Detekcja i wychwytywanie środków kontrastowych w źródłach wody
Środki kontrastowe są stosowane w procedurach obrazowania medycznego, takich jak promieniowanie rentgenowskie, rezonans magnetyczny i tomografia komputerowa. Tymczasowo zmieniają one sposób, w jaki narzędzia diagnostyczne wchodzą w interakcję z ciałem, co poprawia jakość generowanych obrazów i przekłada się na większą dokładność ocen klinicznych. Jednak środki kontrastowe są klasyfikowane jako jedne z najbardziej trwałych zanieczyszczeń farmaceutycznych(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Choć dostają się do ekosystemów wodnych w stosunkowo niskich stężeniach, prowadzą do akumulacji toksycznych produktów ubocznych, które są szkodliwe dla zdrowia ludzkiego i środowiska. Projekt REMEDI(odnośnik otworzy się w nowym oknie), finansowany przez program działań „Maria Skłodowska-Curie”, połączył partnerów akademickich i przemysłowych w celu sprostania coraz powszechniejszemu wyzwaniu, jakim jest zanieczyszczenie farmaceutyczne w naszych systemach wodnych.
Badanie zachowania środków kontrastowych
Powszechne stosowanie środków kontrastowych i ich stabilność chemiczna utrudniają ich usuwanie za pomocą konwencjonalnych metod uzdatniania wody. Aby znaleźć skuteczne techniki remediacji, zespół REMEDI najpierw starał się zbadać zachowanie środków kontrastowych przy użyciu kombinacji eksperymentów laboratoryjnych i modelowania numerycznego. Celem była ocena mobilności i utrzymywania się środków kontrastowych w różnych porowatych ośrodkach i naturalnych środowiskach wodnych, w tym jeziorach, źródłach i studniach wód gruntowych. „Nasza praca pokazała, że środki kontrastowe są bardzo trwałe, a na ich mobilność wpływają interakcje z chemią wody oraz właściwości fizyczne osadów i materiałów porowatych”, mówi koordynator projektu Alberto Guadagnini. „Spostrzeżenia te pozwoliły nam zrozumieć mechanizmy kontrolujące transport, wiązanie i odzyskiwanie środków kontrastowych w systemach wodnych”, dodaje Guadagnini.
Nowa klasa materiałów remediacyjnych
Kolejnym krokiem było poszukiwanie materiałów skutecznie wiążących środki kontrastowe w wodzie. Zespół REMEDI najpierw przetestował produkty uboczne zawierające żelazo (Fe), które choć początkowo obiecujące, ostatecznie nie przyniosły oczekiwanych rezultatów. Następnie skupił się na opracowaniu i optymalizacji alternatywnych materiałów adsorpcyjnych, takich jak granulowany węgiel aktywny i modyfikowane glinki. Materiały te, wybrane ze względu na ich stabilność, selektywność i zdolność adaptacji, okazały się bardzo skuteczne w wychwytywaniu środków kontrastowych. Opierając się na tym odkryciu, zespół opracował metodę odzyskiwania opartą na filtracji i adsorpcji, w której zanieczyszczona woda przepływa przez filtry zawierające materiały reaktywne, które zatrzymują środki kontrastowe, umożliwiając jednocześnie przepływ czystej wody. „Optymalizując warunki przepływu, geometrię filtra i właściwości materiału, byliśmy w stanie poprawić interakcję między środkami kontrastowymi a adsorbentem, co umożliwia skuteczniejsze usuwanie i potencjalne odzyskiwanie środków kontrastowych do ponownego użycia”, wyjaśnia kierownik projektu Giovanni Porta. Środki kontrastowe mogą być potencjalnie odzyskiwane z filtra sorbentu, co pozwoli na zabezpieczenie dostaw krytycznych produktów farmaceutycznych, lub mogą być ponownie wykorzystane do zastosowań przemysłowych. Ten zamknięty obieg użytkowania zmniejszy ilość odpadów i ograniczy zużycie zasobów.
Tworzenie podstaw dla praktycznych zastosowań
Łącząc uczenie maszynowe, modele oparte na fizyce i dowody eksperymentalne, zespół REMEDI starał się przygotować grunt pod przełożenie wyników na rzeczywiste zastosowania. Zwrócił przy tym uwagę na kluczowe kwestie, które będą decydujące dla zastosowań praktycznych: dotyczą one złożonego składu wody, niskich poziomów zanieczyszczeń wymagających wysoce selektywnych materiałów do skutecznego wychwytywania i odzyskiwania oraz długoterminowej trwałości materiałów. Zespół REMEDI przeprowadził także badanie w ośrodkach medycznych w celu oceny świadomości na temat wpływu środków kontrastowych na środowisko, które wykazało ograniczoną wiedzę wśród pracowników służby zdrowia. Uznano w związku z tym, że podniesienie świadomości wśród społeczności medycznej mogłoby zachęcić do stosowania proaktywnych środków wraz z technologią w celu zmniejszenia wpływu środków kontrastowych na ekosystemy wodne. Takie środki mogą obejmować na przykład pobieranie próbek moczu po badaniu w celu oceny stężenia środków kontrastowych, a także zaawansowane praktyki postępowania ze środkami kontrastowymi. Wyniki badawcze projektu REMEDI mogą zostać wykorzystane do wprowadzenia zaawansowanych metod filtracji i odzyskiwania zanieczyszczeń do polityki, a także do wyznaczenia nowych celów dotyczących środków kontrastowych, dając początek bardziej zrównoważonym praktykom zarówno w służbie zdrowia, jak i ochronie środowiska.
