Efecto bactericida y remediación de antibióticos en agua mediante nanopartículas de óxidos metálicos

CECILIA I. N. MORGADE; MARISA SANDOVAL; L. I. BRUGNONI; F.M. CARRANZA; M. RIZZO; A.S. LORENZETTI; C. DOMINI; ANA C. ROSSI; GABRIELA F. CABEZA

Santiago del estero

Encuentro; IX Encuentro de Física y Química de superficies-I Encuentro de Biología de las superficies; 2022

UNSE

La crisis hídrica provocada por la falta de agua dulce y limpia esen ciertas zonas del mundo uno de los mayores desafíos de la humanidad.Microorganismos en el agua tales como virus, bacterias y protozoos provocangran morbi-mortalidad en humanos y animales en vastas regiones del planeta1.  Por otra parte, también llegan al agua muchosproductos orgánicos2 entre ellos los derivados de la industriafarmacéutica como los antibióticos. Estos compuestos son consideradoscontaminantes emergentes debido a la introducción en cantidades bajas perocrecientes en los ecosistemas presentando además alta persistencia y riesgopotencial para la vida. En particular la presencia de antibióticos en bajaconcentración en el ambiente puede causar el desarrollo de bacteriasresistentes, haciendo ineficaces tratamientos de varias enfermedadesinfecciosas. Tradicionalmente, la desinfección del agua se consigue añadiendo cloro,sin embargo, numerosos informes han confirmado la formación de sustanciaspotencialmente mutagénicas y cancerígenas, subproductos de desinfección formadosa partir de la reacción del cloro con sustancias orgánicas3.Muchos óxidos semiconductores entre los que se encuentran latitania (TiO2) y el óxido de cinc (ZnO) se consideranfotocatalizadores prometedores debido a su naturaleza no tóxica y estabilidadfísica presentando buena actividad antimicrobiana y remediadora atribuidas alalto poder oxidante de las especies reactivas del oxígeno (ROS) generadas en laactivación de los mismos. Frente a lo expuesto en el presente trabajo se muestran resultadosparciales de un estudio comparativo del poder bactericida de ZnO y TiO2 ensus polimorfos anatasa y rutilo frente a dos especies microbianasdiferenciadas por sus paredes celulares tales como Escherichia coli (bacilo Gram negativo) y Enterococcus faecalis (coco Gram positivo). Se estudiaron además, las degradaciones fotocatalítica, fotolíticay por adsorción del antibiótico norfloxacina en los óxidos mencionados verificandoel posible poder bactericida residual de los subproductos de la degradación. El trabajo se completó con un estudio teórico de la adsorción delantibiótico sobre las superficies más estables de ambos óxidos (ZnO (0001) yTiO2 (101) anatasa) donde se verifica la afinidad de los grupos cetoy carboxílicos por los metales de los óxidos. Los resultados obtenidos son prometedores para todos los óxidostanto en la remediación del compuesto orgánico estudiado como en el poderbactericida en medio acuoso para ambos gérmenes. La mayor degradación de lanorfloxacina se obtuvo fotocatalíticamente con TiO2 anatasa seguidade la obtenida con ZnO y por ultimo con TiO2 rutilo. La fotólisispor otra parte fue menos eficiente que la fotocatálisis pero presentó mejorremoción que la adsorción.  En cuanto alpoder bactericida de los óxidos estudiados para los dos tipos de gérmenestambién fue superior el obtenido con TiO2 anatasa el cual mostró sermayor cuanto menor fuera el volumen de solución tratada para igualesconcentraciones de óxido y bacterias.  Referencias1.  Ganguly, P.,Byrne, C., Breen, A., Pillai, S. C., “Antimicrobial activity of photocatalysts:Fundamentals, mechanisms, kinetics and recent advances”, App. Cat. B: Environmental, Vol. 225, No 51-75, 2018.2.  Xu,W., Zhang, G., Zou, S., Li, X., and Liu, Y. “Determination of SelectedAntibiotics in the Victoria Harbour and the Pearl River, South China Using High-PerformanceLiquid Chromatography-Electrospray Ionization Tandem Mass Spectrometry.”Environmental Pollution 145: 672-679, 2007.3.  Fakour,H., Lo, S.-L. “Formation and risk assessment of trihalomethanes throughdifferent tea brewing habits”, Int. J. ofHygiene and Environ. Health, Vol. 222, Issue 1, 117-124, 2019.