Beta-blokerler, hipertansiyon, aritmiler ve kalp krizi sonrası iyileşme gibi kardiyovasküler rahatsızlıkları yönetmek için kullanılan, yaygın olarak reçete edilen farmasötiklerdir. Bunlar arasında atenolol (ATL) ve metoprolol (MTL) özellikle yaygındır. Yüksek kimyasal stabiliteleri terapötik etkinliğe fayda sağlar, ancak aynı zamanda yavaş yavaş bozundukları ve çevrede kalıcı oldukları anlamına da gelir. Geleneksel atık su arıtma tesisleri bu bileşiklerin uzaklaştırılmasında büyük ölçüde etkisizdir ve bu bileşiklerin nehirlere ve göllere girmesine neden olur; burada düşük konsantrasyonlar bile algler, balıklar ve diğer suda yaşayan organizmalar üzerinde kronik toksik etkiler yaratabilir.
Bu tür kalıcı farmasötikleri ortadan kaldırmak için araştırmacılar, kovalent organik polimerler (COP’ler) gibi gelişmiş adsorban malzemelerin geliştirilmesini araştırdılar. Bu gözenekli malzemeler, çeşitli fonksiyonel gruplarla tasarlanabilir ve böylece adsorpsiyon özelliklerinin ince ayarı yapılabilir. Son zamanlarda, flor atomları içeren COP’ler, alışılmadık derecede yüksek adsorpsiyon performansları ve dolayısıyla çevresel kirleticileri giderme potansiyelleri nedeniyle büyük ilgi görmüştür. Ancak çok az çalışma bunların farmasötiklerin uzaklaştırılmasındaki uygulamalarını araştırdı.
Seul Ulusal Bilim ve Teknoloji Üniversitesi (SeoulTech) Çevre Mühendisliği Bölümü’nden Profesör Yuhoon Hwang liderliğindeki bir araştırma ekibi, bu boşluğu doldurarak FCOP’ları beta blokerler için adsorban olarak araştırdı.
Prof. Hwang, “Çalışmamız, FCOP’ların kalıcı beta blokerleri sudan uzaklaştırma konusunda oldukça umut verici olduğunu gösteriyor” diyor. “FCOP’ların neden alışılmadık derecede yüksek adsorpsiyon kapasitelerine ulaştığını açıklayan adsorpsiyon mekanizmalarını da açıklığa kavuşturduk.” Çalışma dergide yayınlandı Çevresel Araştırma.
Ekip, basit, katalizör içermeyen tek kap yöntemini kullanarak bir FCOP hazırladı ve bunların ATL ve MTL’yi sudan uzaklaştırma yeteneklerini test etti. Dikkat çekici bir şekilde FCOP’lar, ilk dakika içinde MTL’nin %67,3’ünü ve %70,4’ünü ortadan kaldırarak olağanüstü adsorpsiyon performansı gösterdi. İlginç bir şekilde, araştırmacılar beta-bloker konsantrasyonuna karşı adsorpsiyon performansını grafiğini çizdiğinde, eğri sigmoidal veya S şeklinde bir profil gösterdi.
Daha düşük konsantrasyonlarda, moleküllerin adsorban yüzeyine tek bir katmanda adsorbe edildiği tek katmanlı adsorpsiyon etkisi ile tutarlı olarak adsorpsiyon, kademeli olarak arttı. Bununla birlikte, 60 mg/L’lik bir konsantrasyonun ötesinde, her iki beta-bloker için alım keskin bir şekilde arttı; bu da çok katmanlı bir adsorpsiyon etkisine işaret ediyor.
Çok katmanlı adsorpsiyonda, moleküller birden fazla katman halinde toplanır ve bunların etkileşimleri adsorpsiyon performansını artırabilir. Bu adsorpsiyon davranışı FCOP’ları geleneksel adsorbanlardan ayırır. Daha da önemlisi FCOP, birden fazla iyon ve organik asit içeren gerçek su numunelerinde bile bu güçlü adsorpsiyon performansını korudu.
Ekip ayrıca bu alışılmadık derecede yüksek performansı sağlayan temel mekanizmaları da belirledi. FCOP’un bol miktarda flor atomundan oluşan zengin yapısının çoklu sinerjistik etkileşimlere yol açtığını bulmuşlardır. Birincisi, florin varlığı FCOP ve beta blokerler arasında güçlü moleküller arası etkileşimlere yol açar. İkincisi, elektrostatik etkileşimler, pozitif yüklü beta blokerlerin negatif yüklü FCOP moleküllerine adsorpsiyonunda anahtar rol oynar. Son olarak, FCOP’un hidrofobik doğası su ile teması en aza indirir, adsorbe edilen moleküllerin toplanmasını teşvik eder ve çok katmanlı adsorpsiyonu kolaylaştırır.
Prof. Hwang, “Bu sinerjik etkileşimler, FCOP’nin olağanüstü adsorpsiyon kapasitesini kapsamlı bir şekilde açıklamaktadır. Bulgularımız, yeni nesil adsorbanların tasarlanması için değerli bir temel olarak hizmet edebilir” diyor. “Gelecekte, flor bakımından zengin olan bu adsorbanlar, yalnızca sudaki yaşamı korumakla kalmayıp aynı zamanda daha güvenli içme suyu sağlamak için su ortamlarındaki farmasötiklerin azaltılmasında değerli olacaktır.”
FCOP’ları gelişmiş arıtma sistemlerine entegre ederek su tesisleri farmasötik kirliliği daha etkili bir şekilde azaltabilir. Bu yenilik, ekosistemleri ve insan sağlığını koruyan sürdürülebilir arıtma stratejilerine doğru önemli bir adımı temsil ediyor.
