Carbon Nanodots Modulate Ciprofloxacin Adsorption onto Polylactic Acid Microplastics in Aquatic Environments: Behavior and Mechanistic Insights

पर्यावरण विज्ञान की दुनिया में, प्लास्टिक के नन्हे टुकड़ों और उनके द्वारा ले जाए जाने वाले रसायनों के भाग्य को लेकर एक शांत युद्ध लड़ा जा रहा है। माइक्रोप्लास्टिक प्लास्टिक के छोटे टुकड़े होते हैं, जो आमतौर पर एक नाखून से भी छोटे होते हैं, जो बड़ी वस्तुओं से टूटकर अलग हुए हैं और अब हमारे महासागरों, नदियों और मिट्टी में बिखरे हुए हैं। क्योंकि वे इतने छोटे और टिकाऊ होते हैं, वे बस गायब नहीं होते; इसके बजाय, वे स्पंज की तरह काम करते हैं, जो पानी में तैरते अन्य प्रदूषकों को सोख लेते हैं। ऐसा ही एक प्रदूषक सिप्रोफ्लोक्सासिन (ciprofloxacin) है, जो मनुष्यों और जानवरों में जीवाणु संक्रमण के इलाज के लिए उपयोग किया जाने वाला एक सामान्य एंटीबायोटिक है। जब यह दवा शरीर द्वारा पूरी तरह से अवशोषित नहीं की जाती है, तो इसे शरीर से बाहर निकाल दिया जाता है और यह जलमार्गों में प्रवेश करती है, जहाँ यह पर्यावरण में जमा हो सकती है और अंततः खाद्य श्रृंखला में अपना रास्ता बना सकती है। वैज्ञानिक इस बात को लेकर तेजी से चिंतित हैं कि विभिन्न प्रकार के प्लास्टिक इन दवाओं के साथ कैसे परस्पर क्रिया करते हैं, विशेष रूप से पॉलीलैक्टिक एसिड जैसे बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक, जिन्हें अक्सर पारंपरिक पेट्रोलियम-आधारित प्लास्टिक के पर्यावरण के अनुकूल विकल्पों के रूप में विपणन किया जाता है। यह समझना कि क्या ये "हरित" प्लास्टिक पारंपरिक प्लास्टिक की तुलना में पानी में मौजूद दवाओं के संपर्क में आने पर अलग व्यवहार करते हैं, हमारे कचरे के वास्तविक पर्यावरणीय प्रभाव की भविष्यवाणी करने के लिए आवश्यक है।

जिलिन यूनिवर्सिटी ऑफ केमिकल टेक्नोलॉजी के शोधकर्ताओं ने एक विशिष्ट प्रश्न की जांच करने के लिए कदम बढ़ाया: क्या इन बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक कणों को कार्बन नैनोडॉट्स के साथ लेपित करने से यह बदल जाता है कि वे एंटीबायोटिक अणुओं को कैसे पकड़ते हैं? कार्बन नैनोडॉट्स कार्बन से बने अविश्वसनीय रूप से छोटे, चमकते हुए कण होते हैं, जिनका व्यास आमतौर पर कुछ नैनोमीटर होता है, जिन्हें प्राकृतिक पौधों की सामग्री से बनाया जा सकता है। इस अध्ययन में, टीम ने विलो (willow) की पत्तियों को शुरुआती बिंदु के रूप में उपयोग किया। उन्होंने सूखी विलो की पत्तियों को लिया, उन्हें महीन पाउडर में पीसा, और एक सीलबंद कंटेनर में उच्च ताप और दबाव के अधीन किया, जिसे हाइड्रोथर्मल उपचार (hydrothermal treatment) के रूप में जाना जाता है। इस विधि ने पौधों की सामग्री को तोड़ दिया और उसे लगभग 6 AU के औसत आकार के समान गोलाकार कार्बन डॉट्स में पुनर्गठित कर दिया। ये डॉट्स अपनी सतह पर ऑक्सीजन-आधारित रासायनिक समूहों से समृद्ध थे, जो उन्हें पानी और अन्य अणुओं के साथ अत्यधिक संवादात्मक बनाता था। शोधकर्ताओं ने फिर इन डॉट्स को लिया और उन्हें पॉलीलैक्टिक एसिड के कणों की सतह पर जमने दिया, जिससे एक नया मिश्रित पदार्थ बना जहाँ प्लास्टिक को अनिवार्य रूप से कार्बन डॉट्स से धूल की तरह ढका गया था।

