Síntesis de materiales compuestos con propiedades antimicrobianas que contengan MOF ZIF-8 para aplicaciones en el sector de packaging.

Abstract

[ES] La calidad y la inocuidad de alimentos y productos están estrechamente relacionadas con una población baja de microorganismos patógenos y de deterioro. Es por ello, que existe una creciente demanda de nuevos materiales antibacterianos, que sobre todo actúen como barrera contra aquellas bacterias capaces de desarrollar resistencia antimicrobiana (RAM). Los MOFs (del inglés Metal-Organic Frameworks) han despertado un gran interés las últimas décadas, entre otras razones, por su gran potencial como agentes antimicrobianos. Algunos de los beneficios que muestran son: i) su elevada porosidad les permite encapsular moléculas activas; ii) la superficie de sus poros es funcionalizable para acoger de manera selectiva la molécula de interés y posteriormente liberarla de manera controlada, a diferencia de otros nanomateriales bactericidas tradicionales; iii) poseen capacidad antimicrobiana intrínseca debido a su composición química, y iv) poseen estabilidad química. Los MOFs son capaces de vencer la RAM y desarrollar una capacidad antibacteriana efectiva basada en diferentes mecanismos como: contacto físico, acción de iones metálicos y ligandos, estrés oxidativo y efecto fototérmico. Así, los MOFs actúan como agentes activos para mejorar la vida útil, la calidad y la seguridad de los productos envasados. El presente estudio se centrará en la producción del MOF ZIF-8 a partir de sales de zinc y el ligando 2-metilimidazol mediante dos procesos: síntesis solvotermal y mecanoquímica. De esta manera se pretende comparar ambos procesos y optimizar la metodología por mecanoquímica, ya que ésta representa una excelente opción para producir grandes cantidades de MOF a un coste bajo y de manera sostenible. Una vez sintetizado el ZIF-8, se incorporará en matrices termoplásticas para su posterior procesado en forma de láminas/placas y se evaluará su capacidad antibacteriana. También se comprobará la procesabilidad para obtener films de estos materiales compuestos en el sector del envase y embalaje.

[EN] The quality and safety of food and products are closely related to a low population of pathogenic and spoilage microorganisms. Therefore, there is a growing demand for new antibacterial materials, especially those that act as a barrier against bacteria capable of developing antimicrobial resistance (AMR). MOFs have aroused great interest in recent decades, among other reasons, because of their great potential as antimicrobial agents. Some of the benefits they show are: i) their high porosity allows them to encapsulate active molecules; ii) their pore surface is functionalizable to selectively host the molecule of interest and subsequently release it in a controlled manner, unlike other traditional bactericidal nanomaterials; iii) they possess intrinsic antimicrobial capacity due to their chemical composition, and iv) they possess chemical stability. MOFs are able to overcome AMR and develop effective antibacterial capacity based on different mechanisms such as: physical contact, action of metal ions and ligands, oxidative stress and photothermal effect. Thus, MOFs act as active agents to improve the shelf life, quality and safety of packaged products. The present study will focus on the production of MOF ZIF-8 from zinc salts and the ligand 2-methylimidazole by two processes: solvothermal and mechanochemical synthesis. In this way, the aim is to compare both processes and to optimize the mechanochemical methodology, since it represents an excellent option to produce large quantities of MOF at a low cost and in a sustainable way. Once ZIF-8 has been synthesized, it will be incorporated into thermoplastic matrices for further processing into sheets/plates and its antibacterial capacity will be evaluated. The industrial processability of films made of these composite materials in the packaging sector will also be tested.