Автор: доктор Келли Уэйд в сотрудничестве с университетом RMIT (Школа естественных наук)
Прикладная химия открывает инновации, которые могут изменить здравоохранение, промышленность и окружающую среду — от крошечных биосенсоров до экологичного майнинга и материалов для сбора энергии.
Представьте себе: фермер проводит ручным устройством по посевам и за считанные секунды узнаёт, действует ли невидимый патоген. Под землёй сточные воды текут по специально сконструированному пути, выходя очищенными от ценных металлов — восстановленными без выброса углерода в атмосферу. На крыше тонкая плёнка шевелится на ветру, черпая энергию из ничего, кроме движущегося воздуха.
Эти инновации достаточно компактны, чтобы поместиться на ладони, но созданы с атомной точностью. Они не сцены из научной фантастики, а вехи в прикладной химии.
По всей Австралии исследователи расширяют границы того, как мы обнаруживаем угрозы, возвращаем ресурсы и получаем энергию из окружающего мира. Вместе их работа открывает будущее, где химия не только объясняет наш мир, но и помогает его восстанавливать.
Обнаружение невидимого: биосенсоры, меняющие глобальную биобезопасность
В здравоохранении, сельском хозяйстве и защите окружающей среды время имеет решающее значение. Раннее обнаружение угрозы может означать разницу между сдерживанием и кризисом. Однако многие опасности распространяются бесшумно. От бактерий, которые угрожают новорождённым, до сельскохозяйственных вредителей, угрожающих продовольственным запасам, от микропластика и химических остатков, проникающих в экосистемы, — опасности часто остаются незамеченными, пока ущерб не станет широкомасштабным и необратимым.
Более десяти лет профессор Випул Бансал и его команда в Центре нанобиосенсинга имени Яна Поттера при RMIT работают над тем, чтобы склонить чашу весов в нашу пользу.
«Команда RMIT разрабатывает недорогие наносенсорные технологии, которые начали приближаться по сверхчувствительности к молекулярным анализам в условиях использования, без необходимости лабораторной инфраструктуры или опыта», — говорит профессор Бансал.
Проще говоря, их наносенсоры могут обнаруживать следовые количества целевого вещества без специализированных лабораторий или оборудования.
В здравоохранении новый тест на стрептококк группы B у беременных женщин, разработанный командой Бансала, производится компанией Nexsen Limited и проходит испытания в Northern Health в Виктории. В сельском хозяйстве и биобезопасности доктор Пабуди Виратунге разрабатывает наносенсоры для обнаружения растительных патогенов совместно с Министерством сельского хозяйства, рыболовства и лесного хозяйства, в то время как доктор Сатья Саркер сотрудничает с Австралийским центром готовности к болезням CSIRO для обеспечения диагностики африканской чумы свиней в полевых условиях.
От постели больного до карантинного пункта — эти наносенсоры обещают будущее, в котором угрозы будут обнаружены задолго до того, как они станут катастрофами.
Экологичный майнинг: устойчивое развитие минерально-сырьевой базы
Мы полагаемся на горнодобывающую промышленность, чтобы поддерживать общество, обеспечивать сырьём для зелёных технологий и способствовать переходу к устойчивой энергетике. Переработка имеет жизненно важное значение, но не может удовлетворить спрос. Горнодобывающая промышленность, однако, сталкивается с растущими проблемами: снижение содержания руды, усложнение месторождений и рост примесей, таких как мышьяк. Тем временем затраты на энергию и пресную воду растут, а давление по снижению воздействия на окружающую среду усиливается.
CSIRO (профессор Мяо Чен) и RMIT (профессор Ким Доулинг) и их команды возглавляют работу в области низкоуглеродистой экстрактивной металлургии. Их исследования изучают более чистые способы извлечения металлов из источников, которые ранее считались слишком сложными или нерентабельными, — от сложных рудных тел до промышленных побочных продуктов.
Такие методы, как биовыщелачивание, используют естественно встречающиеся микроорганизмы для растворения и разделения минералов, предлагая энергоэффективную альтернативу традиционным высокотемпературным методам.
Команда также разрабатывает сенсорные инструменты для мониторинга переработки полезных ископаемых в реальном времени и мониторинга окружающей среды. Одна из инициатив направлена на борьбу с загрязнением мышьяком при переработке меди путём поиска путей безопасного запирания токсина при максимальном извлечении.
Малый объём энергии, большое влияние
Возобновляемая энергия часто ассоциируется с образами обширных солнечных ферм или высоких ветряных турбин, но некоторые из наиболее преобразующих достижений происходят в самых малых масштабах.
В группе прикладной химии и экологических наук (ACES) при RMIT доктор Питер Шеррелл, доктор Джозеф Олорунйоми, доктор Дерек Хао и их коллеги разрабатывают способы захвата и использования энергии именно там, где она необходима — без подключения к сети или громоздких аккумуляторов.
Их работа исследует, как материалы могут преобразовывать окружающие источники энергии — такие как движение молекул воды, небольшие перепады температур или даже вибрация поверхностей — в полезную мощность.
Представьте себе носимую электронику, питаемую влагой из воздуха, датчики, работающие бесконечно от крошечных изменений температуры, или устройства, повышающие эффективность промышленных химических реакций за счёт использования механического движения.
Команда уже показала, что может добывать пресную воду из воздуха с помощью солнечного света, улавливать тепловые отходы с помощью экологически чистых альтернатив вечным химикатам и даже перерабатывать полистирол в мембраны, которые могут расщеплять воду, очищать от загрязнений и генерировать энергию.
«Удивительно, сколько энергии мы можем получить, просто изменив взаимодействие между интерфейсами материалов под воздействием движения, и это увлекательно — исследовать, для чего мы можем её использовать!» — доктор Питер Шеррелл.
По отдельности эти энергетические выгоды могут показаться скромными, но в масштабе они могут сделать отрасли более устойчивыми, продлить срок службы устройств в полевых условиях и открыть новые способы питания важнейших систем.
Прикладная химия в центре перемен
От обнаружения угроз до извлечения металлов с меньшим воздействием на окружающую среду, от использования энергии от едва заметных движений воздуха и воды — прикладная химия меняет то, что возможно. Эти прорывы показывают, что решения наших самых насущных проблем могут прийти не от грандиозных жестов, а от точных инноваций — каждая из которых создана для того, чтобы внести ощутимые изменения. И в руках исследователей, каждый день расширяющих границы возможного, эти изменения могут изменить мир.
Хотите узнать больше об этих ведущих мировых исследованиях в области прикладной химии, сотрудничать с RMIT для вывода новых технологий на рынок или присоединиться к следующему поколению учёных, продвигающих инновации в области прикладной химии? Свяжитесь с нашей командой здесь.
Изучите программы бакалавриата и магистратуры по прикладной химии в RMIT.