ZIF-8 magnético como un soporte estable y reusable para la inmovilización de biomoléculas en soluciones acuosas a pH=7

Abstract

Recientemente, los armazones metalorgánicos (MOFs) han sido propuestos como soportes para inmovilizar biomoléculas, particularmente enzimas; para preservar su actividad y favorecer su reutilización.[1] Un MOF muy utilizado es el ZIF-8 (Zeolitic Imidazole Frameworks), compuesto por Zn(II) y 2-metilimidazol que si bien mantiene su estructura en suspensiones acuosas a ebullición, su estabilidad en los medios acuosos de alta fuerza iónica requeridos para la aplicación práctica de los biocatalizadores, aún no ha sido evaluada. En esta presentación, reportamos la síntesis y caracterización de estructuras Fe3O4@ZIF-8 formadas por partículas de magnetita (Fe3O4) recubiertas por ZIF-8 y estudiamos su robustez química en las condiciones óptimas de operación de las enzimas NAD-dependientes (pH=7 y fuerza iónica ≥ 0.2 M); explorando el efecto de la naturaleza del sistema tampón y los aditivos surfactantes sobre la estabilidad y la morfología, así como la capacidad de carga para la adsorción de BSA (Bovine Serum Albumin) como proteína modelo. Resultados: La exposición de las estructuras Fe3O4@ZIF-8 a soluciones tampón de fosfatos 0.05 M (pH=7), un medio frecuentemente utilizado en catálisis enzimática, deriva en la irreversible desestabilización del ZIF-8 mediante la formación de fosfato de zinc. Este comportamiento puede evitarse si se reemplaza el tampón aniónico por el Tris-HCl 0.05 M (pH=7) y se introduce PVP (polivinilpirrolidona) en la síntesis. La naturaleza catiónica del Tris-HCl reduce las interacciones con la superficie positiva del ZIF-8, manteniendo su integridad en la estructura, mientras que la presencia de PVP conduce la nucleación del ZIF-8 favoreciendo un aumento en la proporción de los planos cristalinos superficiales más estables ({110}), lo cual mejora aún más su hidroestabilidad sin afectar la morfología del sistema. Las estructuras estabilizadas con PVP muestran una capacidad de carga máxima de 236.92 ± 0.38 µg de BSA por mg de Fe3O4@ZIF-8/PVP y una gran resistencia de inmovilización, sin la evidencia de lixiviación proteica. Conclusiones: Nuestros resultados proporcionan evidencia directa respecto a que se debe realizar un cuidadoso análisis de los componentes del sistema tampón y la modificación de la superficie para garantizar la estabilidad de ZIF-8 evitando las transformaciones químicas o su hidrólisis, lo que podría limitar la aplicación de esta especie como soporte de inmovilización.