Команда химиков МГУ имени М. В. Ломоносова в сотрудничестве с экспертами из Китайского университета геонаук разработала прогрессивный катализатор, который позволяет эффективно разлагать остатки тетрациклиновых антибиотиков в промышленных стоках. Этот успех открывает новые пути для охраны окружающей среды и минимизации вреда от неконтролируемого применения антибактериальных препаратов.
Глобальная проблема устойчивости к антибиотикам
Современное общество сталкивается с серьезной угрозой: многие инфекционные заболевания становятся трудноизлечимыми из-за снижения эффективности антибиотиков. Это связано, прежде всего, с их широким использованием не только в медицине, но и в сельском хозяйстве. Животноводство, птицеводство и растениеводство часто используют эти препараты для ускорения роста и профилактики болезней у животных и растений. Как следствие, остатки антибиотиков спустя долгие месяцы попадают в окружающую среду, создавая благоприятные условия для формирования резистентных штаммов микроорганизмов. Еще одна проблема — попадание антибиотиков в питьевую воду. Неэффективный метаболизм у животных и человека также способствует накоплению опасных концентраций препаратов в природе.
Антибиотики тетрациклиновой группы и их опасность
Тетрациклины пользуются особой популярностью благодаря доступности и широкому спектру действия. Однако несмотря на попытки снизить их концентрацию в сточных водах, существующие методы — такие как повышение pH и кипячение раствора, — недостаточно эффективны и не всегда доступны в промышленных масштабах. Часто применяют отстаивание, однако тетрациклины отличаются удивительной устойчивостью: они сохраняют активность в воде больше месяца. Именно поэтому появляется острая необходимость в создании катализаторов, способных разрушать антибиотики до безопасных составляющих простым и доступным способом без опасности вторичного загрязнения.
Открытие российских и китайских ученых: катализатор на базе апатита
Группа под руководством декана химического факультета МГУ Степана Калмыкова совместно с доцентом Диной Дейнеко и коллегами из лаборатории Китайского университета геонаук предложила оригинальное решение. На базе природного минерала — апатита, входящего в состав костной ткани человека, был создан уникальный композит, в котором атомы церия интегрированы в кристаллическую решетку минерала. Такой подход позволил получить материал, который ускоряет окисление тетрациклина во много раз эффективнее обычных методик, при этом изделия на основе апатита нетоксичны и не представляют угрозы для экологии.
Главное преимущество этого решения — устойчивость структуры: тяжелые металлы, присутствующие в катализаторе, прочно зафиксированы внутри апатита и не растворяются в воде, предотвращая вторичное загрязнение. Благодаря кристаллохимическому дизайну удалось не только обеспечить безопасность, но и получить материалы с высокой каталитической активностью.
Научный подход: подтверждение результативности катализатора
Чтобы гарантировать надежность полученного катализатора, ученые провели комплекс исследований и испытаний с применением современных аналитических методов: дифференциальной сканирующей калориметрии и рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Все эксперименты подтвердили, что интеграция церия в молекулярную структуру апатита действительно существенно повышает эффективность разложения тетрациклина в промышленных стоках. Дополнительный плюс в том, что катализатор неприхотлив, доступен по цене и может использоваться в реальных условиях, в том числе на экспериментальных установках с промышленными озонаторами. Результаты тестов показали стабильное разрушение антибиотика до безопасных соединений.
Еще одним достоинством новых катализаторов ученые называют их многофункциональность: церий не только способствует разложению антибиотиков, но и может служить спектроскопическим индикатором для экспресс-анализа остаточного содержания лекарств в воде.
Партнерство и поддержка инноваций
Работа над созданием новых катализаторов стала результатом тесного международного взаимодействия между ведущими учеными МГУ и специалистами Китайского университета геонаук. По словам Степана Калмыкова и Дины Дейнеко, только интеграция передовых научных подходов двух стран позволила добиться столь впечатляющих результатов и выйти на новый уровень борьбы с фармацевтическими загрязнениями.
Стоит отметить, что проект по кристаллохимическому дизайну инновационных материалов получил поддержку Российского научного фонда, что позволило не только разработать уникальные катализаторы для очистки воды, но и расширить спектр исследований в области создания новых люминофоров и других функциональных материалов для применения в различных отраслях промышленности.
Будущее экологически чистых технологий
Совместная работа химиков МГУ и Китайского университета геонаук стала заметным вкладом в решение одной из самых актуальных проблем современности — устойчивости патогенных микроорганизмов к антибиотикам и глобальному фармацевтическому загрязнению. Полученные инновационные катализаторы на основе апатита и церия позволяют с оптимизмом смотреть в будущее: новые технологии сделают промышленные и сельскохозяйственные стоки значительно безопаснее для природы, позволят предотвратить распространение стойких микробов, а универсальность катализатора открывает перспективы его применения в водоочистке по всему миру.
Продолжая успешные научные эксперименты, команда МГУ под руководством Степана Калмыкова и Дины Дейнеко вместе с китайскими коллегами намерена исследовать и другие направления развития устойчивых материалов для экологически безопасной химии. Новейшие открытия вдохновляют научное сообщество и подтверждают: инновации способны решать глобальные задачи, меняя качество жизни людей к лучшему.
Источник: scientificrussia.ru
