紫外光辐照-微藻协同去除典型抗肿瘤药卡培他滨效果研究
- 选题的背景、意义：
随着近年来我国的飞速发展，人民的生活水平日益提高，医疗卫生水平也在逐步加强。药品的使用以及生产都在急剧扩大。然而，从上世纪70年代人类首次在生活废水中检测到了药物成分至今，全球的各大河流、湖泊、海洋都存在着药物活性成分[1]。尽管这些活性药物在自然界中的含量很低，但是当这些药物通过多种途径进入环境后，由于其对生物细胞具有的生化作用，必然会带来一系列环境风险，需要引起广泛重视。
目前，国内外普遍采用的技术有化学预氧化法、活性炭法、膜处理法以及高级氧化法等。其中化学预氧化法为目前最常用的方法，但其在实际运用中的反应残留以及后续处理问题上还面临着一定的问题[2]。活性炭吸附法可以在吸附有机污染物的同时，还能有效的去除铁、锰、铜等重金属，但是对于mu;g/L或ng/L级别的藻毒素、药物等平衡浓度很低的污染物时，其吸附效果就会大打折扣。频繁更换或者再生活性炭也会导致成本的大幅增加。膜处理法的发展就在近几十年，其处理污染物的研究才刚起步，相关设计和运行经验还有待完善[2]。而高级氧化法如O2/H2O2也是目前研究较多的工艺，并且处理效果良好，但是若在工业上大规模使用，则其处理费用等问题仍然值得探究。
微藻具有生长速率快、收获时期短、光合利用效率高等特点，在生长繁殖过程中能将水体中的有机化合物作为氮源及硫源来富积吸收与利用，甚至能在以CO2作为无机碳源的同时利用小分子有机物质作为有机碳源[3]。可见由于微藻多以光能作为能源，不但对废水的营养要求较低，更可以利用其中的碳、氮、磷等营养物质合成复杂的有机质，供其自身生长，是处理废水有机物的理想生物质[4]，而卡培他滨作为一款新星的抗肿瘤药，在发展和扩大生产的同时，势必会对国内的生态环境造成一定的影响。此外，考虑到抗肿瘤药对微藻细胞可能也具有一定的毒性作用，本研究拟通过紫外光辐照与微藻联合处理工艺角度出发，探究紫外光辐照对微藻处理典型抗肿瘤药卡培他滨的强化作用。
微藻也称单细胞藻类，其生长速度快，光合效率高，适应性强，因而受到国内外广大科研人员的重视和研究。目前的研究表明微藻不仅能够用来处理废水中的氮磷等元素，还能对重金属有富集和吸收的作用。此外，有学者研究发现蛋白核小球藻等多种微藻能够降解酚类化合物[5]，后续研究也表明大部分有机碳会被微藻转化为二氧化碳等无机形态[6]。由此可见，随着食物链的迁移和藻细胞内多种酶的参与，有机物最终会被逐步降解[7]。因此，近年来，微藻常被用作探寻农药等的生物可降解性，并以此作为农药环境安全评价的标准[8]。
卡培他滨的原研是罗氏的希罗达，于1998年被美国FDA批准上市，为一款口服抗肿瘤的细胞毒性抑制剂。其在人体内可被代谢为5-氟尿嘧啶（5-FU），并且会有约3%的卡培他滨会以原药的形式的排出体外。国内对于抗癌药卡培他滨废水的研究还未见报道，这是因为其在中国的专利保护在2013年底才到期，目前国内仅有几家仿制药上市，还未形成规模[9]。同样，对于卡培他滨的生态毒性研究也并无实质性进展[10]。而在国外，已有文献报道英国大部分河道均检测出5-FU，甚至部分河段检测出超过50mu;g/L的5-FU，（其中卡培他滨的贡献值为63%）[11]。生态毒性研究表明，卡培他滨对羊角月牙藻的ErC50为2.0mg/L，可见卡培他滨对生态环境的影响不容忽视[12]。而在关于卡培他滨降解的研究中发现，卡培他滨的耐紫外能力明显强于其他药物以及5-FU；在传统的活性污泥法处理过程中，其处理效果也很不可观：在低污泥浓度下，卡培他滨甚至无法被完全降解[13]。这表明传统的紫外光解以及活性污泥生物法对卡培他滨的处理有了瓶颈。
- 课题的研究内容、拟采取的研究方法及拟解决的问题
1.研究内容：
本实验主要选择卡培他滨作为研究对象，研究蛋白核小球藻的处理以及紫外光辐照下卡培他滨的变化情况，如性质、含量及其化学结构的变化。同时记录下小球藻在此期间的生长曲线，分析和比较卡培他滨与紫外光辐照对蛋白核小球藻的影响和相关关系。
重点实验内容为不同紫外波长、不同辐射量、不同藻密度、不同药物浓度以及不同处理时间对卡培他滨的处理效果以及其降解产物的性状、毒性等变化。
- 拟采取的研究方法：
蛋白核小球藻在高温灭菌后的锥形瓶中培养，置于恒温光照培养箱中。
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