Razvoj visokoobčutljive elektrokemijske metode na osnovi magnetnih polimernih nanokompozitov za določanje spojin antibiotikov v sledovih v okolijskih sistemih

Zaradi povečane uporabe antibiotikov se je njihova prisotnost v okolju in naravnih sistemih izjemno povečala. Poraba antibiotikov samo za veterinarske namene je leta 2010 dosegla 63.151 ton, po pričakovanjih pa naj bi se do leta 2030 povečala na približno 105.463 ton. Pomembno je, da se do 80% antibiotikov po zaužitju pri ljudeh ne presnovi in se izloča v okoljske sisteme. Te emisije antibiotikov večinoma vstopajo v okolje skozi komunalne odpadne vode, gnoj in blato iz odplak. Drugi vir velikih emisij antibiotikov je proizvodnja in nadaljnje odstranjevanje neuporabljenih antibiotikov. Poleg tega je sproščanje antibiotikov v okolje zelo zaskrbljujoče, saj lahko prispeva tudi k razvoju in širjenju protimikrobne odpornosti (AMR), kar je znano kot globalna težava in ena največjih groženj za človeka zdravje. Zraven tega AMR predstavlja tudi gospodarsko grožnjo zaradi dodatnih stroškov za zdravstveno oskrbo in izgubo produktivnosti. Koncentracije nekaterih antibiotikov, ki jih najdemo v okolijskih sistemih, škodujejo živalim in posledično vplivajo na zdravje ljudi, saj se lahko kopičijo in delujejo v zelo nizkih koncentracijah (v μg/L ali ng/L). Kot podpora za rešitev tega problema je razvoj analitske metode, ki je dovolj občutljiva za monitoring in določanje antibiotikov v kompleksnih okolijskih vzorcih. Slednje predstavlja signifikantne analitske izzive. Ampak konvencionalne analitske metode so zamudne, drage in pogosto zahtevajo kompleksno predhodno pripravo vzorca. Glede na navedeno je zato nujno potreben razvoj visoko natančne, selektivne in občutljive metode za monitoring in določanje antibiotikov v okolijskih vzorcih. S tem bi indirektno prispevali k okolijski varnosti in zdravju ljudi. Elektrokemijski senzorji, modificiranimi z novimi naprednimi nanomateriali veljajo za nov pristop pri zasnovi elektrokemijskih senzorjev in obetajo prihodnje platforme za določanje ostankov antibiotikov in bodo razviti v predlaganem projektu. Glavni cilj tega projekta je priprava novih hibridnih nanokompozitov na osnovi polisaharidov (hitozan, polulan, karagen, dekstran, focuidan, konkondroin sulfat, itd. s tarčno funkcionalno skupino), skupaj z magnetnimi nanodelci (MNPs) prevlečenih s plastjo amorfnega silicijevega dioksida s kontroliranimi fizikalno-kemijskimi lastnostmi. Tako pripravljeni nanokompoziti bodo služili kot nanomateriali za nadaljnjo modifikacijo elektrokemijskih elektrod. Analitska učinkovitost skrbno načrtovane elektrokemijske elektrode bo nato popolnoma validirana za zaznavanje izbranih (najbolj perečih) antibiotikov, ki se pogosto sproščajo v okolje (tj. tetraciklini, penicilini). Pričakuje se, da bo skrbno načrtovan elektrokemijski senzor, ki temelji na nanokompozitih, izražal nižjo LOD, večjo občutljivost, selektivnost in širše linearno območje koncentracije v primerjavi s trenutno razpoložljivimi najsodobnejšimi elektrokemijskimi senzorji. V predlaganem projektu bodo preučeni in optimizirani nanokompozitni in tudi procesni parametri priprave le teh. Kvalitativne in kvantitativne korelacije med nanokompozitnimi značilnostmi in parametri obdelave pa bodo temeljito raziskane na temeljni ravni raziskav z namenom pridobitve optimalne platforme analitskih senzorjev. Razvit elektrokemijski senzor s pristopom napredne nanotehnologije bo omogočil razvoj visoko občutljive elektrokemijske metode za določitev antibiotikov v sledovih. Določitev antibiotikov ne bo izvedena le v modelnih raztopinah, temveč tudi v bolj kompleksnih matricah, kot so realni okolijski vzorci. Znanje pridobljeno v predlaganem temeljnem projektu bo pripomoglo k zasnovi potencialnih komercialnih elektrokemijskih senzorjev za zaznavanje antibiotikov. Različni segmenti, kot so varstvo okolja, nanotehnologija in elektro-analizna kemija, pa bodo okrepljeni in obogateni. Projekt bo z razvojem naprednih analitičnih metod, ki omogočajo sledljivost antibiotikov, pomembno vplival na pomembne discipline na področju varstva okolja.