İlaç Salımında ve Temiz Enerjide Kullanım için Yeni, Benzersiz Bir Kovalent Organik Çerçeve
Fotoğraf : Tokyo Bilim Üniversitesinde geliştirilen yeni üç boyutlu COF TUS-84, iyi tanımlanmış boşluklara (solda) sahip benzersiz bir çift iç içe geçme yapısının yanı sıra 5 gün sonra yaklaşık %35’lik genişletilmiş bir ilaç salım performansı sergiliyor (sağda), ilaç salımındaki potansiyel uygulamasını gösterir.
Temiz enerji ve sürdürülebilir sağlık çözümleri arayışımızda benzersiz, özelleştirilebilir özelliklere sahip gelişmiş malzemeler çok önemli bir rol oynamaktadır. Bunlar arasında, üç boyutlu kovalent organik çerçeveler (COF’ler) olarak bilinen yeni nesil gözenekli katılar, kataliz, ayırma, yarı iletkenlik, proton iletimi ve biyotıptaki potansiyel uygulamalar nedeniyle büyük ilgi uyandırdı.
Bu malzemelerin yeniliği, uygulamalarının yanı sıra sentezlerinde yatmaktadır. Üç boyutlu COF’ler, moleküler yapı taşlarını güçlü kovalent bağlarla kristal, genişletilmiş, ağ benzeri retiküler üç boyutlu yapılara bağlamaktan geliştirilen gözenekli organik malzemelerdir.
Bu malzemelerin yeniliği hem kendi sentezlerinde hem de uygulamalarında yatmaktadır. Üç boyutlu COF’ler, moleküler yapı bloklarını güçlü kovalent bağlarla kristalli, genişletilmiş, net benzeri üç boyutlu yapılara bağlamaya bağlı olarak geliştirilen gözenekli organik malzemelerdir.
Bununla birlikte, önceden tasarlanmış yapı birimlerinden elde edilmiş üç boyutlu COF’lerin sentezi, kurucu parçaların veya “ağ topolojilerinin” ağ benzeri “retiküler” düzenlemesine yol açar. Bunun nedeni, üç boyutlu yapı ünitelerinin eksikliği ve bina üniteleri arasındaki bağlantıların ters çevrilmemesinin yetersizliği.
Bununla birlikte, önceden tasarlanmış yapı birimlerinden elde edilmiş üç boyutlu COF’lerin sentezi, kurucu parçaların veya “ağ topolojilerinin” ağ benzeri “retiküler” düzenlemesine yol açar. Bunun nedeni, üç boyutlu yapı birimlerinin eksikliği ve yapı birimleri arasındaki bağlantıların yetersiz tersine çevrilebilirliğidir.
Son zamanlarda, Japonya Tokyo Bilim Üniversitesi Fen Fakültesi Uygulamalı Kimya Bölümünden Profesör Yuichi Negishi ve Tokyo Bilim Üniversitesi Uygulamalı Kimya Bölümündeki meslektaşları Dr. Saikat Das, Bay Taishu Sekine ve Bayan Haruna Mabuchi ilk kez yeni bir üç boyutlu COF benzersiz ağ topolojisi oluşturmayı başardı.
“Bu çalışmada, ilk kez düzenli bir düzlemin (4-bağlı) düğümlerini düzenli bir prizmanın (8-bağlı) düğümleriyle birleştirerek ağ yapısına sahip bir üç boyutlu COF oluşturmayı başardık. Prof. Negishi “Bu yeni COF, yani TUS-84, iyi tanımlanmış boşluklara sahip çift iç içe geçmiş bir yapıya sahip” dedi. Çalışma ACS Applied Materials & Interfaces’de yayınlandı.
Çalışmanın bir parçası olarak, araştırmacılar, DPTB-Me ve TAPP adlı iki organik bağlayıcının farklı simetrilere sahip bir yoğuşturma reaksiyonu gerçekleştirerek, scu-c ağ benzeri bir bileşen düzenlemesine sahip üç boyutlu COF elde etti.
Ekip daha sonra sentezlenen üç boyutlu COF’nin kristal yapısını ve özelliklerini analiz etmek için toz X-ışını kırınımı (PXRD) ve yüksek çözünürlüklü transmisyon elektron mikroskobu (HRTEM) kullandı. Araştırmacılar ayrıca, daha fazla yapısal içgörü sağlarken gözlemlenen deneysel özelliklerle büyük uyum gösteren yapısal modelleme ve simülasyon gerçekleştirdiler.
Araştırmacılar ayrıca, sentezlenen üç boyutlu COF’nin, karbon yakalama ve temiz enerji uygulamalarındaki umutlarını güçlendiren mükemmel hidrojen, karbon dioksit ve metan adsorpsiyon özelliklerine sahip olduğunu gösterdi. Prof. Negishi’nin belirttiği gibi, “Uygun COF’lerin geliştirilmesi, metal kaynaklarının ve argon gibi soy gazların enerji verimli bir şekilde geri kazanılmasını da kolaylaştırır. Bu, kaynak ve enerji sorunlarının iyileştirilmesine katkıda bulunur.”
Bu yeni üç boyutlu COF, ilaç salınım uygulamalarını destekler niteliktedir. Ekip, TUS-84’ün yaygın bir nonsteroidal anti-inflamatuar ilaç olan ibuprofen kullanarak etkili ilaç yükleme ve sürekli salım profilleri ile ilaç salım yeteneklerini açıkladı. TUS-84, 5 gün sonra yaklaşık %35’lik bir genişletilmiş ilaç salım performansı gösterdi. Bu, ilacın sürekli konsantrasyonlarının uzun bir süre boyunca verilmesini kolaylaştırır. Sonuç olarak, doz sıklığı azaltılabilir ve uzun süreli kronik ağrının daha tutarlı kontrolü mümkün olabilir.
Bu çalışmanın bulguları, tıptan çevresel iyileştirmeye kadar çok çeşitli alanlardaki uygulamalar için benzersiz topolojilere sahip geleceğin üç boyutlu COF’lerinin geliştirilmesine giden yolu açıyor.
Kaynak : phys.org
