Ученые Санкт-Петербургского государственного университета разработали новую методику синтеза вещества и создали экологически безопасные сорбенты, которые позволят проводить мониторинг и очищать сточные воды от антибиотиков.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в международном журнале Journal of Hazardous Materials.
В настоящее время практически все сточные воды содержат антибиотики тетрациклинового ряда, что связано с их широким применением в животноводстве. Тетрациклины в разной концентрации попадают в окружающую среду вместе с продуктами жизнедеятельности животных, которые получали антибиотики с пищей во время разведения. При этом стандартная процедура очистки сточных вод не всегда приводит к полному удалению антибиотиков, а их наличие в воде со временем провоцирует появление опасных для человека резистентных штаммов бактерий.
По сообщению пресс-службы СПбГУ, новый сорбент позволит быстрее и дешевле очищать сточные воды.
В качестве основы для создания нового сорбента исследователи СПбГУ выбрали биосовместимый и биоразлагаемый минерал гидроксиапатит и разработали методику, позволяющую значительно сократить время синтеза сорбента. Ученые видоизменили наночастицы, прикрепив к поверхности нетоксичные молекулы модификаторов, - это позволило создать материалы, которые способны сорбировать антибиотики в больших количествах. Поверхность, покрытая модификаторами, может не только захватить больше молекул антибиотика, чем поверхность немодифицированного сорбента, но и за счет изменения условий управляемо «отдать» молекулы антибиотика, что позволяет осуществить регенерацию сорбента.
Автор аналитической части исследования, доцент кафедры аналитической химии СПбГУ Кристина Вах (работает в научной группе профессора Российской академии наук Андрея Булатова) отмечает: «Наш сорбент позволяет обеспечить эффективное удаление тетрациклинов из сточных вод. Кроме того, он может быть использован для концентрирования антибиотиков и повышения чувствительности их количественного определения с целью мониторинга веществ в сточных водах».
Несмотря на прогресс в современной науке, причины многих явлений и процессов, которые могут быть использованы в высокотехнологичных устройствах, еще не понятны до конца, поэтому ученые нередко используют метод перебора, отыскивая таким образом наиболее подходящий вариант. Исследователи СПбГУ предлагают иную стратегию создания высокоэффективных сорбентов, которая позволяет перейти к осознанному выбору их структуры и состава поверхности, а также сокращает время на разработку новых материалов.
Исходя из того, какую молекулу необходимо сорбировать, исследователи СПбГУ на основании данных о составе поверхности и кристаллической структуре сорбентов проводят компьютерное моделирование и выбирают подходящие материалы. Затем экспериментальную проверку проходят от одного до трех различных сорбентов, что уменьшает не только затраты на исследования, но и отходы, образующиеся в результате работы с химическими реагентами.
Автор вычислительной части исследования, доцент кафедры физической химии Института химии СПбГУ Михаил Вознесенский говорит: «Можно сказать, что мы создали руководство шеф-поваров в области химии. Для создания нового блюда шеф-повар должен приготовить и попробовать множество версий. Наш метод позволяет, не готовя блюдо, понять, будет ли оно вкусным, отбросить неудачные рецепты и представить самые подходящие варианты для дегустации».
Как отмечает руководитель группы синтеза и исследования наночастиц и наноструктурированных материалов, доцент кафедры общей и неорганической химии СПбГУ Ольга Осмоловская, использование экспериментальных данных в компьютерном моделировании и стратегия производства сорбентов увеличивают точность результатов. Созданный учеными СПбГУ метод синтеза наночастиц и модификации их поверхности позволяет быстро и экономично разрабатывать сорбенты и может быть использован для создания сорбентов других органических соединений.
Междисциплинарное исследование на стыке вычислительной химии, неорганического материаловедения и нанохимии проводилось в Санкт-Петербургском государственном университете с использованием современного оборудования ресурсных центров Научного парка СПбГУ при поддержке гранта Российского научного фонда «Новые миниатюризированные и экологически безопасные методы химического анализа биологических жидкостей и пищевых продуктов».
Фото: spbu.ru, Водоканал Санкт-Петербурга
