Човешката урина традиционно се изхвърля като отпадък. Но в големи количества тя представлява сериозен риск за околната среда, тъй като претоварва водните системи с излишни хранителни вещества.
Сега екип от учени е намерил начин да превърне този проблем във възможност, като превърне урината в ценен медицински ресурс.
Изследователи от Калифорнийския университет в Ървайн, заедно със сътрудници от американски и японски институции, са разработили система от синтетични дрожди, която превръща урината в хидроксиапатит (HAp).
Този биосъвместим минерал от калциев фосфат се използва широко в костни и стоматологични импланти, археологически реставрации и биоразградими материали.
Два проблема – едно решение
„Този процес постига две цели едновременно“, казва съавторът Дейвид Кисайл, професор по материалознание и инженерство в Калифорнийския университет в Ървайн. „От една страна, той спомага за премахването на човешката урина от потоците отпадъчни води, като по този начин намалява замърсяването на околната среда и натрупването на нежелани хранителни вещества; а от друга страна, произвежда материал, който може да се продава на пазара за използване в различни условия.“
Високото съдържание на хранителни вещества в урината може да увреди водните басейни, ако не се третира. Процесът на екипа неутрализира този риск, като същевременно произвежда вещество, чиято пазарна стойност се очаква да достигне 3,5 млрд. долара до 2030 г.
Синтетични дрожди имитират естествените клетки, изграждащи костите
При бозайниците клетките, изграждащи костите, наречени остеобласти, извличат калциев фосфат от телесните течности, за да произвеждат HAp. Но тези естествени клетки не могат да поддържат мащабно производство.
За да преодолее това, екипът създава „osteoyeast“ – синтетичен щам дрожди, който имитира поведението на остеобластите.
Тези клетки разграждат уреята, за да повишат рН, като задействат вътрешните кухини да събират калций и фосфат. След това материалът кристализира в хидроксиапатит и се отделя извън клетката. При този процес се получава до 1 грам HAp на литър урина.
Мащабируем, евтин и достъпен в световен мащаб
„Този процес за получаване на хидроксиапатит или костен минерал отнема по-малко от един ден“, казва Кисайл. „Фактът, че той използва дрожди, които са евтини и могат да се поставят в големи вани при относително ниски температури (като бирата, която се произвежда чрез ферментационни процеси и е добре мащабирана), показва, че това може да се направи лесно без големи инфраструктурни нужди, а това има и допълнителното предимство, правейки процеса достъпен за развиващите се икономики.“
Използването на дрожди също така означава, че тази система може да се използва в региони, където високотехнологичното производство не е осъществимо, което прави усъвършенстваните медицински материали по-достъпни.
От отпадък до мултифункционално бъдеще
HAp е известен с това, че е лек, здрав и издръжлив, което е идеално за импланти и възстановяване. Но екипът предвижда още по-широко приложение.
„Продължавам да работя с професор Ясуо Йошикуни от лабораторията „Лорънс Бъркли“, кореспондиращ автор на тази статия, за създаването на други материали, използващи този процес, включително материали за приложения, базирани на енергията“, казва Кисайл. „В момента разработваме стратегии за използване на неговата платформа за дрожди с нашите познания в областта на 3D печата и структурата, за да направим многофункционални архитектурни материали.“
Проектът получава финансиране от Министерството на енергетиката на САЩ, Агенцията за перспективни изследователски проекти в областта на отбраната и Службата за научни изследвания на ВВС.
Изследването е публикувано в Nature Communications.
Източник: InterestingEngineering
