Sådan designes sikre og bæredygtige kemikalier

Med mange menneskeskabte kemikalier bliver problemer med folkesundhed og miljø tydelige kun år efter deres udbredte brug. Et team af forskere fra University of Amsterdam og Utrecht University foreslår nu en måde at ændre det på. I en artikel i tidsskriftet Chemosphere de præsenterer en metode til at (re)designe sikre og bæredygtige kemikalier. Deres papir er en del af et særnummer om farlige stoffer i den cirkulære økonomi, der udkommer i juni.

I det moderne samfund er menneskeskabte kemikalier næsten overalt. Du finder dem i mad, tøj, legetøj, kosmetik, medicin og mange flere aspekter af hverdagen. Selvom de er udviklet til alle slags nyttige funktioner, kan disse kemikalier samtidig besidde farlige egenskaber, der udgør en risiko for folkesundheden og miljøet. I mange tilfælde bliver disse først synlige i lang tid efter deres udbredte brug. Den resulterende miljøforurening ses som en global trussel og er opført som en af ​​de vigtigste årsager til tab af biodiversitet.

"Problemet med nye kemikalier er, at deres tilstrømning til markedet langt overgår den hastighed, hvormed farevurderinger kan udføres," siger Joanke van Dijk, ph.d. kandidat ved Copernicus Institute for Sustainable Development ved Utrecht University. I sin forskning sigter hun mod at få indsigt i de fremtidige risici ved kemikalier, som hun samarbejder med ph.d. kandidaterne Hannah Flerlage og Steven Beijer og Dr. Chris Slootweg ved Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences ved University of Amsterdam (UvA). Van Dijk undersøger også mulige afbødningsmuligheder for at forhindre kemisk forurening af overfladevand under tilsyn af prof. Annemarie van Wezel fra UvA Institute for Biodiversity and Ecosystem Dynamics.

Ser ud over et kemikalies funktion

Ifølge Van Dijk er der for mange kemikalier ikke tilstrækkelig information om miljøfarer såsom persistens og langtidsvirkninger. Som følge heraf identificeres problemer ofte længe efter, at et kemikalie er blevet godkendt på markedet. "For at tackle dette fremmer Europa-Kommissionen udviklingen af ​​sikre og bæredygtige kemikalier som en del af den europæiske grønne aftale," siger Van Dijk. "I vores undersøgelse har vi omsat disse målsætninger i praksis og udviklet en ramme til at designe sikre og bæredygtige kemikalier. Vi vurderer, om et kemikalie kan give en bestemt funktion, men vi ser ud over det og giver et syn på bæredygtighed og farer."

I et casestudie fokuserede Van Dijk og kolleger på den organofosfatforbindelse, triisobutylphosphat (TiBP). Som et flammehæmmende middel bidrager dette kemikalie til beskyttelse mod brand, men som følge af dets udbredte anvendelse er det påvist i mange europæiske vandområder. "Det udvaskes af tekstiler under vask," forklarer Flerlage, "så det frigives til miljøet. Da denne frigivelse er uundgåelig, valgte vi at redesigne TiBP for at reducere dens miljømæssige persistens og forbedre dens biologiske nedbrydning."

"Persistente kemikalier kan være et aktiv i en velfungerende cirkulær økonomi," tilføjer Flerlage. "Men når de først er frigivet til miljøet, er de af stor bekymring, da de har potentiale til at påvirke organismer i en meget lang periode. For at forhindre det, er vi nødt til at omdesigne sådanne essentielle kemikalier til at være biologisk nedbrydelige."

Systematisk redesign til sikre kemikalier

Van Dijk og Flerlage tilpassede et computerprogram til systematisk at generere over 6,3 millioner kemiske strukturer svarende til den originale TiBP-forbindelse. Efterfølgende brugte de Quantitative Structure Activity Relationship (QSAR) modellering til at forudsige de kemiske egenskaber, der er relevante for den miljømæssige skæbne og toksicitet. Alle mulige strukturer blev derefter rangeret, ikke kun baseret på miljøfarlige egenskaber, men også på deres lette syntese. Dette førte til en "top 500" af de fleste godartede strukturer, som forskerne evaluerede manuelt. De valgte i sidste ende di-n-butyl (2-hydroxyethyl) phosphat som et målmolekyle og syntetiserede dette i laboratoriet for at bekræfte og komplementere modellens forudsagte egenskaber ved eksperimentel testning.

"De første resultater indikerer, at den flammehæmmende funktion er bevaret og muligvis endda forbedret," siger Flerlage. Selvom yderligere test er påkrævet for at belyse biologiske nedbrydningsmekanismer, er forskerne sikre på deres tilgang. "Eksperimentelle resultater som dette vil hjælpe med at udvide og yderligere verificere vores metode, så den kan nå sit fulde potentiale til at mindske kemisk forurening og hjælpe med at muliggøre en sikker cirkulær økonomi," slutter Van Dijk. + Udforsk yderligere

Forskernes nye værktøj til at hjælpe med at udvikle sikrere pesticider