Čeští vědci přišli na nový způsob, jak se zbavit antibiotik ve vodě. Zničí je laserem ozářené nanoslitiny

Nadměrné užívání antibiotik se v posledních desetiletích stalo problémem nejen pro zdraví lidí, ale i pro životní prostředí. Antibiotika, která pronikají do vodních ekosystémů, se zde vyskytují v relativně nízkých koncentracích, což umožňuje bakteriím se na ně postupně adaptovat. Tento proces vede k rozvoji antibiotické rezistence, která již dnes dle odhadů způsobí statisíce úmrtí ročně. Odhady navíc varují, že do roku 2050 by tato situace mohla mít za následek až 10 milionů úmrtí ročně, a to na nemoci, které lze jinak pomocí antibiotik běžně léčit.

„Antibiotika ve vodě jsou jedním z hlavních faktorů šíření genů rezistence mezi bakteriemi,“ vysvětluje nanotechnolog Ondřej Havelka z Technické univerzity v Liberci (TUL) a dodává: „Možností, jak k tomu zabránit, máme několik. Můžeme se snažit vyvinout nová pokročilá antibiotika nebo se pokusit vodu uvolňovaných antibiotik zbavit. My jsme se rozhodli jít tou druhou cestou.“

• Tip: Čeští vědci objevili unikátní pyl. Vyšlechtěné zemědělské plodiny lépe zvládnou změnu klimatu

Vědci z TUL proto vyvinuli nový materiál, tvořený nanoslitinami železa a bizmutu, který dokáže antibiotika rozkládat za pomoci viditelného světla. „Metoda odstraňování antibiotik pomocí viditelného spektra záření je velmi atraktivní, protože vybízí k snaze využít slunečního záření, které je nám běžně dostupné. U nás se viditelné záření osvědčilo při rozkládání sulfamethoxazolu, který se často používá v kombinaci s trimethoprimem, jakožto účinná látka k léčbě infekcí močových cest,“ říká Havelka, první autor výzkumné studie.

Fotokatalytická metoda spojená s nanoslitinami překonává omezení tradičních nanomateriálů, jako jsou například nanočástice oxidu titaničitého. Ty totiž vyžadují ultrafialové záření, což značně zvyšuje energetické nároky. Kromě odstraňování antibiotik touto tzv. fotokatalytickou metodou existují i jiné velice nadějné přístupy k čištění vody od antibiotik, jako je například biodegradace či adsorpce.

Každá z těchto metod však má určité nevýhody pro reálnou aplikaci. Biodegradace zpravidla vykazuje nízkou účinnost odstraňování antibiotik. Naproti tomu adsorpce, ačkoli relativně účinná, je náchylná k desorpci látek pod vlivem vnějších podmínek, což může způsobit sekundární znečištění. Adsorpce je proto obvykle vhodná při nižších koncentracích antibiotik a vyžaduje specifické podmínky, což zvyšuje nároky na rozsáhlé aplikace. Vzhledem k těmto nevýhodám se fotokatalytická degradace jeví jako slibná alternativa nebo doplňkový přístup.

• Psali jsme: Výzkum přináší naději na čistší vodu za použití udržitelného nanomateriálu vyrobeného pomocí laseru

Jak Havelka vysvětluje, v budoucnu by snad mohlo dojít k efektivnímu sloučení těchto technologií. Počáteční úspěchy v kombinování fotokatalýzy a adsorpce je možné sledovat v dalších studiích. Hlavní výhody jejich metody spočívají ve využití nanoslitin s neobvyklou vnitřní strukturou, které jsou připraveny pomocí laseru. Ta umožňuje relativně snadnou přeměnu antibiotik na jednodušší produkty.

Proces přípravy nanoslitin je navíc ekologicky i materiálově šetrný. Laserová technologie nevyžaduje použití nebezpečných chemikálií a redukčních činidel. Vytvořený materiál je navíc možné opakovaně použít, což zvyšuje jeho udržitelnost. „Ačkoli jsme teprve na začátku vývoje, počáteční výsledky naznačují, kudy by se dal další výzkum směrovat,“ uzavírá vědec z TUL.

Úvodní snímek: Ondřej Havelka