यह देखने के लिए कि यह नई सामग्री कैसे व्यवहार करती है, टीम ने सादे प्लास्टिक और कार्बन-डस्टेड (carbon-dusted) प्लास्टिक के नमूनों को सिप्रोफ्लोक्सासिन युक्त पानी से भरे कंटेनरों में रखा। उन्होंने कई दिनों तक बारीकी से निगरानी की कि प्लास्टिक की सतहों से कितना एंटीबायोटिक चिपका। परिणामों ने व्यवहार में एक स्पष्ट अंतर दिखाया। जबकि सादे प्लास्टिक ने कुछ एंटीबायोटिक को अवशोषित किया, लेकिन कार्बन डॉट्स से ढके संस्करण ने काफी अधिक मात्रा में इसे थामे रखा। कार्बन डॉट्स अतिरिक्त हुक की तरह कार्य करते थे, जो एंटीबायोटिक अणुओं के जुड़ने के लिए बहुत अधिक स्थान प्रदान करते थे। शोधकर्ताओं ने पाया कि एंटीबायोटिक का प्लास्टिक से चिपकने की प्रक्रिया यादृच्छिक नहीं थी; यह एक अनुमानित पैटर्न का पालन करती थी जहाँ अवशोषण की दर सतह पर उपलब्ध स्थानों की संख्या पर निर्भर करती थी। इससे पता चला कि यह एक मजबूत रासायनिक बंधन था, न कि एक कमजोर, अस्थायी भौतिक जुड़ाव।

आगे के विश्लेषण से पता चला कि कार्बन डॉट्स ने प्लास्टिक की मौलिक रासायनिक संरचना को नहीं बदला, लेकिन उन्होंने सतह को चिकना कर दिया और उन सूक्ष्म अंतराल और खुरदरे पैच को भर दिया जो प्लास्टिक के कणों पर स्वाभाविक रूप से मौजूद होते हैं। जब एंटीबायोटिक अणु सतह से जुड़े, तो उन्होंने हाइड्रोजन बॉन्ड बनाए, जो अणुओं के बीच के मजबूत आकर्षण हैं, विशेष रूप से कार्बन डॉट्स के ऑक्सीजन-समृद्ध समूहों और एंटीबायोटिक के बीच। यह रासायनिक हाथ मिलाना (chemical handshake) सादे प्लास्टिक की तुलना में कार्बन-डस्टेड प्लास्टिक पर बहुत अधिक मजबूत और संख्या में अधिक था। डेटा ने संकेत दिया कि कार्बन-डस्टेड प्लास्टिक अनमॉडिफाइड (unmodified) संस्करण की तुलना में बहुत बड़ी मात्रा में एंटीबायोटिक को रोक सकता है, जिससे पता चलता है कि इन नन्हे कार्बन कणों की उपस्थिति प्लास्टिक की प्रदूषकों के वाहक के रूप में कार्य करने की क्षमता को नाटकीय रूप रूप से बढ़ा देती है।

अध्ययन निष्कर्ष निकालता है कि हालांकि बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक को अक्सर प्रदूषण के समाधान के रूप में देखा जाता है, लेकिन पर्यावरण में अन्य रसायनों के साथ उनकी परस्पर क्रिया जटिल हो सकती है और अन्य नैनोमटेरियल्स की उपस्थिति से तीव्र हो सकती है। एक सामान्य पौधे के स्रोत से प्राप्त कार्बन डॉट्स ने प्लास्टिक को प्रदूषकों के लिए एक बहुत अधिक प्रभावी स्पंज बनने के लिए सफलतापूर्वक संशोधित किया। यह खोज दर्शाती है कि प्लास्टिक का पर्यावरणीय व्यवहार स्थिर नहीं है; इसे पानी में अन्य सूक्ष्म कणों की उपस्थिति द्वारा बदला जा सकता है। यह शोध इन सामग्रियों की परस्पर क्रिया की एक स्पष्ट तस्वीर प्रदान करता है, यह दिखाते हुए कि बायोडिग्रेडेबल प्लास्टिक और कार्बन-आधारित नैनोमटेरियल्स का संयोजन एक ऐसी सतह बनाता है जो फार्मास्युटिकल प्रदूषकों के साथ जुड़ने के लिए रासायनिक रूप से उत्सुक है, एक ऐसा कारक जिसे जलीय पारिस्थित प्रणालियों में प्लास्टिक प्रदूषण के जोखिमों का आकलन करते समय विचार में लिया जाना चाहिए।