. Que a taxa de fluxo é equivalente a mais de quatro litros por dia, o suficiente para manter uma pessoa na água potável. É a partir de um filtro com uma área de cerca de 1 cm ².

Em seguida, eles estudaram as propriedades de filtragem do material. Eles adicionado um pigmento vermelho com a água e mediu a distribuição do tamanho das partículas dentro de si. Este variou entre cerca de 70 nanómetros para 500 nanómetros.

A água filtrada é claro, no entanto. E, a distribuição do tamanho de partícula no filtrado atingiu um máximo de cerca de 80 nanómetros. Claramente, o xilema filtra as partículas maiores do que este. Em um experimento separado, eles acrescentaram 20 nanômetros nanopartículas fluorescentes de poliestireno e descobriu que o xilema não podia filtrar estes para fora.

A conclusão é clara. "Nós achamos que o filtro xilema exibe excelente rejeição de partículas com diâmetros superiores a 100 nanômetros", dizem eles.

Para testar a capacidade do material de filtro para bactérias, eles misturado bactéria Escherichia coli inactivadas de água e passou através do sistema. E. coli são de forma cilíndrica com um diâmetro de cerca de 1 micrómetro.

Com certeza, o filtro funcionou bem. "Filtração com três filtros diferentes xilema mostrou rejeição quase total das bactérias", dizem eles.

Para saber exatamente como o xilema funciona, eles cortaram aberto os filtros e estudou a estrutura interna da madeira. Eles descobriram que a maior parte da filtragem ocorre nas primeiras duas ou três milímetros do filtro. Isso torna-se mais ou menos o comprimento exato de células tracheid e sugere que os filtros de madeira pode ser cortado ainda mais curto e ainda funcionar eficazmente.

Eles também levaram imagens de microscopia eletrônica dos poços de celulares, que mostraram que as bactérias coletadas perto desses poços, sugerindo que este é realmente o mecanismo de filtração.

Existem algumas limitações para este tipo de filtração. Em primeiro lugar, o limite de 100 nanômetros é grande demais para vírus de filtro. Karnik e co dizem que pode ser possível encontrar outras plantas com pontuações menores que poderiam fazer o trabalho.

Por outro lado, a madeira tem de ser acabada de cortar para funcionar como um filtro eficaz. A equipe diz que as condutas em madeira que secou ficam bloqueados e assim não, não funcionam como filtros. Isso é um problema potencialmente grave caso esses filtros devem ser fornecidos em grande escala - distribuí-los aroound o mundo, mantendo-os frescos vai ser difícil. No entanto, pode ser possível desenvolver técnicas de secagem que mantêm a integridade estrutural dos filtros. Claramente, é necessário mais trabalho aqui.

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