بررسی فعالیت کاتالیستی و ضدباکتریایی نانوذرات مگنتیت آهن در حذف سیپروفلوکساسین

آنتی بیوتیک ها یکی از پرمصرف ترین ترکیبات دارویی در علوم مختلف مانند پزشکی و دامپزشکی می باشند. در میان این دسته دارویی، سیپروفلوکساسین آنتی بیوتیکی پرمصرف در درمان عفونت ها است که تقریبا بخش عمده آن به صورت غیرمتابولیزه دفع می شود و در نهایت از طریق تخلیه فاضلاب ها و پساب ها به منابع آبی وارد می شود. حضور حتی مقادیر بسیار پایین سیپروفلوکساسین در فاضلاب و پساب ها می تواند آسیب های اکولوژیکی در پی داشته و عامل تهدید جدی برای سلامت انسان باشد، از این رو یافتن راهکارهای عملی جهت حذف این آنتی بیوتیک امری ضروری است. در بین روش های حذف آتی بیوتیک ها در محیط های آبی، فرایندهای اکسیداسیون پیشرفته جایگاه ویژه ای دارد. در این مطالعه خاصیت ضدباکتریایی و کاتالیستی نانوذرات مگنتیت (MNPs) (Fe3O4)  سنتز شده در حذف سیپروفلوکساسین مورد بررسی قرار گرفت.

در این مطالعه تجربی نانوذرات مغناطیسی آهن Fe3O4 (MNPs) به روش هم ترسیبی سنتز شدند. سپس بعد از تهیه نانو ذرات، مشخصات فیزیکی و ساختاری این نانوذرات با استفاده از روش های استاندارد میکروسکوپ الکترونی رویشی (SEM:Scanning Electron Microscope)، پراش اشعه ایکس(X-ray powder diffraction: XRD)، میکروسکوپ الکترونی عبوری (TEM:Transmission Electron Microscopy) و اندازه گیری سطح ویژه (Brunauer, Emmett and Teller: BET) مشخص گردید. در گام اول خاصیت کاتالیستی نانوذرات برای سیپروفلوکساسین طی فرایند سونو فنتون مورد بررسی قرار گرفت. در این مطالعه پارامترهای تجربی مانند دوز کاتالیست Fe3O4، pHاولیه محلول و غلظت پراکسید هیدروژن، زمان واکنش و غلظت اولیه آنتی بیوتیک بررسی شدند. بررسی کارایی فرایندهای مختلف جهت حذف سیپروفلوکساسین شامل اولتراسوند/پراکسید هیدروژن/ نانوذرات مگنتیت در مقابل فرایندهای اولتراسوند به تنهایی(US)، پراکسید هیدروژن به تنهایی(hydrogen peroxide)، نانوذرات مگنتیت به تنهایی (MNPs)، اولتراسوند/پراکسید هیدروژن (hydrogen peroxide/US)، پراکسید هیدروژن/ نانوذرات مگنتیت (MNPs/hydrogen peroxide) و نانوذرات مگنتیت/ اولتراسوند(MNPs/US)در شرایط مشابه آزمایشات جداگانه انجام شد. در گام دوم خاصیت ضدباکتریایی نانوذره به روش ماکرو دیلوشن براث بر روی باکتری اشرشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس تعیین گردید. در انتها نتایج حاصل از این مطالعه با استفاده از آنالیز واریانس یک طرفه(ANOVA) و نرم افزار SPSS نسخه 22تجزیه و تحلیل شدند.

یافته های مشخصات نانوذرات سنتز شده مشخص کرد که میانگین اندازه نانوذرات مگنتیت تقریبا30-20 نانومتر می باشد. یافته های TEM ،یکنواخت بودن سایز و ساختار نانوذرات سنتز شده را تایید کرد. بالاترین راندمان حذف، مربوط به فرایند تلفیقی MNPs/hydrogen peroxide/US با راندمان حذف88/36 درصد بوده است که این راندمان بالا ناشی از اثر مستقیم واکنش بین عوامل فنتون با امواج اولتراسونیک بوده که منجر به تولید رادیکال های هیدروکسیل بسیار زیادی می شود. حداکثر حذف سیپروفلوکساسین در غلظت 0/5گرم در لیتر کاتالیست،3 pH=، غلظت 5 میلی مولار پراکسیدهیدروژن، قدرت اولتراسونیک 550 وات و زمان واکنش 60 دقیقه به دست آمد. برای اشرشیاکلی و استافیلوکوکوس اورئوس حداقل غلظت مهارکنندگی و کشندگی به ترتیب3/125 ، 6/25 و 1/56 ،3/125 میکروگرم بر میلی لیتر به دست آمد.

براساس یافته های مطالعه حاضر نانوذرات آهن مگنتیت سنتز شده دارای خواص ضدباکتریایی بالایی علیه سویه های باکتریایی می باشند و هم چنین دارای ویژگی کاتالیستی بسیاری در فرایند سونوفنتون برای حذف سیپروفلوکساسین بودند، بنابراین این فرایند می تواند روشی موثر برای حذف فاضلاب بیمارستانی و دارویی باشد.