REPOZITORIJ > REZULTATI

Povzetek

Okoljsko onesnaženje s strupenimi kovinami – kot so Pb²⁺, Cr³⁺ in Hg²⁺ – ter organskokovinskimi spojinami, kot je monometilživo srebro (MeHg), predstavlja enega najbolj trdovratnih globalnih izzivov zaradi njihove bioakumulacije, dolgotrajne toksičnosti in odpornosti proti razgradnji. Ta disertacija obravnava to ključno problematiko z multidisciplinarnim pristopom, ki združuje nanotehnologijo, okoljsko kemijo, inženiring biosenzorjev ter znanost o trajnostnih materialih.
V prvem delu raziskave je predstavljena sinteza in funkcionalizacija nanostrukturiranih adsorbentov za učinkovito odstranjevanje strupenih kovin. Razviti in ovrednoteni so bili amino-funkcionalizirani SiO₂ nanodelci in magnetni nanodelci γ-Fe₂O₃@NH₂, katerih sposobnost adsorpcije kovinskih ionov je bila testirana v različnih okoljskih pogojih. Ti materiali so izkazali izjemno učinkovitost pri odstranjevanju Pb²⁺, Cr³⁺ in Hg²⁺, z izboljšano selektivnostjo, možnostjo regeneracije in večkratne uporabe – kar odpira možnosti za njihovo praktično uporabo v decentraliziranih sistemih za čiščenje vode.
Nadalje so bili razviti superparamagnetni spinele feritni nanomateriali z dvojno funkcionalnostjo: za odstranjevanje Hg²⁺ in hkrati za pridobivanje dragocenih elementov redkih zemelj (REE), kot sta Dy³⁺ in Tb³⁺. Ti nano-adsorbenti, pripravljeni s sol–gel samovžigovno sintezo, so pokazali visoko adsorpcijsko kapaciteto, Langmuirjevo izotermno obnašanje in okoljsko varnost, potrjeno z ekotoksikološkimi testi – kar podpira okvir krožnega gospodarstva pri obvladovanju onesnaževal.
Drugo jedro disertacije se osredotoča na razvoj visoko občutljivega in selektivnega biosenzorja za zaznavanje MeHg, spojine, znane po svojih nevrotoksičnih in teratogenih učinkih že pri femtogramskih koncentracijah. V okviru projekta H2020-MSCA-ITN GMOS-Train je bila bakterijska encimska beljakovina MerB (organomerkurialna liaza), ki sodeluje pri razstrupljanju MeHg, klonirana, izražena in imobilizirana na z zlatimi nanodelci modificiranih elektrodah s pomočjo Ni²⁺-kelatne vezave. Nastali biosenzor je pokazal izjemno občutljivost – sposoben zaznave MeHg pri 3 femtogramih – z visoko selektivnostjo in brez motenj zaradi anorganskega Hg²⁺.
Elektrokemijske tehnike, kot sta ciklična voltametrija (CV) in elektrokemijska impedančna spektroskopija (EIS), so potrdile redoks aktivnost in konformacijske spremembe MerB ob vezavi MeHg, kar omogoča kvantitativno sprotno zaznavanje. Biosenzor je mobilen, cenovno ugoden in uporabniku prijazen, uspešno pa je bil preizkušen v okoljskih vzorcih in tkivih rib – kar ponuja prebojno alternativo zahtevnim tehnikam, kot sta CVAFS in ICP-MS.
Skupno ta disertacija predstavlja celostno platformo pametnih nanomaterialov in biosenzorjev za učinkovito upravljanje s strupenimi kovinami in MeHg. Združuje molekularno biologijo z naprednimi materiali in elektrokemijskim inženiringom, s čimer pomembno prispeva k ciljem trajnostnega razvoja, varovanju javnega zdravja in globalnemu spremljanju živega srebra v skladu z Minamatsko konvencijo.