Theo SCMP, các nhà khoa học Trung Quốc đã thành công trong việc sử dụng vi khuẩn để làm sạch các chất ô nhiễm hữu cơ khỏi nước thải và trong quá trình đó tạo ra các hóa chất mới có giá trị với ngành bán dẫn. Điều này được đánh giá là có thể mở đường cho việc sản xuất các vật liệu bán dẫn có giá trị một cách bền vững và thân thiện với môi trường.
Nghiên cứu trên do Giáo sư Gao Xiang của Viện Sinh học Tổng hợp Thâm Quyến thuộc Viện Khoa học Trung Quốc và Giáo sư Lu Lu của Viện Công nghệ Cáp Nhĩ Tân tại Thâm Quyến dẫn đầu và được công bố trên tạp chí Nature Sustainability vào tháng trước.
Về lý thuyết, chất bán dẫn - nền tảng của ngành công nghệ cao, thường được sản xuất bằng phương pháp hóa học hoặc vật lý trong môi trường siêu sạch. Tuy nhiên, vật liệu dùng để chế tạo chất bán dẫn có thể được sản xuất từ vi khuẩn biến đổi gene trong nước thải và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, bao gồm pin mặt trời, y học hay màn hình kỹ thuật số.
Dù vậy, thành phần đa dạng và phức tạp của nước thải công nghiệp đã đặt ra thách thức khi sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng cho vi khuẩn. Hơn nữa, hạn chế trong sản xuất khiến chi phí cho việc này cao gấp 100 lần giá vàng.
Do đó, để tìm ra phương pháp tốt hơn, các nhà nghiên cứu muốn chuyển đổi chất ô nhiễm trong nước thải thành chất bán dẫn sinh học lai - những chất được tạo ra từ các thành phần sinh học và phi sinh học.
Trung Quốc đang nỗ lực tự chủ ngành chip bán dẫn khi cuộc chiến trong lĩnh vực này với Mỹ vẫn tiếp diễn (Ảnh: Asia Times)
Nhóm nghiên cứu đã chọn vibrio natriegens - một loại vi sinh vật nước mặn, làm điểm khởi đầu. Ông Gao cho biết: “Đây là một trong những loại vi khuẩn công nghiệp sinh sôi nhanh nhất. Chúng có thể phát triển nhanh gấp đôi so với E coli thường được sử dụng”.
Theo vị giáo sư, vibrio natriegens có thể phát triển mạnh trong môi trường có độ mặn cao và có khả năng chịu nước thải cao. Chúng cũng có thể sử dụng hơn 200 vật liệu hữu cơ làm chất dinh dưỡng, bao gồm đường, rượu, axit amin và axit hữu cơ, khiến chúng trở thành ứng cử viên lý tưởng cho nghiên cứu này.
Nhóm nghiên cứu khiến chủng vi khuẩn này hấp thụ trực tiếp sunfat từ môi trường và tạo ra khí H2S, sau đó kết hợp với các ion kim loại trong nước thải để tạo ra các hạt nano bán dẫn.
Phương pháp này được đánh giá là linh hoạt và có thể áp dụng cho nhiều ion kim loại khác nhau, thu được các hợp chất như cadimi sunfua, chì sunfua và thủy ngân sunfua.
Các hạt nano sau đó được cố định trên bề mặt vi khuẩn, tạo thành các hạt sinh học bán dẫn. Khi tiếp xúc với ánh sáng, vật liệu bán dẫn sẽ hấp thụ năng lượng mặt trời và chuyển hóa thành electron, cung cấp thêm năng lượng cho vi khuẩn.
Ông Gao cho biết thêm: “Sau một chu trình hoàn chỉnh, các chất sinh học trong nước thải có thể được thu thập thông qua quá trình lọc hoặc lắng để chiết xuất vật liệu bán dẫn. Hệ thống lai sinh học này có thể là một phương pháp hiệu quả, tiết kiệm chi phí để sản xuất các hạt nano bán dẫn có giá trị cao”.
Bên cạnh đó, quá trình này còn có thể chuyển đổi các chất ô nhiễm hữu cơ thành 2,3-butanediol (BDO) - loại hóa chất có giá trị có thể ứng dụng rộng rãi trong mỹ phẩm, nông nghiệp và chăm sóc sức khỏe.