A bór-nitrid egy szilárd halmazállapotú, fehér, alacsony porozitású anyag, amit melegen sajtolt formában állítanak elő.

A MISZISZ egyetemen kifejlesztettek egy bór-nitrid alapú bevonatot, amely képes befogni az antibiotikumokat az oldatokból. Az anyag 7-14 nap alatt eltávolítja a gyógyszerek 100%-át, és többször is felhasználható. A fejlesztés segít megtisztítani a szennyvizet az abba belekerült antibiotikumoktól és ezáltal elkerülni a gyógyszerrezisztencia kialakulását az emberekben.

Az antibiotikumokat széles körben használják az orvostudományban és a mezőgazdaságban a kórokozó baktériumok és gombák hatástalanítására, elpusztítására. A WHO szerint használatuk 2000 és 2015 között 91 százalékkal nőtt a világon. Ugyanakkor az antibiotikumok az előállítás és alkalmazás során gyakran a szennyvízbe kerülnek, ami hozzájárul a mikroorganizmusok rezisztenciájának kialakulásához ezekkel a gyógyszerekkel szemben. Ez pedig oda vezethet, hogy még az egyszerű bakteriális fertőzés kezelése is lehetetlenné válik. A gyógyszervegyületeket tartalmazó szennyvizek tisztítására különféle fizikai, kémiai és biológiai folyamatokat, illetve ezek kombinációit alkalmazzák, de nem mindegyik felel meg a modern hatékonysági és költségigényeknek.

A szennyvízben jelen lévő leggyakoribb antibiotikum a tetraciklin és az amoxicillin.

Mára már bizonyítékok vannak arra, hogy egyes mikroorganizmusok elvesztették a velük szembeni érzékenységüket, így az antibiotikumos szennyvíz tisztításának kérdése meglehetősen akut. Az orosz kutatók azt állítják, hogy egy rendkívül hatékony és olcsó újrafelhasználható anyagot fejlesztettek ki. Ennek érdekében nanostrukturált bevonatokat szintetizáltak szilícium szubsztrátumon, amely hatszögletű bór-nitrid alapú. Azaz egy olyan vegyület, amelynek atomjai hatszögek formájában kapcsolódnak össze. Ezek a „méhsejtek” kémiailag stabilak és képesek megtartani az antibiotikumokat. A javasolt anyag kialakítása tulajdonképpen egy hordozóra lerakott „megfogó” réteg, amely rendkívül kényelmes lesz az ipari felhasználás során.

A nagy fajlagos felülettel rendelkező nanoanyagok ígéretes platformot jelentenek a különféle szennyező molekulák olcsó és nagyon hatékony szorbensei számára. Különféle anyagokat vizsgáltak az antibiotikumok vizes oldatokból való adszorpciójára: szén nanocsövek, grafén, grafén-oxid, aktív szén, fém-szerves váz, bór-nitrid és mások. A 2D anyagok nagy fajlagos felülettel rendelkeznek, ezért kiváló szorbensek sokféle szennyezőanyag számára. A hatszögletű bór-nitrid (h-BN) egyedülálló tulajdonságaival tűnt ki. Nem mérgező, fokozott termikus stabilitású, újrahasznosíthatóság és oxidációs ellenállás kiváló, mind jó adszorbenssé teszi. Ezen túlmenően, figyelembe véve az atomosan vékony h-BN nano-lemezek (BNNS-ek) nagy léptékű szintézisének lehetőségét, ezt az anyagot víztisztítási adszorbensként tanulmányozták.

A bór-nitrid szorbensek nagyon könnyűek és nagy gravimetriai kapacitást mutatnak, miközben magas a kémiai és termikus stabilitásuk, ami jó anyagregenerációt biztosít.

A hexagonális bór-nitrid 2D formában is jó szorbens (a tetraciklin maximális adszorpciós kapacitása 346,66 mg/g), de a bór-nitrid felület módosítása akár 500 mg/g-ra növelheti a szorpciós kapacitását. A bór-nitridet azonban gyakran használják por formájában, ami nem mindig kényelmes ipari alkalmazásokhoz. Az aljzatra felvitt h-BN bevonatok használata közelebb viheti az emberiséget egy praktikusabb anyaghoz.

A tudósok azt is tesztelték, hogy az anyag képes-e begyűjteni, visszatartani napjaink négy leggyakoribb antibiotikumát – tetraciklin, ciprofloxacin, amoxicillin, amfotericin B –, amelyeket olyan baktériumok elleni küzdelemben használnak, mint a Staphylococcus aureus, az E. coli és a kolerabaktérium. Ennek érdekében bór-nitrid bevonatokat merítettek oldatokba preparátumokkal és meghatározták, hogy az antibiotikum mennyi ideig telepszik meg a bevonaton.

„Láthatóvá vált, hogy a terápiás gyógyszerek befogásának sebessége a táptalaj savasságától és a kísérlet során alkalmazott oldatokban lévő antibiotikumok koncentrációjától függ. Így az oldat teljes tisztítása akár kétszer gyorsabban ment végbe semleges közegben, mint savas és lúgos közegben. Ugyanakkor a tetraciklin eltávolítása, koncentrációjától függően, 7-10 nap, a ciprofloxacin 8-11, az amoxicillin 10-12, az amfotericin B 11-14 nap. Mivel a szennyvíz semleges savasságú, a bór-nitrid működik benne a leghatékonyabban” – mondta Krisztina Kotyakova, Ph.D.

Ezenkívül azt is kimutatták, hogy a bór-nitrid bevonatokat különböző szerves oldószerek, köztük alkoholok segítségével sikeresen meg is tisztíthatják a rájuk rakódott antibiotikumoktól.

Tisztítás után az anyag megőrizte az összes figyelembe vett készítmény rögzítésének képességét. Ugyanakkor az anyag hatékonysága kissé csökkent (5-15%).

„A bór-nitrid bevonatok gazdaságos, újrafelhasználható és rendkívül hatékony antibiotikum-mentes szennyvíztisztítóként használhatók. Ez segít elkerülni a baktériumok multidrog rezisztenciájának kialakulását és más élő szervezetekre gyakorolt toxikus hatást. A jövőben továbbra is tanulmányozni fogjuk ezen anyagok arra irányuló képességét, hogy képesek-e más szennyező anyagokat csapdába ejteni” – teszi hozzá Ljubov Sorokina a projekt vezetője, a fizikai és matematikai tudományok kandidátusa, az intézet tudományos főmunkatársa.