Ученые из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» разработали высокоэффективный и дешевый многоразовый материал для очистки сточных вод от антибиотиков. Материал на основе нитрида бора удаляет 100 % препаратов за 7–14 дней и при этом может использоваться многократно. Разработка поможет очищать сточные воды от антибиотиков, попадающих туда при их производстве, и тем самым избежать развития лекарственной устойчивости у бактерий, вызывающих самые разные заболевания у человека. О работе рассказала пресс-служба Российского научного фонда.
Антибиотики часто попадают в сточные воды, что способствует развитию у микроорганизмов устойчивости к этим препаратам. Самыми распространенными антибиотиками, загрязняющими сточные воды, считаются тетрациклин и амоксициллин. На сегодняшний день уже есть данные о том, что некоторые микроорганизмы потеряли к ним чувствительность, поэтому вопрос очистки сточных вод от антибиотиков стоит достаточно остро.
Авторы исследования синтезировали на кремниевой подложке наноструктурированные покрытия на основе гексагонального нитрида бора — соединения, атомы в котором соединяются в виде шестиугольников. Эти «соты» химически стабильны и способны удерживать на себе антибиотики. Предложенный авторами дизайн материала — «захватывающий» слой, нанесенный на подложку, — будет крайне удобен в промышленном использовании.
Ученые проверили способность материала удерживать четыре наиболее распространенных на сегодня антибиотика — тетрациклин, ципрофлоксацин, амоксициллин и амфотерицин В, которые используются для борьбы с такими бактериями, как стафилококк, кишечная палочка и холерный вибрион. Для этого в растворы с препаратами погрузили покрытия из нитрида бора и определили, за какое время антибиотик осядет на покрытие.
«Мы определили, что скорость улавливания терапевтических препаратов зависела от кислотности среды и концентрации антибиотиков в растворах, в которой проводился эксперимент. Так, полная очистка раствора происходила до двух раз быстрее в нейтральной среде, чем в кислой и щелочной. При этом для удаления тетрациклина потребовалось 7–10 дней в зависимости от его концентрации, для ципрофлоксацина — 8–11 дней, амоксициллина — 10–12 дней, а амфотерицина В — 11–14 дней. Поскольку сточные воды имеют нейтральный уровень кислотности, нитрид бора будет работать в них наиболее эффективно», — рассказывает инженер научного проекта Научно-исследовательского центра «Неорганические наноматериалы» НИТУ МИСиС Кристина Котякова.
Кроме того, авторы показали, что покрытия из нитрида бора успешно очищаются от осевших на них антибиотиков с помощью различных органических растворителей, в том числе спиртов. После очистки материал сохранил способность улавливать все рассмотренные препараты. При этом эффективность работы материала незначительно снизилась — до 5–15 %.
«Покрытия из нитрида бора можно использовать в качестве экономичного, многоразового и высокоэффективного средства очистки сточных вод от антибиотиков. Это поможет избежать развития множественной лекарственной устойчивости бактерий и токсического эффекта на другие живые организмы. В дальнейшем мы продолжим исследовать способность данных материалов улавливать другие загрязняющие вещества», — рассказывает руководитель проекта Любовь Сорокина.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда, опубликованы в International Journal of Molecular Sciences.