Kerangka Organik Logam Antimicrobial

Kerangka Organik Logam Antimicrobial – Invensi ini berhubungan dengan bahan kerangka organik logam yang memiliki sifat anti-mikroba.

Kerangka Organik Logam Antimicrobial

agion-tech – Invensi ini juga menyediakan metode pembuatan bahan kerangka organik logam tersebut dan penggunaan bahan kerangka organik logam untuk mencegah atau mengobati infeksi mikroba, atau menyediakan permukaan yang membatasi kontaminasi oleh mikroorganisme.

BIDANG PENEMUAN

Invensi ini berhubungan dengan bahan kerangka organik logam yang memiliki sifat anti-mikroba. Invensi ini juga menyediakan metode pembuatan bahan kerangka organik logam tersebut dan penggunaan bahan kerangka organik logam untuk mencegah atau mengobati infeksi mikroba, atau menyediakan permukaan yang membatasi kontaminasi oleh mikroorganisme.

LATAR BELAKANG PENEMUAN

Sebagian besar pasar antibakteri diambil oleh bahan anorganik berbasis logam yang mekanisme kerjanya didasarkan pada pengiriman ion logam yang lambat (biasanya Ag + , Zn 2+ , Cu 2+ ).tabung dan film dll) dan produk industri (termasuk makanan, air, tekstil, HVAC dan produk konstruksi). Jelas luas pasarnya besar dan pendorong untuk memasukkan agen anti-bakteri ke dalam semua produk ini (dan banyak lainnya) sedang menguat, dengan potensi pertumbuhan yang signifikan.

Kecanggihan material berpori telah menyebabkan beberapa material baru yang paling penting ditemukan dalam beberapa tahun terakhir, khususnya di bidang kerangka organik logam (MOFs).

Padatan dengan luas permukaan yang sangat tinggi, material yang dinamis dan responsif (misalnya kerangka pernapasan grup Ferey dan karya lainnya) dan banyak kemajuan terbaru lainnya berdampak pada beberapa pertanyaan terpenting di zaman kita penyimpanan energi, karbon penangkapan, bahan baru untuk obat-obatan dan katalis baru untuk proses kimia yang lebih baik.

Meskipun sukses besar ini masih ada tantangan besar di lapangan. Aplikasi komersial dari bahan-bahan ini baru saja dikembangkan di beberapa area ini, tetapi terutama dalam penyimpanan gas dan pemisahan kimia.

Baca Juga : Efek Tekstil Huntsman dan Mitra Sciessent untuk Mengaktifkan Tekstil Tahan Mikroba

Dalam padatan ini ion logam atau gugus ion logam (Mn+, n=1,2,3,4) dihubungkan bersama dengan unit organik (Ly-, y=0, 1, 2, 3, 4 . . ) jaringan dua dimensi atau tiga dimensi. Banyak dari jaringan ini menunjukkan stabilitas termal yang baik dan beberapa sangat keropos, dengan volume bebas hingga 90%. Namun, kerangka organik logam juga bisa menjadi bahan yang tidak berpori.

Hanya kerangka organik logam tertentu yang dapat dibuat sebagai padatan berpori, dan porositas hanya dimasukkan ke dalam bahan setelah proses aktivasi termal atau kimia yang menghilangkan molekul tamu atau pelarut yang tersisa di saluran/pori struktur.

Proses aktivasi kimia juga dapat menghasilkan ion logam tak jenuh koordinatif yang memiliki situs di mana molekul tamu atau spesies dapat terikat ke dalam struktur lebih kuat daripada yang mungkin tanpa situs tersebut.

Salah satu aplikasi potensial yang paling menarik dari bahan berpori adalah di bidang padatan biofungsional. Untuk itu Ferey (Prancis), Lin (AS) dan para penemu saat ini 8 masing-masing telah mengembangkan bahan-bahan ini untuk digunakan sebagai penghantaran obat kanker, bahan kontras MRI dan padatan penghantaran gas medis.

