3D打印净水器助力控制水污染

来自制药 3D 打印专家FabRx、伦敦大学学院和圣地亚哥德孔波斯特拉大学(USC) 的研究人员开发了一种新型 3D 打印设备,能够从水中去除药物。

药物渗入环境供水是一个关键的全球问题,可能对生态平衡产生巨大影响,并对人类健康构成重大风险。

该团队的可定制和可重复使用的生物催化设备 Printzyme 能够从水中去除某些药物,并有可能在未来帮助解决世界水污染危机。

3D打印净水器助力控制水污染
研究人员的 Printzyme 设备可以从水中去除药物。图片通过

医药3D打印

FabRx 是 UCL 的衍生产品,它利用 3D 打印技术来创建个性化的药物和给药设备。

该公司之前曾与 UCL 和 USC 合作,为患有罕见代谢紊乱枫糖浆尿病 (MSUD) 的儿童开发个性化 3D 打印咀嚼片,并利用 3D 打印制造带有盲文和月亮图案的 Printlets以帮助服用药物视力障碍患者。

最近,三个合作伙伴共同开发了3D 打印泪点塞来对抗干眼症。泪管塞装有消炎药地塞米松,并插入眼睛的泪管以阻塞它并防止液体排出。

现在,该团队正将注意力转向研究 3D 打印如何帮助减少我们环境供水中药物的有害污染。

3D打印净水器助力控制水污染
两个环面和两个圆柱体 3D 打印 Printzymes。图片来自《水研究》杂志。

制药水污染

如今,人们一生中会以越来越高的速度服用数十种药物,尤其是随着年龄的增长。随着更多的药物被消耗,更多的药物随后被排泄或处理掉,并最终进入我们的水系统。事实上,据报道,药物及其代谢物几乎存在于所有水生环境中,包括饮用水、地下水和我们的海洋。

这种污染是一个全球性问题,抗生素、镇痛药、降脂药和雌激素是世界范围内报道最多的水污染药物,尽管真正的规模在很大程度上是未知的。这些污染物渗入我们的水系统不仅对人类健康而且对生态平衡构成重大风险。

例如,进入水中最多产的药物之一,双氯芬酸,已被证明对秃鹰等候鸟是致命的,而污水中的雌激素导致雄鱼雌性化,这极大地影响了它们的繁殖成功。进入我们的水系统的不仅仅是药物,还有可卡因、阿片类药物和甲基苯丙胺等娱乐性物质。

虽然世界卫生组织(WHO) 已经成立了一个工作组来解决药物渗入水中的问题,但迄今为止所提出的从水中去除药物的方法的有效性不一。污泥处理、生物过滤、反渗透和纳滤只是提出的一些方法,其中一些方法的药物去除率低于 10%。

因此,FabRx、UCL 和 USC 正试图满足对更有效技术的需求,以通过 3D 打印更简单、更经济高效地从水中去除药物和污染物。

3D打印净水器助力控制水污染
圆柱体 Printzymes 上的 ESEM 图像。图片来自《水研究》杂志。

3D 打印 Printzyme

联合团队开展了一项研究,以开发、制造和验证 3D 打印生物催化装置,用于从医院或制药设施等集中来源的废水中去除药物。

Printzyme 设备具有完全可定制的形态,并使用天然酶漆酶作为药物氧化剂,已被证明可以降解多种药物。

制备含有漆酶、光引发剂 (LAP) 以及 PEGDA 和水的混合物的光聚合物树脂。然后将载有酶的树脂倒入Formlabs Form 2 SLA 3D 打印机的树脂槽中,从中3D 打印出四种不同形状的 Printzymes。

Printzymes 是在一个半小时内制造出来的,然后在 Formlabs 的Form Wash 和 Form Cure 机器中清洗和固化,可以同时制造超过 50 个 Printzymes 的圆柱形和圆环形状。

使用两种模型药物双氯芬酸和炔雌醇测试 Printzymes 从水中去除药物的能力,这两种药物都在欧洲水污染观察名单上。在100ml烧瓶内制备单独的药物溶液,在其中沉积Printzyme并以100rpm连续摇动48小时。

发现 Printzyme 装置成功降低了溶液中两种药物的浓度,在 24 小时内去除了 80% 以上的溶解双氯芬酸,在短短两小时内去除了 95% 的炔雌醇。

据研究人员称,该研究证明了 SLA 3D 打印作为一种在温和条件下捕获酶的简化方法的潜力。该团队表示,该结果提出了一种“显着有效且可持续”的方法来去除水中的药物污染物,并显示出进一步发展生物修复技术的巨大潜力。

Printzyme 设备在研究期间也被证明是可重复使用的,并且可能有助于以“灵活、易于扩展和具有成本效益”的方式更有效地解决世界水污染危机。

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