#Neue Technik entfernt gängiges Antibiotikum aus Abwasser

Levofloxacin ist ein häufig verschriebenes und äußerst wirksames Antibiotikum. Wegen seiner robusten Struktur sammelt es sich jedoch leider zunehmend in der Natur an und vergiftet Tiere. Nun haben Forschende eine photoelektrische Methode entwickelt, mit der der so schwer abbaubare Wirkstoff erstmals effektiv aus Abwasser entfernt werden kann. Die Technik beinhaltet eine Elektrode aus verschiedenen Metalloxiden, die im Gegensatz zu früheren Ansätzen wiederverwendet werden kann.

Das Antibiotikum Levofloxacin wirkt gegen viele verschiedene Bakterien, indem es deren Replikation und Wachstum hemmt. Es wird daher häufig verschrieben, vor allem bei bakteriellen Infektionen der Haut sowie der Harn- oder Atemwege – beispielsweise bei Entzündungen der Blase, der Lunge oder der Nasennebenhöhlen. Über den menschlichen Urin und das Abwasser gelangen jedoch regelmäßig Rückstände des Antibiotikums in Flüsse und Seen. Denn weder in unserem Körper noch in Kläranlagen oder der Natur kann Levofloxacin gut abgebaut werden. So sammelt sich der Wirkstoff an und belastet zunehmend die Umwelt. Für viele Lebewesen ist das Molekül schon in geringen Dosen giftig oder greift in deren Hormonhaushalt ein.

Katalysator gesucht

Forschende um Carlos Fernandes von der Universität São Paulo in Brasilien haben daher nach Wegen gesucht, Levofloxacin aus wässrigen Umgebungen zu entfernen. Ihr Ansatz: Das Molekül in biologisch abbaubare, ungiftige Substanzen umwandeln. Dafür entwickelten sie eine Elektrode aus Titan mit mehreren Beschichtungen aus Iridiumdioxid (IrO2) und Niobiumpentoxid (Nb2O5). Durch diesen Aufbau mit metallischen Halbleiter-Materialien katalysiert die Elektrode unter Zufuhr von Strom und Licht chemische Reaktionen, bei denen freie Radikale entstehen und verschiedene organische Wirkstoffe oxidiert werden, wie frühere Analysen nahelegten. Fernandes und seine Kollegen vermuteten, dass dieser photoelektrische Vorgang auch bei Levofloxacin funktioniert.

Was mit dem Antibiotikum tatsächlich passiert, wenn die Elektrode verwendet wird, testeten die Wissenschaftler sowohl in künstlich mit dem Wirkstoff belasteten Wasserproben als auch in realen Abwasserproben, die sie je 90 Minuten mit der Methode behandelten. Dabei zeigte sich, dass diese Elektrode in beiden Arten von Wasserproben die Antibiotika-Moleküle zuverlässig, schnell und effektiv umwandeln konnte. Dabei entstanden mehrere freie Radikale wie Hydroxyl- und Sulfatradikale, wie nachfolgende chemische Analysen ergaben. „Diese greifen effektiv verschiedene chemische Bindungen und Atomgruppen innerhalb des Levofloxacins an und ermöglichen so deren Um- oder Abbau zu verschiedenen ungiftigen und biologisch abbaubaren Ionen“, so die Forschenden.

Elektrode ist wiederverwendbar

Die Elektrode selbst blieb dabei dank des verwendeten Niobiumpentoxids stabil und konnte mehrfach wiederverwendet werden, wie die Versuche zeigten. Damit unterscheidet sich die Elektrode von früheren Ansätzen mit anderen Metalloxiden, die nur eine geringe Lebensdauer hatten. Die neue Technik könnte damit künftig eingesetzt werden, um Levofloxacin aus Abwasser und natürlichen Gewässern zu entfernen, wie Fernandes und seine Kollegen berichten.

Quelle: Carlos Fernandes (Universität São Paulo) et al., Electrochimica Acta, doi: 10.1016/j.electacta.2023.143586

© natur.de – Claudia Krapp