Selama pekerjaan ini berbagai kelompok telah menunjukkan bahwa, tergantung pada komposisi, bahan-bahan ini memiliki toksikologi yang sangat baik dan sifat stabilitas kimia yang sesuai dalam kontak dengan larutan fisiologis, yang membuatnya sangat menarik untuk aplikasi biologis dan medis.

Tujuan dari penemuan ini adalah untuk menyediakan bahan MOF baru dan penggunaan MOF. Ini adalah tujuan dari penemuan ini untuk menyediakan MOF baru dengan aplikasi yang berguna.

RINGKASAN PENEMUAN

Dalam aspek pertama, invensi ini menyediakan metode untuk mencegah atau mengobati infeksi atau kontaminasi mikroba, metode yang terdiri dari menghubungi bahan yang terdiri dari bahan kerangka organik logam (MOF) yang telah dimodifikasi dengan cara menggabungkan dua atau lebih bahan anti-mikroba, dengan mikroba, untuk mencegah atau mengobati infeksi atau kontaminasi mikroba.

Teknologi MOF yang dijelaskan di sini memiliki keunggulan yang signifikan dibandingkan dengan teknologi berbasis zeolit yang digunakan saat ini. Yang pertama adalah biaya pembuatan. MOF dapat diproduksi dalam skala besar.

Tidak seperti zeolit, yang memerlukan proses pembuatan dua langkah—sintesis diikuti dengan pertukaran ion untuk memperkenalkan perak/seng—MOF hanya memerlukan sintesis satu langkah untuk menggabungkan logam aktif sehingga prosesnya jauh lebih hemat biaya.

Selain itu, di MOF, logam ada di dalam matriks itu sendiri dan setiap situs logam di MOF tersedia. Oleh karena itu, logam aktif per massa bahan dapat jauh lebih tinggi daripada di zeolit, di mana sebagian besar massanya adalah matriks aluminosilikat tidak aktif.

Secara bersama-sama keunggulan ini telah menjadi alasan kuat untuk pengembangan bahan antibakteri berbasis MOF, khususnya untuk aplikasi bernilai relatif rendah (barang konsumsi dll) di mana biaya bahan sangat penting. Namun, MOF juga memiliki keunggulan penting yang dapat membuatnya sangat menarik untuk dimasukkan ke dalam produk bernilai tinggi (misalnya aplikasi medis).

Porositas MOF yang sangat tinggi menjadikannya sebagai pembawa nano yang sangat baik untuk gas (lihat WO 2008/020218) dan molekul obat. Hal ini memungkinkan pembuatan agen antibakteri yang jauh lebih efektif daripada zeolit Ag/Zn saja.

Demikian pula, obat anti-bakteri dapat dimuat dalam jumlah yang sangat tinggi ke dalam MOF, yang mengontrol pengirimannya ke lingkungan dengan sangat baik. Sifat aksi yang multi fungsi (dengan dua atau lebih mekanisme aksi yang berbeda) dapat mengurangi masalah yang terkait dengan resistensi mikroba. Menggabungkan proyeksi biaya bahan dengan keunggulan yang berbeda dalam hal multifungsi akan memungkinkan penargetan area yang berbeda dari pasar anti-mikroba.

Aktivitas anti-mikroba MOFs dapat berasal dari satu atau lebih fitur material

Biasanya, kerangka organik logam itu sendiri mengandung satu atau lebih jenis agen anti mikroba. Untuk menunjukkan jenis perilaku ini, kerangka kerja dapat berpori atau tidak berpori, dan dapat digunakan dalam keadaan aktif atau tidak aktif (seperti yang dibuat).

