mayo 16, 2021

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Los investigadores han demostrado cómo las bacterias convierten los iones de cobre tóxicos en cobre metálico estable

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Investigadores de la Universidad de Houston, junto con sus colegas de la Universidad de São Paulo en Brasil, los tienen Fermentador Cómo una bacteria resistente al cobre de una mina de cobre en Brasil transforma CuSO4 (Sulfato de cobre) a iones de cobre incomparables (cobre metálico). El documento de acceso abierto sobre su investigación se ha publicado en Avances de la ciencia.

Gracioso Et al.


La idea de las bacterias en las minas no es nueva, pero la pregunta sin respuesta era: ¿Qué hacen en las minas? Al colocar bacterias dentro de un microscopio electrónico, pudimos aprender y analizar la física. Descubrimos que las bacterias estaban aislando un solo átomo de cobre. En términos de química, esto es muy difícil de derivar. Por lo general, se utilizan productos químicos agresivos para producir átomos individuales de cualquier elemento. Estas bacterias las crean de forma natural, lo cual es muy impresionante.

– Francisco C. Robles Hernandez es profesor de la Escuela de Tecnología de la UH y coautor

La extracción de cobre a menudo conduce a exposiciones tóxicas y desafíos en la extracción de grandes cantidades para uso comercial. Las reservas globales se estiman en alrededor de mil millones de toneladas de cobre, según la Asociación de Desarrollo del Cobre, con aproximadamente 12,5 millones de toneladas métricas por año. Eso se suma a casi 65 años de reservas restantes.

Parte del desafío del suministro proviene de la disponibilidad limitada de cobre en alta concentración en la corteza terrestre, pero otro desafío es la exposición al dióxido de azufre y al dióxido de nitrógeno en el proceso de fundición y producción de cobre para concentrar el mineral en cantidades útiles.

Una novedad de este descubrimiento es que los microbios del medio ambiente pueden convertir fácilmente el sulfato de cobre en un átomo de cobre con valencia cero. Este es un gran avance porque el proceso sintético actual de cobre de un solo átomo no suele ser limpio, es laborioso y costoso.

Los microbios utilizan una vía biológica única con un conjunto de proteínas que pueden extraer cobre (II) (Cu2+) Y convertirlo en cobre monovalente (Cu.)). El objetivo de los microbios es crear un entorno menos tóxico para ellos mismos al convertir el cobre iónico en cobre monoatómico, pero al mismo tiempo hacer algo útil para nosotros también.

— Deborah Rodrigues, profesora de Ingeniería en Ezequiel Cullen en la Facultad de Ingeniería Cullen de la Universidad de Houston, coautora

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Un mecanismo propuesto para la síntesis de cobre monoatómico con la ayuda de ferritina. La proteína contiene un núcleo de hierro, que transfiere electrones al cobre.2+ Los iones se unen a los sitios de nucleación en la superficie exterior de la capa de proteína de ferritina para producir cobre.. Para recuperar el agujero, el citrato se oxida y el electrón puede continuar fluyendo para reducir el cobre adicional.2+ Iones que se encuentran dentro de las bacterias. Gracioso Et al.

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Centrándose en la microscopía electrónica, Robles examinó muestras de los hallazgos de Rodríguez en las minas de cobre brasileñas y determinó la naturaleza del único átomo de cobre. Los grupos de Rodríguez y Ellen Aquino Berbito (profesora de la Universidad de São Paulo) han definido aún más el proceso bacteriano para convertir el sulfato de cobre en cobre elemental, un hallazgo poco común.

Los resultados de la investigación muestran que este nuevo proceso de conversión, como alternativa a la producción de átomos individuales a partir de un marcador metálico, es más seguro y más eficiente en comparación con los métodos actuales (como la deposición química de vapor, la pulverización y la ablación con láser de femtosegundos).

Solo hemos trabajado con una bacteria, pero es posible que esas no sean las únicas que realizan una función similar. El siguiente paso para esta investigación específica es recolectar cobre de estas células y usarlo para aplicaciones prácticas.

Deborah Rodríguez

recursos

  • Louise Hussey Gracioso, Janiere Peña-Bahamundi, Bruno Karolski, Bruna Bacaro Borrego, Ellen Aquino Perpeto, Claudio Augusto Euler do Nascimento, Hiroki Hachiguchi, Maria Aparecida Giuliano, Francisco C. Robles Hernandez, Deborah Frigi Rodriguez 21) Cobre tóxico a cobre monoatómico estable Avances de la ciencia Doi: 10.1126 / sciadv.abd9210

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