Mgr inż. Anna Chrzanowska – I rok studiów



Wydzielanie i oznaczanie ksenobiotyków w próbkach środowiskowych

Promotor: prof. dr hab. inż. Piotr P. Wieczorek

Słowa kluczowe projektu: ksenobiotyki, związki endokrynologicznie czynne, polimery z odciskiem molekularnym (MIPy)


Cele projektu

Zgodnie z definicją ksenobiotykiem (z gr. ksenos – obcy i bioticos) nazywa się obcą substancję nie będącą naturalnym składnikiem organizmu, nie produkowaną przez niego ani nie przyjmowaną w normalnych warunkach wraz z pożywieniem. Do ksenobiotyków obecnie zalicza się większość leków oraz trucizn, które dostając się do organizmu ulegają szeregowi procesów (metabolizm ksenobiotyków).

Ze względu na postępujący rozwój cywilizacji i przemysłu oraz nieodpowiedzialne obchodzenie się z różnego rodzaju substancjami chemicznymi, zarówno środowisko naturalne jak i zdrowie ludzkie są w coraz większym stopniu narażone na wysoce niepożądane działania ksenobiotyków. Niemalże każda substancja chemiczna w mniejszym lub większym stopniu oddziałuje na środowisko. Wpływu wielu spośród nich jeszcze nie poznano i – co się z tym wiąże – nie ma uregulowań prawnych dotyczących ich dopuszczalnej emisji i stężenia w środowisku.

Wśród ksenobiotyków ważną grupę stanowią związki endokrynologicznie czynne1 (z ang. endocrine disrupting chemicals EDCs) powszechnie stosowane prawie we wszystkich gałęziach przemysłu w postaci farmaceutyków, środków ochrony roślin czy emitowane jako uboczne produkty spalania śmieci. Mogą one być wchłaniane do organizmu na kilka różnych sposobów (układ oddechowy, pokarmowy, skóra) w zależności od warunków ekspozycji i właściwości danego związku. EDCs w wysokim wpływają na gospodarkę hormonalną organizmu, czyli m.in. na utrzymanie homeostazy, płodność itd.2 Dobrym przykładem tego typu substancji mogą być związki organochlorowe takie jak polichlorowane bifenyle PCBs czy dioksyny w znacznym stopniu wpływające na funkcje rozrodcze – zarówno ludzi jak i zwierząt.3,4

By skutecznie monitorować obecność i stężenie ksenobiotyków w środowisku, niezbędne jest uwzględnienie faktu, że związki te w środowisku z reguły występują na bardzo niskim poziomie. Konieczne jest więc opracowanie skutecznych, czułych i wiarygodnych metod pomiarowych, co jest właśnie celem moich badań.

Jedną z takich metod jest użycie polimerów z odciskiem molekularnym (z ang. imprinted polymer MIP) jako sorbentu podczas ekstrakcji do fazy stałej. Szereg korzyści związanych ze stosowaniem MIP-ów (np. stabilność chemiczna, termiczna i mechaniczna czy prostota użycia) sprawia, że jest to jedna z najbardziej godnych uwagi i przetestowania metod oznaczania substancji.


Literatura

1 Biły A., Nowak – Piechota G.; Zanieczyszczenie środowiska substancjami powodującymi zakłócenie funkcji endokrynologicznych organizmu; Ochrona środowiska, nr 3, 2004r.;

2 Osamura R. Y., Iwasaka T., Umemura S.; Endocrine System and Endocrine Disrupting Chemicals (EDCs); J. Toxicol. Pathol. 2001; 14: 59-64;

3 Grochowalski A.; Nowe spojrzenie na zanieczyszczenie środowiska; Nasza Politechnika; Nr 5/2001 (29) Rocznik V;

4 Beyer A., Biziuk M.; Przegląd metod oznaczania pozostałości pestycydów i polichlorowanych bifenyli w próbkach żywności; Ecological chemistry and engineering ; 2007, T.14 Nr S3


Planowane metody i narzędzia badawcze

Badania podzielone będą na dwa zasadnicze etapy. Pierwszy obejmuje wydzielenie, oczyszczenie oraz zatężenie badanej próbki – czyli ogólnie etap jej przygotowania. Procedury te zostaną zrealizowane przez użycie unieruchomionych ciekłych membran (z ang. supported liquid membrane SLM) w postaci płaskich arkuszy oraz włókien kapilarnych a przede wszystkim przez wykorzystanie wspomnianych wcześniej polimerów z odciskiem molekularnym. Do syntezy MIP-ów niezbędne są:

  • odpowiednie funkcjonalne monomery komplementarne do wzorca (np. kwas akrylowy, styren);

  • odczynnik sieciujący w celu stworzenia sztywnej, trójwymiarowej polimerowej struktury (np. dimetakrylan glikolu etylenowego);

  • inicjator będący źródłem wolnych rodników do zainicjowania reakcji (np. 1,1’-azobis(cykloheksanokarbonitryl))

  • rozpuszczalnik odpowiedzialny za tworzenie porów (np. chloroform, toluen)

W drugim etapie opracowane zostaną metody analizy tych substancji z wykorzystaniem metod chromatograficznych (HPLC, GC) oraz elektroforezy kapilarnej z odpowiednimi detektorami.


Innowacyjność oraz przydatność dla rozwoju regionu

Ksenobiotyki, jak wcześniej zostało wspomniane, są substancjami powszechnie używanymi każdego dnia w niemalże wszystkich gałęziach przemysłu w Polsce i za granicą. Ponieważ nie ma możliwości wyeliminowania ich użycia, konieczne jest przynajmniej monitorowanie ich obecności i stężenia w środowisku. Na podstawie takich badań, jak również znajomości wpływu tego typu związków na organizmy żywe i środowisko, możliwe jest stworzenie odpowiednich regulacji prawnych mających na celu zapewnienie bezpieczeństwa i zdrowia ludzi. Niestety, w dalszym ciągu brakuje danych mówiących o stopniu zanieczyszczenia środowiska (wód, gleb, powietrza itd.) różnego rodzaju ksenobiotykami. Stąd też potrzeba, a wręcz konieczność prowadzenia tego typu badań.

Ponieważ stosowane do tej pory metody przygotowywania próbek, taki jak ekstrakcja ciecz – ciecz, czy ekstrakcja na fazie stałej posiadają szereg wad i ograniczeń (jak np. znaczne zużycie rozpuszczalników czy czasochłonność procesu), poszukuje się metod nowych lub modyfikuje już istniejące. Zarówno unieruchomione ciekłe membrany, jak i polimery z odciskiem molekularnym skupiają najkorzystniejsze cechy tradycyjnych ekstrakcji jak i klasycznych procesów membranowych, takich jak prostota, wysoka selektywność i stosunkowo niewielkie koszty.





dol