مرجع تخصصی آب و فاضلاب

۱. نکات و خطرات نانوبیوذرات در آب آشامیدنی

• تعریف و گونه‌ها

  • نانوبیوذرات (NBPs) ذرات در ابعاد ۱–۱۰۰ نانومتر با منشأ یا پوشش بیومولکولی هستند. شامل لیپوزوم‌ها، نانوذرات پروتئینی (مثل آلبومین)، نانوذرات سلول‌­پوشیده (مثل اگزوزوم) و نانوذرات زیستی معدنی (مثل سیلیکا زیستی یا هیدروکسی‌آپاتیت).

• خواص متمایز

  • سطح ویژه بسیار بالا و قابلیت بارگذاری دارو/لیگاند

  • پایداری در آب: معمولا پوشش زیست‌فعالی دارد که موجب پخش پایدار در آب می‌شود

  • تعامل زیستی: ممکن است با سلول‌های پریمورال یا میکروبیوم تماس برقرار کند

• خطرات سلامتی و محیطی

  • تحریک ایمنی: نانوبیوذرات غیرفعال‌شده یا حامل‌های دارویی می‌توانند پاسخ التهابی مخاط گوارش ایجاد کنند

  • نفوذ به سلول‌ها: به‌ویژه ذرات < 50 nm توان ورود به سلول‌های اپیتلیال و حتی عبور از سد خونی–مغزی را دارند

  • انتقال آلودگی: ممکن است آلاینده‌های جذب‌شده روی سطح خود را به سیستم آبی منتقل کنند

  • اثر روی میکروبیوم: مختل کردن تعادل جمعیت باکتری‌های مفید روده‌ای یا آبزی

۲. شیوه‌های تصفیه و حذف نانوبیوذرات

1. انعقاد–فلوکولاسیون

   • افزودن آلوم یا پلی‌یون‌ها (پلی‌آکریل‌آمید) → تشکیل فلوک‌های حاوی NBPs → ته‌نشینی و فیلتراسیون

2. فیلتراسیون غشایی

   • اولترافیلتراسیون (UF): حذف ذرات 5–100 nm بسته به ممبران

   • نانو فیلتراسیون (NF) / اسمز معکوس (RO): حذف > ۹۵ ٪ تمامی NBPs

3. جذب سطحی (Adsorption)

   • بیوچار اصلاح‌شده و سیلیکا زیستی: جذب بر اساس تعامل‌های هیدروفوبیک و هیدروژنی

   • رزین‌های ایمینوپلیمر (MIP) برای گیراندازی گزینشی پروتئین‌های سطحی

4. الکتروفوکوس

   • میدان الکتریکی یوند ذرات باردار بیولوژیک (نمکیده) را به سمت الکترودها می‌راند و حذف می‌کند

5. پراکندگی مغناطیسی

   • NBPs مغناطیسی (مثلا اگزوزوم‌های آهنی) جذب به آهنربا و جداسازی

۳. روش‌های اندازه‌گیری آزمایشگاهی

1. Dynamic Light Scattering (DLS)

   • توزیع اندازه نانوبیوذرات در محلول تا ~ 1 nm دقت

2. Nanoparticle Tracking Analysis (NTA)

   • شمارش و اندازه‌گیری ذرات منفرد بر اساس حرکت براونی

3. Transmission Electron Microscopy (TEM) / Cryo‑TEM

   • مشاهده مستقیم شکل و ساختار لیپوزوم، اگزوزوم و …

4. Flow Cytometry با رنگ‌آمیزی فلورسانس

   • شناسایی ذرات پوشش‌دار آنتی‌بادی (مثلاً CD63 روی اگزوزوم)

5. UV–Vis / Fluorescence Spectroscopy

   • برای لیپوزوم‌های نشاندارشده با رنگ‌فلورسنت؛ تعیین غلظت پراکندگی

6. Quartz Crystal Microbalance (QCM)

   • اندازه‌گیری جذب NBPs روی سطح کوارتز به‌صورت توده بسیار کم

۴. روش‌های سنتی حسی و چشمی

• بو و طعم

  • لیپوزوم‌ها و نانوذرات پروتئینی بی‌بو و بی‌طعم‌اند؛ پوشش‌های سطحی پلیمری در ppm بالا ممکن است طعم ملایم پروتئینی یا روغنی ایجاد کنند، اما غیرقابل‌اتکا.

• کدورت و رنگ

  • آب با NBPs پاک‌شده شفاف باقی می‌ماند؛ در غلظت‌های بالا (> ۱۰⁹ ذره/mL) ممکن است کدورت خفیف یا رنگ‌پذیری فلورسنت باشد.

• ته‌نشینی ساده

  • ایستاده‌سازی نمونه برای چند ساعت → مشاهدهٔ«لایهٔ چربی» یا «فیلم پروتئینی» در بالای لوله

۵. سایر روش‌های ساده و پیشرفته

1. Microfluidic Paper‑Based Devices (µPADs)

   • کانال‌های کاغذی با نواحی پوشش‌داده‌شده با آنتی‌بادی علیه CD9/CD63 (اگزوزوم) → تغییر رنگ یا فلورسانس

2. الکتروشیمی نانوالیاف

   • الکترودهای پوشش‌داده‌شده با آپتامر برای لیپوزوم → پاسخ پتانسیل

3. Passive Samplers (Depote‑P)

   • رزین‌های زیستی یا مغناطیسی برای تجمع تدریجی NBPs در دوره ۷–۱۴ روز

4. حسگر SPR (Surface Plasmon Resonance)

   • تشخیص لحظه‌ای جذب NBPs روی تراشه طلا با لیگاند پوشش‌دار

۶. علائم و نشانه‌های محیطی وجود نانوبیوذرات

• اثر بر آبزیان

  • لیپوزوم‌های ناخواسته می‌توانند در گوشت سخت‌پوستان (میگو، صدف) تجمع یابند و ترکیبات همراه خود را آزاد کنند

  • نانوذرات پروتئینی ممکن است باعث اختلال غشایی و نقص تنفسی در دافنیا و ماهیان کوچک شوند

• اثر بر میکروبیوم محیطی

  • تغییر تراکم باکتری‌های مفید در آب‌درمانی و biofilmهای لوله‌ها

• نمایه‌های شیمیایی

  • شناسایی پروتئین یا لیپید شاخص (مثل فونکشنال‌های CH₂/CH₃ در FTIR) در کنسانترهٔ رسوبات

• نمونه‌برداری سطحی

  • «ترالی» یا توری بسیار ریز برای جمع‌آوری ذرات سطحی در مخازن

جمع‌بندی مهندسی:
نانوبیوذرات بیولوژیک به‌دلیل اندازه کوچک و فعالیت زیستی خاص، نیازمند پایش با NTA + TEM + flow cytometry و حذف با سامانه‌های ترکیبی «انعقاد–UF/RO + Adsorption (MIP/Biochar) + الکتروفوکوس» هستند. روش‌های میدانی مانند µPADs، passive samplers و ته‌نشینی ساده می‌توانند غربالگری اولیه را فراهم کرده و نمونه‌های مشکوک را برای آنالیز دقیق به آزمایشگاه ارجاع دهند.

مرجع تخصصی آب و فاضلاب