Sebagai contoh,

(a) logam dalam kerangka dapat aktif melawan mikroba (banyak ion logam yang berbeda, tetapi lebih disukai perak (Ag + ) atau seng (Zn 2+ ) atau tembaga (Cu + atau Cu 2+ ) atau nikel (Ni 2+ ) dapat digunakan Kerangka organik logam dapat mengandung hanya satu jenis ion logam, atau dapat mengandung dua atau lebih jenis ion logam dalam fase yang sama;

(b) penaut organik yang digunakan dalam kerangka dapat memiliki aktivitas antimikroba. Kerangka organik logam mungkin hanya memiliki satu liker yang bersifat antimikroba, atau mungkin mengandung lebih dari satu jenis linker, satu atau lebih di antaranya mungkin memiliki aktivitas anti mikroba; dan

(c) kerangka mungkin multifungsi karena memiliki ion logam anti-mikroba dan penaut anti-mikroba.

(d) dalam aspek selanjutnya disediakan kerangka organik logam yang terdiri dari dua atau lebih molekul tamu yang digabungkan dengan kerangka organik logam. Biasanya molekul tersebut tergabung dalam pori-pori kerangka organik logam.

atau campuran molekul gas yang berbeda. Dalam perwujudan yang disukai, molekul terdiri dari campuran molekul padat/cair dan molekul gas. Harus dipahami bahwa molekul yang bersangkutan adalah molekul tambahan untuk kerangka organik logam dan secara konvensional tidak akan dianggap sebagai bagian dari kerangka. Oleh karena itu, molekul tidak dapat ditafsirkan untuk memasukkan ion logam yang mungkin menjadi bagian dari kerangka organik logam.

Namun, ion logam juga dapat dimasukkan sebagai tamu ke dalam pori-pori kerangka organik logam. Harus dipahami bahwa molekul yang bersangkutan adalah molekul tambahan untuk kerangka organik logam dan secara konvensional tidak akan dianggap sebagai bagian dari kerangka.

Oleh karena itu, molekul tidak dapat ditafsirkan untuk memasukkan ion logam yang mungkin menjadi bagian dari kerangka organik logam. Namun, ion logam juga dapat dimasukkan sebagai tamu ke dalam pori-pori kerangka organik logam.

Banyak molekul tamu dapat dipertimbangkan, tetapi molekul tipikal mencakup molekul yang dirancang untuk aktif secara biologis atau fisiologis. Molekul tersebut mungkin memiliki, misalnya, aktivitas biologis terapeutik atau lainnya.

Dalam satu perwujudan, satu molekul tamu mungkin anti-mikroba, dan molekul tamu lainnya dapat berfungsi untuk membuat mikroba lebih sensitif terhadap agen anti-mikroba. Atau, molekul lain mungkin hanya menjadi molekul penolak yang dirancang untuk mengusir mikroba, seperti yang dapat digunakan dalam aplikasi anti-fouling.

Sebagai contoh, kita dapat membayangkan pengiriman molekul obat yang aktif secara fisiologis yang tidak memiliki aktivitas antibakteri itu sendiri (misalnya obat anti-kanker seperti doksorubisin atau obat lain seperti kafein) dalam kombinasi dengan gas anti-mikroba seperti oksida nitrat, yang akan membantu untuk mencegah infeksi atau kontaminasi bakteri.

Invensi ini sekarang umumnya akan dijelaskan lebih lanjut berkaitan dengan molekul tamu anti-mikroba, tetapi ini tidak boleh ditafsirkan sebagai membatasi dan dapat diperluas ke molekul tamu lain yang dijelaskan di sini.

Agen anti mikroba dapat dimasukkan dan disimpan dalam pori-pori kerangka organik logam padat dan kemudian dilepaskan ke lingkungan baik secara spontan atau dengan aksi pemicu (seperti paparan kelembaban atau bahan kimia, peningkatan suhu, dll.) .

