Φωτοαποικοδόμηση του αντιικού φαρμάκου Βαλγκανσικλοβίρης Παρουσία Μικροπλαστικών: Μελέτη Κινητικής, Προϊόντων Διάσπασης και Τοξικότητας
Creators: name: Κοντογιάννης, Αντώνιος Αναστασίου
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2023
Subjects: Μικροπλαστικά
Φωτόλυση
Βαλγκανσικλοβίρη
Microplastics
Photolysis
Valganciclovir

description: Στην παρούσα εργασία μελετήθηκε η άμεση φωτόλυση, η επίδραση μικροπλαστικών στην φωτόλυση, η έμμεση φωτολυτική αποικοδόμηση με χρήση οξειδωτικών (H2O2, K2S2O8) και η φωτοκαταλυτική αποικοδόμηση (TiO2) της αντιικής φαρμακευτικής ένωσης Valganciclovir με προσομοιωμένο ηλιακό φως. Η ένωση δεν φωτολύεται άμεσα ενώ δεν υδρολύεται για τις πειραματικές συνθήκες. Μελετήθηκε η φωτόλυση και η προσρόφηση υπό σκοτεινές συνθήκες της ένωσης παρουσία σωματιδίων μικροπλαστικών (≤2mm) για 3 διαφορετικά πολυμερή (PS, PP, PET από δοχεία πόσιμου νερού), σε 3 διαφορετικές συγκεντρώσεις (100, 500, 1000mg/L) σε 2 διαφορετικές καταστάσεις (ανεπεξέργαστα και γήρανση 8 ημερών με υπεριώδη ακτινοβολία). Δεν παρατηρήθηκε σημαντική προσρόφηση της ένωσης στις πειραματικές συνθήκες. Παρατηρήθηκε αποικοδόμηση της ένωσης για το ανεπεξέργαστο πολυστυρένιο και στις 3 συγκεντρώσεις ωστόσο η ταχύτητα αποικοδόμησης μειώνεται με την αύξηση της συγκέντρωσης των μικροπλαστικών. Παρατηρήθηκε αποικοδόμηση του VGC στην μικρότερη συγκέντρωση για το γηρασμένο πολυστυρένιο και το τερεφθαλικό πολυαιθυλένιο (ανεπεξέργαστο και γηρασμένο). Το πολυπροπυλένιο δεν είχε επίδραση στην φωτόλυση της ένωσης. Η διαφορά που παρατηρείται στην φωτόλυση του Valganciclovir παρουσία γηρασμένου και ανεπεξέργαστου PS, οφείλεται στην μεγαλύτερη δυνατότητα απορρόφησης ακτινοβολίας, σκέδασης και δέσμευσης ριζών του πρώτου. Παρατηρήθηκε αποικοδόμηση της ένωσης-στόχου με φωτοκατάλυση και έμμεση φωτόλυση εντός 2 ωρών. Μελετήθηκε η επίδραση της συγκέντρωσης καταλύτη και οξειδωτικού στην παρατηρούμενη κινητική σταθερά σε 3 διαφορετικές συγκεντρώσεις (100, 200, 300 mg/L). Η αύξηση της συγκέντρωσης του TiO2, επιταχύνει την φωτοκαταλυτική διεργασία ώστε η ένωση να αποικοδομείται πλήρως σε λιγότερο από 1 ώρα ακτινοβόλησης. Η αύξηση της συγκέντρωσης των οξειδωτικών οδήγησε σε αύξηση της κινητικής στην περίπτωση του K2S2O8, ενώ στην περίπτωση του H2O2, παρατηρήθηκε μέγιστο στα 100mg/L. Πραγματοποιήθηκε ανάλυση για την ταυτοποίηση των προϊόντων μετασχηματισμού της ένωσης και εκτίμηση οικοτοξικότητας. Εντοπίστηκαν χαρακτηριστικά θραύσματα m/z της ένωσης και 14 προϊόντα μετασχηματισμού με φασματομετρία μάζας τροχιακής παγίδας υψηλής διακριτικής ικανότητας. Δημιουργήθηκαν προφίλ κινητικής των προϊόντων μετασχηματισμού για το μέγιστο (300mg/L) και ελάχιστο (100mg/L) των συγκεντρώσεων του TiO2, ερμηνεύοντας τα μονοπάτια αποικοδόμησης της ένωσης σε συνδυασμό με τις προτεινόμενες δομές προϊόντων μετασχηματισμού. Πραγματοποιήθηκε in silico εκτίμηση οικοτοξικότητας με το λογισμικό ECOSAR αλλά και βιοαποικοδομησιμότητας, καρκινογόνου και μεταλλαξογόνου δράσης με μοντέλα της πλατφόρμας VEGA για την ένωση και τα προϊόντα μετασχηματισμού της.
description: In the present study the direct photolysis, effect of microplastics on direct photolysis, indirect photolytic degradation with the use of oxidants (H2O2, K2S2O8) and the photocatalytic degradation (TiO2) of the antiviral drug valganciclovir were investigated under simulated solar light. By results, valganciclovir was not directly photolyzed neither hydrolyzed during 2 hours of treatment. The effect of microplastics (diameter ≤2mm) on the photolysis of valganciclovir for 3 different polymers (polystyrene, polyethylene terephthalate, polypropylene), for 3 different concentrations (100, 500, 1000mg/L) and for 2 different states (pristine particles and 8-day-UV-aged microplastics) was studied. The drug adsorption onto microplastics was also studied under dark and found to be negligible under the experimental conditions. Degradation of the parent compound was observed for all tested concentrations for pristine polystyrene particles with the k constant decreasing with the increase of particle concentration. For the minimum tested concentration, degradation was observed for the aged polystyrene particles, and both aged and pristine polyethylene terephthalate particles. Polypropylene microplastics presence (aged and pristine) did not affect the photolysis of the parent compound. The observed difference between aged and pristine polystyrene performance on the photolysis of Valganciclovir was attributed to light screening, quenching and scavenging effects of the former. Degradation was observed with photocatalysis with titanium dioxide and indirect photolysis with oxidants. The concentration effect of added photocatalyst and added oxidant on the degradation kinetics was studied in 3 different concentrations (100, 200, 300mg/L). The increase of TiO2 concentration is accelerative for the photocatalytic degradation process, with valganciclovir degradation reaching almost 100% prior to 1 hour of irradiation. The increase of added oxidant concentration led to increased observed k constant in the case of K2S2O8, while in terms of H2O2, a maximum k constant was observed at 100mg/L. An HRMS Orbitrap analysis was performed for identifying 14 transformation products of the parent compound along with isomers and characteristic m/z fragments. Time profiles were created and compared in the minimum (100mg/L) and maximum (300mg/L) concentrations of TiO2 photocatalytic procedures highlighting the transformation pathways in accordance with the proposed structures. In silico ecotoxicity assessments of the valganciclovir transformation products with ECOSAR and the VEGA platform (biodegradability, carcinogenicity, mutagenicity) were conducted.