β-阻滯劑雖然能挽救生命,但卻不容易從環境中消失。像是阿莫洛(Atenolol, ATL)和美托洛(Metoprolol, MTL)這類藥物,通常被用來治療心臟疾病,這些藥物在人體內的穩定性相當高,甚至在治療結束後,仍會不斷經過廢水處理系統,最終進入河流和湖泊。這些藥物在水中的存在,可能會隨著時間的推移而悄然對水生生物造成傷害。這些藥物的設計使其能在人體內抵抗分解,這在環境中卻成為了一個問題。即使是微量的藥物濃度,也可能影響藻類和魚類,進而對生態系統造成連鎖反應。
可惜的是,傳統的廢水處理系統對於這些堅韌的分子無法有效去除。為了解決這個挑戰,科學家們開始轉向先進的吸附材料,這些材料能夠有效捕捉水中的污染物。其中,共價有機聚合物(Covalent Organic Polymers, COPs)成為了一個有前景的解決方案。這些材料具有高度多孔性和可定制性,研究人員可以設計出能夠選擇性吸附污染物的表面。最近的一項研究中,科學家們在COPs中添加氟原子,創造出氟化COPs(Fluorinated COPs, FCOPs),這些材料展現出卓越的吸附能力。
儘管FCOPs在對抗各種污染物方面顯示出潛力,但其在捕捉藥物方面的應用尚未受到充分探討。為了填補這一研究空白,由首爾科技大學(Seoul National University of Science and Technology, SeoulTech)黃裕勳教授領導的團隊專注於FCOPs作為β-阻滯劑的潛在吸附劑。黃教授指出:「我們的研究顯示FCOPs在去除持久性β-阻滯劑方面非常有前景。我們還闡明了吸附機制,解釋了為何FCOPs能達到異常高的吸附能力。」研究人員通過簡單的無催化劑一鍋法合成了FCOPs,並測試其去除ATL和MTL的性能。結果顯示,該材料在第一分鐘內去除了67.3%的MTL和70.4%的ATL。
在分析吸附行為時,研究團隊發現了一種獨特的S形曲線。在低濃度下,吸附量逐漸增加,這是單層吸附的典型特徵,分子在表面形成單層。而當濃度超過60 mg/L時,吸附量急劇上升,這表明出現了多層吸附,分子堆疊在一起,提升了總吸附量。這種獨特的行為使FCOPs與傳統吸附劑有所不同,並顯示了分子間的相互作用如何顯著提升性能。
研究還確定了FCOPs高效能的三個關鍵機制。首先,氟原子豐富的存在導致了與β-阻滯劑分子之間強烈的分子間相互作用。其次,靜電力使帶正電的β-阻滯劑吸引到帶負電的FCOP表面。第三,FCOPs的疏水性質促使分子遠離水,聚集在一起,進一步促進多層吸附。黃教授指出:「這些協同相互作用全面解釋了FCOP卓越的吸附能力。我們的發現可以作為設計下一代吸附劑的重要基礎。」如果將FCOPs整合進未來的處理系統中,水務機構可以顯著降低藥物污染,保護水生生物,確保更清潔的飲用水。




