التحضير الصديق للبيئة لأطر معدنية-عضوية غير متبلورة قائمة على السيريوم كممتزّات فعالة تجاه المضاد الحيوي أوفلوكساسين

لماذا يهم تنظيف المياه الملوثة بالأدوية

تظهر آثار المضادات الحيوية الآن بشكل روتيني في الأنهار والبحيرات وحتى مياه الشرب، ويرجع ذلك إلى أن الأدوية التي يتناولها البشر والحيوانات لا تتحلل بالكامل داخل الجسم. أحد الأدوية المستخدمة على نطاق واسع، المضاد الحيوي أوفلوكساسين، قد يبقى في البيئة، ما قد يضر بالكائنات المائية ويعزز مقاومة المضادات الحيوية. تستكشف هذه الدراسة مادة جديدة صديقة للبيئة يمكنها امتصاص الأوفلوكساسين من الماء بكفاءة، وفي الوقت نفسه تكون أبسط وأكثر خضرة في التصنيع مقارنة بالخيارات الحالية.

بناء إسفنجيات دقيقة من قطع معدنية وعضوية

المواد المحورية في هذا العمل تُدعى الأطر المعدنية–العضوية، أو MOFs. تُبنى مثل السقالات من ذرات معدنية مرتبطة بجزيئات عضوية، ما يخلق مساحة سطح داخلية هائلة ومسامات دقيقة يمكن أن تحجز الملوِّثات. تقليدياً تكون الأطر المعدنية–العضوية بلّورات منظمة تُصنع باستخدام مذيبات عضوية وحرارة. هنا، ركز الباحثون بدلاً من ذلك على أطر غير متبلورة قائمة على عنصر السيريوم — هياكل تفتقر إلى ترتيب على المدى الطويل لكنها تحافظ على الروابط المعدنية–العضوية الأساسية. يمكن أن تكون النسخ غير المتبلورة أسهل في الإنتاج على نطاق واسع، أكثر متانة ميكانيكياً، وغنية بمواقع العيوب التي يمكن أن تعمل كمواقع إضافية لالتقاط الملوثات.

وصفة خضراء تستخدم الماء فقط

لتحضير هذه الأطر غير المتبلورة من السيريوم، طوّر الفريق طريقة في درجة حرارة الغرفة تستخدم الماء كمذيب وحيد، سواء لبناء المادة أو لتنشيطها. مزجوا ملح سيريوم مع رابط عضوي في ماء يحتوي على ملح يساعد في تشكيل الإطار. من خلال تعديل كيفية التعامل مع أجزاء الرابط غير المذابة والموائع المستخدمة أثناء الغسل، أنشأوا عدة متغيرات ذات أحجام مسامات ومساحات سطحية مختلفة. إحدى الحيل الأساسية كانت ترشيح جزيئات الرابط غير المذابة لمنعها من سد المسامات. أكدت اختبارات باستخدام حيود الأشعة السينية والمطيافية تحت الحمراء أن المنتجات كانت فعلاً غير متبلورة لكنها احتفظت بالوحدات الكيميائية الأساسية الموجودة في أشقائها البلورية.

مدى كفاءة هذه الإسفنجيات في التقاط الأوفلوكساسين

ثم اختبر الباحثون كل إطار غير متبلور كممتزّ—مادة تستطيع التقاط الجزيئات من الماء—باستخدام الأوفلوكساسين كنموذج ملوِّث. أظهرت قياسات امتصاص غاز النيتروجين أن الجسيمات تمتلك مسامات متوسطة الحجم، وهي مسامات كافية لدخول جزيئات الأوفلوكساسين والتحرك بداخلها. من بين العينات المختلفة، نجحت عينة معنونة Ce-MOF-A-2 في تحقيق توازن أمثل بين حجم المسام ومساحة السطح. في ظروف ملائمة بالقرب من درجة حرارة الغرفة وبـ pH يقارب محايد الماء، امتصت تلك العينة الأوفلوكساسين بسعة تجريبية نحو 139 ملليغرام لكل غرام من المادة. أظهرت تحليلات سرعة وقوة تثبيت الأوفلوكساسين أن طبقة متجانسة من الجزيئات تتكوّن على السطح وداخل المسامات، مع اعتماد العملية بشكل أساسي على تفاعلات كيميائية أكثر من الاعتماد على الحجز الفيزيائي البسيط. ومن اللافت أن السعة العظمى المحسوبة من البيانات فاقت قليلاً تلك الخاصة بإطار بلّوري مماثل وكانت أكثر من ضعف تلك الخاصة بفحم منشط مرجعي شائع.

ما الذي يتحكم في الالتقاط والتحرير

لمحاكاة ظروف مياه الصرف الحقيقية، فحص الفريق كيف يؤثر الرقم الهيدروجيني والملح المذاب ودرجة الحرارة على الأداء. عملت المادة بأفضل شكل قرب الرقم الهيدروجيني المحايد، حيث يوجد الأوفلوكساسين في شكل مشحون جزئياً وسطح الإطار يحمل شحنة سالبة خفيفة. تحت هذه الظروف، تتعاون عدة قوى: انجذاب خفيف بين الشحنات، روابط هيدروجينية، تراكب بين أجزاء حلقية في الدواء والإطار العضوي، وملء بسيط للمسامات. إضافة الملح الشائع عزز الإزالة أيضاً بجعل بقاء الأوفلوكساسين في الماء أقل راحة، مما يدفعه نحو الإطار. كما أن الارتفاع في درجة الحرارة زاد من الامتزاز، مما يدل على أن العملية تستفيد من طاقة حرارية إضافية. كان يمكن إعادة استخدام المادة عدة مرات بعد الغسل، مع فقدان بعض السعة بسبب جزيئات الدواء العالقة في المسامات، لكن هيكلها العام وثباتها الحراري بقيا إلى حد كبير سليمين.

ماذا يعني هذا من أجل مياه أكثر أماناً

بعبارات بسيطة، تُظهر الدراسة أنه من الممكن صنع “إسفنجيات جزيئية” فعالة للغاية لتلوث المضادات الحيوية باستخدام عملية بسيطة تعتمد الماء فقط في درجة حرارة الغرفة. الإطار غير المتبلور الأفضل أداءً القائم على السيريوم امتص مزيداً من الأوفلوكساسين مقارنة بالعديد من الأطر البلورية وبكثير مقارنة بالفحم المنشط، مع بقاءه مستقراً وقابلاً لإعادة الاستخدام جزئياً. وبما أن الطريقة تعتمد مكونات غير ضارة وتتجنب ظروفاً قاسية، فهي تشير إلى إمكانية إنتاج مرشحات متقدمة بتكلفة معقولة يمكن تعبئتها في أعمدة معالجة أو خرطوشات. وإذا ما تم توسيع نطاق الإنتاج، قد تصبح هذه الأطر غير المتبلورة المصنوعة بطريقة خضراء أدوات قوية للمساعدة في إبقاء مخلفات الأدوية خارج المياه التي نعتمد عليها نحن والكائنات الحية الأخرى.

الاستشهاد: Molavi, H., Saeedi, S. & Ghorbani, A. Green synthesis of amorphous Ce-MOFs as efficient adsorbents towards Ofloxacin antibiotics. Sci Rep 16, 11322 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42188-6

الكلمات المفتاحية: تطهير المياه, إزالة المضادات الحيوية, الأطر المعدنية العضوية, التحضير الأخضر, أوفلوكساسين