Grön syntes av amorfa Ce-MOF:er som effektiva adsorbenter för ofloxacin-antibiotika

Varför det är viktigt att rena läkemedelsförorenat vatten

Spår av antibiotika dyker numera rutinmässigt upp i floder, sjöar och till och med dricksvatten, i stor utsträckning eftersom läkemedel som tas av människor och djur inte bryts ner helt i kroppen. Ett ofta använt läkemedel, antibiotikumet ofloxacin, kan dröja kvar i miljön, potentiellt skada vattenlevande organismer och driva på utvecklingen av antibiotikaresistens. Den här studien undersöker ett nytt, miljövänligt material som effektivt kan suga upp ofloxacin från vatten, samtidigt som det är enklare och grönare att tillverka än många befintliga alternativ.

Bygga mikrosvampar av metall- och organiska delar

Materialen i centrum för detta arbete kallas metall–organiska ramverk, eller MOF:er. De är uppbyggda som ställningar av metallatomer länkade med organiska molekyler, vilket skapar en enorm intern yta och små porer där föroreningar kan fastna. Traditionellt är MOF:er noggrant ordnade kristaller som framställs med organiska lösningsmedel och värme. Här riktade forskarna istället in sig på ”amorfa” MOF:er baserade på grundämnet cerium — strukturer som saknar långväga ordning men ändå bevarar de viktiga metall–organiska kopplingarna. Amorfa varianter kan vara lättare att producera i stor skala, mer mekaniskt robusta och rika på defektställen som kan fungera som extra fästyten för föroreningsmolekyler.

En grön metod som använder endast vatten

För att framställa dessa amorfa cerium-MOF:er utvecklade teamet en rumstemperatursmetod som använder vatten som enda lösningsmedel, både för konstruktion och aktivering av materialet. De blandade en ceriumsalt med en organisk länkare i vatten som innehöll en salt som hjälper ramverket att bildas. Genom att justera hur de hanterade olösta länkarepartiklar och vilka vätskor de använde vid tvätt skapade de flera varianter med olika porstorlekar och ytor. Ett viktigt knep var att filtrera bort länkarepartiklar som inte lösts upp, för att förhindra att de täppte till porerna. Tester med röntgendiffraktion och infraröd spektroskopi bekräftade att produkterna faktiskt var amorfa men ändå bevarade de grundläggande kemiska byggstenarna som finns i deras kristallina motsvarigheter.

Hur väl de nya svamparna fångar ofloxacin

Forskarna testade sedan varje amorf MOF som en adsorbent — ett material som kan fånga molekyler från vatten — med ofloxacin som modellförorening. Mätningar av kväveadsorption visade att partiklarna hade mesoporer, porer tillräckligt stora för att ofloxacinmolekyler ska komma in och röra sig. Bland de olika proverna hittade de att en betecknad Ce-MOF-A-2 uppnådde den bästa balansen mellan porstorlek och yta. Under gynnsamma förhållanden nära rumstemperatur och ett pH runt neutralt, absorberade den ofloxacin till en experimentell kapacitet på cirka 139 milligram per gram material. Analys av hur snabbt och hur starkt ofloxacin fäste antydde ett enhetligt skikt av molekyler som bildas på ytan och inne i porerna, där processen främst styrdes av kemiska interaktioner snarare än enkel fysisk inneslutning. Noterbart var att den maximala kapacitet som beräknades från data något översteg den hos en jämförbar kristallin MOF och var mer än dubbelt så stor som för ett vanligt referensmaterial: aktivt kol.

Vad som styr fångst och frisättning

För att efterlikna verkliga avloppsvattenförhållanden undersökte teamet hur pH, lösta salter och temperatur påverkade prestandan. Materialet fungerade bäst nära neutralt pH, där ofloxacin förekommer i en delvis laddad form och MOF-ytan bär en svag negativ laddning. Under dessa omständigheter samverkar flera krafter: mild attraktion mellan laddningar, vätebindningar, stapling mellan ringlika delar av läkemedlet och den organiska ramen, samt enkel påfyllning av porerna. Tillsats av vanligt salt ökade borttagningen ytterligare genom att göra det mindre gynnsamt för ofloxacin att stanna i vattnet, vilket drev det mot MOF:en. Högre temperaturer ökade också upptaget, vilket indikerar att adsorptionen gynnas av tillförd termisk energi. Materialet kunde återanvändas flera gånger efter tvätt, med en viss minskning i kapacitet på grund av läkemedelsmolekyler som blev kvar kilade i porerna, men dess övergripande struktur och termiska stabilitet förblev till stor del intakt.

Vad detta innebär för säkrare vatten

I vardagliga termer visar studien att det är möjligt att framställa högst effektiva ”molekylära svampar” för antibiotikaföroreningar med en enkel, vattenbaserad process vid rumstemperatur. Den bäst presterande amorfa cerium-MOF:en fångade mer ofloxacin än många kristallina MOF:er och mycket mer än aktivt kol, samtidigt som den var stabil och delvis återanvändbar. Eftersom metoden förlitar sig på ofarliga ingredienser och undviker hårda förhållanden pekar den mot kostnadseffektiv produktion av avancerade filter som kan packas i reningskolonner eller patroner. Om detta skalas upp kan sådana grönt tillverkade amorfa MOF:er bli kraftfulla verktyg för att hålla farmaceutiska rester borta från det vatten som vi och andra levande organismer är beroende av.

Citering: 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

Nyckelord: vattenrening, avlägsnande av antibiotika, metallorganiska ramverk, grön syntes, ofloxacin