レボフロキサシンは一般的に処方される非常に効果的な抗生物質です。残念ながら、その強固な構造のため、自然界に蓄積し、動物を中毒させるケースが増えています。研究者らは今回、分解が難しい有効成分を廃水から効果的に除去できる光電法を初めて開発した。この技術には、これまでのアプローチとは異なり、再利用できるさまざまな金属酸化物で作られた電極が含まれます。
抗生物質レボフロキサシンは、細菌の複製と増殖を阻害することで、さまざまな細菌に対して作用します。したがって、特に皮膚、尿路、気道の細菌感染症、たとえば膀胱、肺、副鼻腔の炎症に対して処方されることがよくあります。しかし、抗生物質の残留物は、人間の尿や廃水を通じて定期的に川や湖に流れ込みます。レボフロキサシンは、私たちの体内でも、下水処理場でも、自然界でもうまく分解できません。有効成分は蓄積し、環境をますます汚染します。この分子は、たとえ少量でも多くの生物にとって有毒であり、ホルモンバランスを妨げます。
触媒を探しています
そのため、ブラジルのサンパウロ大学のカルロス・フェルナンデス率いる研究者らは、水環境からレボフロキサシンを除去する方法を模索してきた。彼らのアプローチは、分子を生分解性の無毒な物質に変換することです。これを行うために、彼らは二酸化イリジウム (IrO2) と五酸化ニオブ (Nb2O5) をいくつかコーティングしたチタン製の電極を開発しました。金属半導体材料を用いたこの構造により、電極は電気と光を供給することで化学反応を触媒し、以前の分析が示唆したように、フリーラジカルが形成され、さまざまな有機活性成分が酸化されます。フェルナンデスと彼の同僚は、この光電プロセスがレボフロキサシンにも作用するのではないかと疑った。
科学者らは、有効成分で人工的に汚染された水サンプルと実際の廃水サンプルの両方で、電極を使用したときに抗生物質に実際に何が起こるかをテストし、それぞれをこの方法で90分間処理した。この電極は、両方のタイプの水サンプルにおいて抗生物質分子を確実に、迅速かつ効果的に変換できることが示されました。その後の化学分析で明らかになったように、これにより、ヒドロキシルラジカルや硫酸ラジカルなどのいくつかのフリーラジカルが形成されました。 「これらはレボフロキサシン内のさまざまな化学結合や原子団を効果的に攻撃し、それによってそれらをさまざまな無毒で生分解性のイオンに変換または分解できるようにします」と研究者らは述べています。
電極は再利用可能
実験で示されたように、使用された五酸化ニオブのおかげで、電極自体は安定した状態を保ち、数回再利用できました。このため、この電極は、寿命が短い他の金属酸化物を使用した以前のアプローチとは異なります。フェルナンデス氏らの報告によれば、この新技術は将来、廃水や自然水からレボフロキサシンを除去するために使用される可能性がある。
出典: Carlos Fernandes (サンパウロ大学) 他、Electrochimica Acta、 doi: 10.1016/j.electacta.2023.143586
