Fabrx和UCL开发出新型3D打印净化设备，可有效解决水资源药物污染问题

时间：2021-12-05 09:13 来源：南极熊作者：admin 阅读：次

导读：水污染一直以来都是是一个关键性的全球问题，尤其是药物这类化学合成品一旦渗入到供应水系统，就有可能会对生态平衡产生巨大影响，并对人类健康构成重大风险。

为了解决药物污染水资源的问题，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）的研究人员共同合作开发了一种新型3D打印设备，能够从水中净化去除药物一类的污染物。该团队开发的这款可定制和可重复使用的生物催化装置，称为Printzyme，它能够从水中去除某些药物，并有可能在未来帮助解决世界的水污染危机。

△研究人员的Printzyme装置能够从水中去除药物。图片来自《Water Research》杂志。

医药3D打印

FabRx是UCL的一个衍生公司，利用3D打印技术来创造个性化的药物和药物输送装置。该公司曾与UCL和南加州大学合作，为患有罕见的代谢性疾病枫糖浆尿病（MSUD）的儿童开发个性化定制的3D打印咀嚼片，并利用3D打印技术制造出带有盲文和月亮图案的Printlets，以帮助有视觉障碍的病人服药。就在前不久，这3个合作伙伴共同开发了一种3D打印的点状泪滴栓塞，以对抗干眼症。这种点状栓塞装载有抗炎药物地塞米松，可以渗入眼睛的泪道，以阻断它并防止液体排出。现在，研究团队正将注意力转向调查3D打印如何帮助减少我们的供应水中药物的有害污染。

△环形和圆柱形的3D打印Printzymes设备。图片来自《Water Research》杂志。

药品水污染

当下的人们在一生中会服用几十种药物，而且服用频度越来越快，特别是随着年龄的增长。如此多的药物被消耗后经排泄或处理后，最终会进入我们的水循环系统。据报道，药品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。

事实上，这种药品污染是一个全球性的问题，抗生素、镇痛剂、降脂药和雌激素是全世界报告最多的水污染药物，尽管真正的规模在很大程度上是未知的。这类污染物渗入到我们的水系统，不仅对人类健康，而且对生态平衡也构成重大风险。

例如，进入水中的最多的药物之一——双氯芬酸，已被证明对秃鹰等候鸟是致命的，而污水中的雌激素已有案例证实会导致雄性鱼的雌性化，这极大地影响了它们的繁殖成功。而且，进入我们水系统的不仅仅是药品，还有可卡因、阿片类和甲基苯丙胺等精神娱乐性物质。

虽然世界卫生组织（WHO）已经组派了一个专门的工作组来解决药品渗入水中的问题，但到目前为止提出的从水中去除药物的方法效果不一。污泥处理、生物过滤、反渗透和纳滤只是提出的一些方法，有些方法的药物去除率还不足10%。

因此，FabRx、UCL和南加州大学正试图通过3D打印来解决对更有效的技术的需求，以便更简单、更经济地从水中去除药物和污染物。

△圆柱状的PrintzymesESEM图像。图片来自《Water Research》杂志。

3D打印的Printzyme

为了解决水污染的问题，联合团队尝试开发、制造和验证了一个由3D打印制造的生物催化装置，它可以在医院或制药设施等集中源的废水中实现去除药物的目的。

Printzyme装置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。研究人员制备出含有漆酶、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，用它来3D打印四种不同形状的Printzymes。

通过在Formlabs的FormWash和Form Cure机器中完成清洗和固化过程，Printzymes在一个半小时内被制造出来，50多个Printzymes能够同时制造成圆柱形和环形。

研究团队使用两种药物来对Printzymes去除水中药物的能力进行测试，即双氯芬酸和炔雌醇，它们都在欧洲水污染观察名单上榜上有名。在一个100毫升的烧瓶中准备好药物的独立溶液，随后在烧瓶中放入Printzyme，并以100转/分钟的速度连续搅动48小时。

结果表明，Printzyme设备成功地降低了溶液中这两种药物的浓度，在24小时内去除80%以上的溶解双氯芬酸，在短短两小时内去除95%的炔雌醇。

据研究人员说，SLA 3D打印作为一种简化的方法，在温和的条件下充方发掘了酶的潜力。该团队说，这些结果提出了一种明显有效和可持续的方法，以去除水中的药物污染物，并显示出生物修复技术的巨大潜力。

在研究过程中，Printzyme装置也被证明是可重复使用的，并有可能以"灵活、容易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。

关于这项研究的更多信息可以在《Water Research》杂志上发表的题为："A customizable 3D printed device for enzymatic removal ofdrugs in water"的论文中找到。这项研究的共同作者是Xu, T.Pose-Boirazian, G. Eibes, L. McCoubrey, J. Martinez-Costas, S. Gaisford, A.Goyanes, and A. Basit。

相关论文链接：https://www.sciencedirect.com/sc ... 010551?dgcid=author

(责任编辑：admin)

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