Med många människotillverkade kemikalier blir problem med folkhälsan och miljön uppenbara bara år efter deras utbredda användning. Ett team av forskare från University of Amsterdam och Utrecht University föreslår nu ett sätt att ändra på det. I en artikel i tidskriften Chemosphere de presenterar en metod för att (om)designa säkra och hållbara kemikalier. Deras artikel är en del av ett specialnummer om farliga ämnen i den cirkulära ekonomin, som kommer ut i juni.

I det moderna samhället finns mänskligt tillverkade kemikalier nästan överallt. Du hittar dem i mat, kläder, leksaker, kosmetika, mediciner och många fler aspekter av vardagen. Även om dessa kemikalier är utvecklade för alla möjliga användbara funktioner kan de samtidigt ha farliga egenskaper som utgör risker för folkhälsan och miljön. I många fall blir dessa uppenbara först en lång tid efter deras utbredda användning. Den resulterande miljöföroreningen ses som ett globalt hot och listas som en av de främsta orsakerna till förlust av biologisk mångfald.

"Problemet med nya kemikalier är att deras inflöde till marknaden vida överstiger hastigheten med vilken riskbedömningar kan utföras", säger Joanke van Dijk, doktor. kandidat vid Copernicus Institute for Sustainable Development vid Utrecht University. I sin forskning syftar hon till att få insikt i framtida risker med kemikalier, för vilket hon samarbetar med Ph.D. kandidaterna Hannah Flerlage och Steven Beijer och Dr Chris Slootweg vid Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences vid University of Amsterdam (UvA). Van Dijk undersöker också möjliga begränsningsalternativ för att förhindra kemisk förorening av ytvatten, under överinseende av prof. Annemarie van Wezel från UvA Institute for Biodiversity and Ecosystem Dynamics.

Ser bortom en kemikalies funktion

Enligt Van Dijk finns det för många kemikalier ingen adekvat information om miljöfaror som persistens och långtidseffekter. Det gör att problem ofta identifieras långt efter att en kemikalie har godkänts på marknaden. "För att tackla detta främjar EU-kommissionen utvecklingen av säkra och hållbara kemikalier som en del av den europeiska gröna avtalen", säger Van Dijk. "I vår studie har vi omsatt dessa mål i praktiken och utvecklat ett ramverk för att designa säkra och hållbara kemikalier. Vi bedömer om en kemikalie kan ge en viss funktion, men vi ser bortom det och ger en syn på hållbarhet och faror."

I en fallstudie fokuserade Van Dijk och hans medarbetare på organofosfatföreningen triisobutylfosfat (TiBP). Som ett flamskyddsmedel bidrar denna kemikalie till skydd mot brand, men som en konsekvens av dess utbredda användning har den upptäckts i många europeiska vattendrag. "Det läcker ut ur textilier under tvättning", förklarar Flerlage, "så att det släpps ut i miljön. Eftersom detta utsläpp är oundvikligt valde vi att designa om TiBP för att minska dess miljöbeständighet och förbättra dess biologiska nedbrytning."

– Persistenta kemikalier kan vara en tillgång i en väl fungerande cirkulär ekonomi, tillägger Flerlage. "Men när de väl har släppts ut i miljön är de av stor oro eftersom de har potential att påverka organismer under en mycket lång tid. För att förhindra det måste vi designa om sådana viktiga kemikalier för att vara biologiskt nedbrytbara."

Systematisk omdesign för säkra kemikalier

Van Dijk och Flerlage anpassade ett datorprogram för att systematiskt generera över 6,3 miljoner kemiska strukturer som liknar den ursprungliga TiBP-föreningen. Därefter använde de Quantitative Structure Activity Relationship (QSAR)-modellering för att förutsäga de kemiska egenskaperna som är relevanta för miljöns öde och toxicitet. Alla möjliga strukturer rangordnades sedan, inte bara baserat på miljöfarliga egenskaper utan också på deras lätthet att syntes. Detta ledde till en "top 500" av de flesta godartade strukturer som forskarna utvärderade manuellt. De valde slutligen di-n-butyl (2-hydroxietyl) fosfat som en målmolekyl och syntetiserade detta i labbet för att bekräfta och komplettera modellens förutspådda egenskaper genom experimentell testning.

"De första resultaten visar att den flamskyddande funktionen är bevarad och möjligen till och med förbättrad", säger Flerlage. Även om ytterligare tester krävs för att klargöra biologiska nedbrytningsmekanismer, är forskarna övertygade om deras tillvägagångssätt. "Experimentella resultat som detta kommer att hjälpa till att expandera och ytterligare verifiera vår metod, så att den kan nå sin fulla potential för att mildra kemiska föroreningar och bidra till att möjliggöra en säker cirkulär ekonomi", avslutar Van Dijk. + Utforska vidare

Forskarnas nya verktyg för att utveckla säkrare bekämpningsmedel