Síntesis ecológica de MOFs amorfos de Ce como adsorbentes eficaces frente al antibiótico ofloxacino

Por qué importa limpiar el agua contaminada con fármacos

Trazas de antibióticos aparecen de forma rutinaria en ríos, lagos e incluso en el agua potable, en gran parte porque los medicamentos consumidos por personas y animales no se degradan por completo en el organismo. Un fármaco ampliamente utilizado, el antibiótico ofloxacino, puede persistir en el medio ambiente, perjudicando potencialmente la vida acuática y favoreciendo la resistencia a los antibióticos. Este estudio explora un material nuevo y respetuoso con el medio ambiente que puede absorber ofloxacino del agua de manera eficiente, y que además es más sencillo y más verde de fabricar que muchas opciones existentes.

Construir pequeñas esponjas a partir de piezas metálicas y orgánicas

Los materiales centrales de este trabajo se denominan marcos metal-orgánicos, o MOFs. Se construyen como andamios a partir de átomos metálicos enlazados por moléculas orgánicas, creando una enorme superficie interna y poros diminutos donde los contaminantes pueden quedar atrapados. Tradicionalmente, los MOFs son cristales ordenados fabricados usando disolventes orgánicos y calor. Aquí, los investigadores se centraron en cambio en MOFs “amorfoS” basados en el elemento cerio: estructuras que carecen de orden a larga distancia pero que aún conservan las conexiones metal-orgánicas esenciales. Las versiones amorfas pueden ser más fáciles de producir a gran escala, más robustas mecánicamente y ricas en sitios defectuosos que actúan como puntos adicionales de anclaje para los contaminantes.

Una receta ecológica que usa solo agua

Para fabricar estos MOFs amorfos de cerio, el equipo desarrolló un método a temperatura ambiente que emplea agua como único disolvente, tanto para la síntesis como para la activación del material. Mezclaron una sal de cerio con un enlazador orgánico en agua que contenía una sal que facilita la formación del armazón. Ajustando cómo manejaron el enlazador no disuelto y qué líquidos usaron durante los lavados, crearon varias variantes con diferentes tamaños de poro y áreas superficiales. Un truco clave fue filtrar las partículas de enlazador que no se disolvieron, evitando que obstruyeran los poros. Pruebas mediante difracción de rayos X y espectroscopía infrarroja confirmaron que los productos eran efectivamente amorfos pero que aún conservaban los bloques químicos básicos presentes en sus homólogos cristalinos.

Qué tan bien capturan el ofloxacino las nuevas esponjas

Los investigadores probaron después cada MOF amorfo como adsorbente —un material capaz de capturar moléculas desde el agua— usando ofloxacino como contaminante modelo. Mediciones de adsorción de nitrógeno mostraron que las partículas poseían mesoporos, poros lo suficientemente grandes para que las moléculas de ofloxacino pudieran entrar y desplazarse. Entre las diferentes muestras, una etiquetada como Ce-MOF-A-2 alcanzó el mejor equilibrio entre tamaño de poro y área superficial. En condiciones favorables cercanas a la temperatura ambiente y a un pH similar al del agua neutra, absorbió ofloxacino hasta una capacidad experimental de aproximadamente 139 miligramos por gramo de material. El análisis de la rapidez y la afinidad con que el ofloxacino se fijaba sugirió la formación de una capa uniforme de moléculas en la superficie y dentro de los poros, con un proceso controlado principalmente por interacciones químicas más que por simple atrapamiento físico. Es notable que la capacidad máxima calculada a partir de los datos superó ligeramente la de un MOF cristalino comparable y fue más del doble que la de un referente común: el carbón activado.

Qué controla la captura y liberación

Para imitar condiciones reales de aguas residuales, el equipo examinó cómo influyen el pH, las sales disueltas y la temperatura en el rendimiento. El material funcionó mejor cerca del pH neutro, donde el ofloxacino existe en una forma parcialmente cargada y la superficie del MOF presenta una ligera carga negativa. En estas circunstancias, varias fuerzas cooperan: atracciones electrostáticas suaves, enlaces de hidrógeno, apilamientos entre las partes anulares del fármaco y el armazón orgánico, y el simple llenado de los poros. Añadir sal común aumentó aún más la eliminación al hacer que el ofloxacino fuera menos favorable en la fase acuosa, impulsándolo hacia el MOF. Temperaturas más altas también incrementaron la captación, lo que indica que el proceso de adsorción se beneficia de energía térmica adicional. El material pudo reutilizarse varias veces tras lavados, con cierta pérdida de capacidad debido a moléculas de fármaco que quedaron alojadas en los poros, pero su estructura general y su estabilidad térmica se mantuvieron en gran medida intactas.

Qué significa esto para un agua más segura

En términos cotidianos, el estudio muestra que es posible fabricar “esponjas moleculares” altamente eficaces para la contaminación por antibióticos mediante un proceso sencillo, que usa solo agua y opera a temperatura ambiente. El MOF amorfo de cerio de mejor rendimiento capturó más ofloxacino que muchos MOFs cristalinos y con creces más que el carbón activado, manteniéndose estable y parcialmente reutilizable. Debido a que el método se basa en ingredientes benignos y evita condiciones agresivas, apunta hacia una producción rentable de filtros avanzados que podrían empaquetarse en columnas o cartuchos de tratamiento. Si se escala, esos MOFs amorfos fabricados de forma ecológica podrían convertirse en herramientas potentes para ayudar a mantener los residuos farmacéuticos fuera del agua de la que dependemos los seres vivos.»}

Cita: Molavi, H., Saeedi, S. & Ghorbani, A. Green synthesis of amorphous Ce-MOFs as efficient adsorbents towards Ofloxacin antibiotics. Sci Rep 16, 11322 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42188-6

Palabras clave: purificación de agua, eliminación de antibióticos, marcos metal-orgánicos, síntesis ecológica, ofloxacino