Článek
„Naším úkolem bylo prostudovat, k jakým chemickým změnám dochází, pokud se vyvinutý materiál za současného působení světla dostane do kontaktu s léčivem,“ řekl Novinkám Petr Bednář ze zmíněné katedry.
Výzkumný tým se zaměřil na účinnost fotokatalýzy, tedy procesu, při němž speciální materiál aktivovaný světlem spouští chemické reakce rozkládající organické znečištění ve vodě. Použitý grafitický nitrid uhlíku neobsahuje kovy, je chemicky stabilní a funguje nejen pod ultrafialovým zářením, ale také při běžném viditelném světle.
„Laboratorní experimenty ukázaly, že během dvou hodin dokázal materiál odstranit více než 95 procent antibiotika ofloxacinu (používá se k léčbě bakteriálních infekcí) i léčiva diklofenak (nesteroidní protizánětlivé léčivo). U kofeinu dosáhla účinnost přibližně 80 procent,“ uvedl Bednář.
Odborníci zároveň popsali mechanismy rozkladu a identifikovali meziprodukty vznikající během probíhajících reakcí. Výsledky naznačují, že většina těchto látek představuje nižší ekologickou zátěž než původní léčiva.
Rozklad je postupný
„Při odbourávání látek znečišťujících životní prostředí většinou bohužel nedojde k tomu, že by se tato látka hned úplně rozložila, ale rozklad běží postupně za tvorby řady meziproduktů o různých vlastnostech,“ konstatoval Bednář.
Tyto meziprodukty mohou podle něj mít jinou biologickou aktivitu a toxicitu i například jinou schopnost se akumulovat v životním prostředí než původní léčivo, a to činí proces odbourávání těchto polutantů (škodlivin) poměrně komplexní.
Mikroskopický snímek fotokatalytického materiálu použitého při fotolytickém rozkladu léčiva
„My jsme při studiu procesu odbourávání pozorovali řadu procesů. Mezi nejvýznamnější patří u léčiv diklofenaku a ofloxacinu jejich hydroxylace, oxidace, štěpení aromatických a heterocyklických vazeb a otevírání cyklických struktur přítomných v molekulách kyslíku, ale i ztráta alkylových řetězců nebo v případě ofloxacinu kombinovaný proces odštěpení fluoru,“ poznamenal Bednář.
„Dá se říct, že čisticí proces je spíše než ‚smazání léčiv naráz‘ postupem, kdy se jejich molekuly ‚rozebírají‘ kus po kuse a tyto kusy je potřeba dobře znát, aby bylo možno proces čištění dále cíleně optimalizovat,“ zdůraznil vědec.
Klíčovou technikou, která umožnila jít analyticky do takových detailů, jako to učinili olomoučtí vědci, bylo podle něj spojení vysokoúčinné kapalinové chromatografie s vysokorozlišující tandemovou hmotnostní spektrometrií.
„Bez moderních analytických metod bychom nebyli schopni určit, zda se škodlivé látky skutečně rozkládají bezpečně a jaké chemické procesy během čištění vody probíhají. Analytická chemie proto hraje zásadní roli při vývoji nových environmentálních technologií,“ dodal Bednář.
Výsledky studie publikoval mezinárodní časopis iScience vydavatelství Cell Press. Vědci budou možné využití fotokatalytického materiálu při čištění odpadních vod dál testovat.