Agen antimikroba yang dapat disimpan dalam kerangka organik logam berkisar dari molekul kecil (seperti karbon monoksida, hidrogen sulfida, nitrogen monoksida dll) hingga agen antimikroba organik (semua kelas agen antimikroba ini dapat digabungkan dalam kerangka organik logam, termasuk, tetapi tidak terbatas pada, kelas berikut—penisilin (misalnya amoksisilin, penisilin), sefalosporin (semua generasi), aminoglikosida (misalnya neomisin, streptomisin), glikopeptida (vankomisin, dll), makrolida (eritromisin, dll.), serta agen anti-bakteri,

Untuk aktivitas anti-biofilm juga baik untuk menyimpan molekul yang menyebabkan biofilm bakteri terurai (terutama asam D-amino seperti D-leusin, D-metionin, D-tirosin, D-triptofan dll, atau campuran asam amino 9 ) dalam kombinasi dengan MOF antimikroba kuat atau molekul tamu antimikroba seperti oksida nitrat.

MOF dengan penaut antibakteri dapat disintesis dengan mengambil sumber logam—garam logam (nitrat, klorida sulfat, dll. dari logam yang diinginkan) atau logam itu sendiri—dan menggabungkannya dengan penaut organik dengan aktivitas anti-bakteri yang benar dan fungsionalitas yang sesuai. . Fungsionalitas yang disukai adalah setidaknya dua gugus asam karboksilat, dua gugus amina (atau satu asam karboksilat dan satu amina) sehingga mereka menghubungkan gugus logam/logam ke dalam kerangka multidimensi.

Contoh-contoh penghubung organik yang cocok dengan sifat antimikroba mencakup beberapa dari keluarga antibiotik penisilin, seperti karbenisilin, tikarsilin, dll dan beberapa lainnya. Bahan yang mengandung MOF antibakteri kemudian dapat dibuat dengan memanaskan komponen dalam pelarut yang sesuai (air, etanol,dimetilformamida adalah di antara banyak pelarut yang sesuai) ke suhu yang sesuai sebelum menyaring atau mengumpulkan produk padat.

Ion logam antibakteri non-kerangka dapat dimasukkan ke dalam pori-pori MOF melalui pertukaran ion atau proses impregnasi dari keadaan larutan, atau sebagai nanocluster melalui impregnasi kompleks logam dalam larutan atau keadaan gas diikuti dengan proses reduksi untuk membentuk logam .

Ada banyak ruang lingkup untuk mengubah properti kerangka organik logam agar sesuai dengan agen anti-mikroba tertentu yang akan diadsorpsi. Misalnya ada berbagai kemungkinan ukuran pori yang tersedia dalam kerangka organik logam yang berbeda (dari pori kecil (diameter <5 ), padatan dengan luas permukaan BET rendah (<500 m 2 g 1, misalnya SIAM-1) hingga pori besar (>15 diameter) dan luas permukaan ultra tinggi (>5000 m 2 g 1, misalnya MIL101) yang akan mengubah sifat difusi agen antimikroba.
Demikian pula, dimungkinkan untuk menyiapkan kerangka organik logam dengan fungsi kimia yang berbeda pada permukaan internal.

Hal ini dapat memungkinkan agen anti-mikroba yang teradsorpsi menjadi physisorbed atau chemisorbed pada permukaan internal. Misalnya, dimungkinkan untuk menyiapkan, setelah kerangka organik logam diaktifkan, bahan yang memiliki situs logam terbuka (juga disebut situs tak jenuh koordinatif) di mana molekul tamu dapat mengikat kuat dan ditahan relatif erat di dalam pori-pori, yang mempengaruhi laju di mana mereka dilepaskan.

Atau, penghubung organik dapat menanggung fungsi kimia (misalnya —OH, —NO 2 , —NH 2dll) yang juga dapat digunakan untuk memodifikasi kekuatan interaksi dengan kerangka kerja. Misalnya, zat anti bakteri yang memiliki kemungkinan untuk ikatan hidrogen dapat berinteraksi dengan gugus —OH atau —NH 2 pada kerangka untuk membentuk interaksi yang lebih kuat daripada yang biasanya terjadi.