【Coordin. Chem. Rev.】抗菌MOF综述
由微生物引起的感染对公共健康构成严重威胁，近年来病原体对抗生素的耐药性不断增加，导致严重的健康问题。纳米技术和材料科学的科学进步使得能够生产具有内在抗菌活性的新物质，用于最多样化的技术领域的新应用，并应对现代社会的挑战。
MOF是基于金属离子或团簇通过有机连接体以规则方式连接的多孔结晶化合物，最初开发用于催化和气体吸收。在过去的十年中，MOF也已成为潜在的生物医学应用的目标，例如生物药物的输送、抗菌保护、生物传感、生物催化、生物银行、以及操纵细胞和病毒。
本综述重点介绍了抗菌MOF领域的最新进展，涵盖了截至2020年的所有文献，试图全面了解MOF和含有MOF的复合材料在抗菌材料领域的潜力。描述了迄今为止确定的所有潜在抗菌机制以及抗菌MOF设计和生产中的决定性参数。将批判性地研究当前基于MOF的系统的挑战和局限性，并将讨论不同的研究方向和创新方法，以促进原始抗菌和多功能复合材料的发展。
金属有机框架 (MOFs) 或多孔配位聚合物(PCPs) 是一类非凡的化合物，其中有机桥接配体连接金属离子或含金属节点（二级构建单元，SBUs）以提供具有潜在空隙的三维配位网络 。MOF 相对于其他微孔物质的主要优势在于其高度可调的成分，这可以通过使用不同的金属离子或 SBU 或改变和修饰有机连接体来实现.MOFs 对于非常高的表面积和开放空间非常有趣，分子可以在其中被捕获、存储和转化，也用于能源相关技术、多相催化、气体净化和传感。
MOFs 可以有效地应用于医学：最近一份关于 MOFs 的生物医学应用的详细报告已经发表，并且 MOFs 在制药技术中的应用，包括它们的合成、配方和功能化、毒性和稳定性进行了讨论和综述。
所采用的合成方法，以及键合性质和金属类型都强烈影响它们的生物学特性。MOFs可以被认为是有机/无机杂化材料，通常使用常规和非常规方法制备，例如溶剂热和非溶剂热合成、电化学、微波、机械化学和声化学合成。MOFs 的稳定性受到有机接头的性质和开放金属位点的存在的强烈影响，这两个特征可用于合成后的功能化，以提高形成的 MOFs 的稳定性、多功能性和预期适用性。
还发现向 MOF 中的有机配体添加特定基团可以支撑结构并产生更强大的框架。由于 MOF 含有有机成分，因此它们可以制备成比其他多孔材料更大的化学品种。它们通常显示出非常均匀的孔和通道尺寸，这是解释催化性能的关键因素，通常比那些报道的沸石更相关。
近年来，耐多药细菌的数量不断增加，传统药物的疗效不如预期。在这方面，几种过渡金属和金属纳米颗粒 (NPs)作为抗菌剂已被广泛研究。不幸的是，表现出强抗菌活性的NPs存在问题，因为它们不仅向细菌而且向正常组织过度释放金属离子。
在此背景下，MOF是解决诸如细菌污染等公共卫生问题的有前途的材料，这在食品、医疗和环境应用等不同领域是一个具有挑战性的问题。MOF 似乎非常适合用于医疗灭菌和细菌根除因为它们结合了两个不同的领域，即具有长杀菌时间和广谱杀菌的无机抗菌剂，通常是非常昂贵的物种，以及有机抗菌剂，表现出强大和快速的细菌活性，但具有毒性，易用药耐热性差，耐热性差。研究新的 MOF 环境应用的兴趣正在增加，因为其中一些化合物在暴露于具有吸收能力的光下时可能是光催化剂，从而诱导了对有机污染物降解的理想光催化活性。
研究和适用于其抗菌作用的 MOF 的数量不断增长，潜在的生物医学应用的数量也在不断增长，一些优秀的综述很好地描述了抗菌应用的趋势和机制，根据金属和接头成分的类别，以及作为受控抗菌植物化学物质递送的载体平台但迄今为止，文献中还没有对报告的物种、它们的生物学特性和基于所采用系统的拟议作用机制的系统评价。
出于这个原因，在此及时全面地总结了抗菌 MOF 和含有 MOF 的抗菌复合系统的成就以及相关的可能抗菌机制。众所周知，科学随着自身语言的发展而进步，不断创造出新的术语来简明扼要地描述与新研究领域相关的系统或现象。“bioMOFs”一词最近被引入并越来越多地使用。
2010 年，Morris 和 Serre 第一个提出 bioMOFs 一词，将 MOFs 的含义分配给生物和医学应用。随后，有人提出了更具体的含义，将其分配给那些MOF，其中活性药物成分或生物活性有机分子是能够产生框架的接头。最近，有人提出 bioMOF 是由生物相容性金属和生物配体（如氨基酸、核碱基、蛋白质、多肽、环糊精、卟啉/金属卟啉等）构成的 MOF，其中组成部分（阳离子和有机间隔物）均赋予生物相容性对于这种新兴类型的材料。
这篇综述是根据抗菌活性的类型进行组织的，即对细菌、真菌、病毒粒子和寄生虫的活性，然后进一步细分是基于成分（简单的 MOF 或 MOF 复合材料）、杀生物剂（释放的金属离子通过 MOF 框架，金属中心和有机连接体，或 MOF 载体，用于控制递送封装在 MOF 孔中的杀生物剂）和 MOF 复合材料的主要成分（纤维、聚合物、凝胶或纳米复合材料）。两个连续的部分致力于生物工程的最新进展，特别是具有 MOF 壳和病原体模拟 MOF 的微生物的生物矿化。结论部分将尝试强调迄今为止确定的所有抗菌机制（图 1）。
图 1：本次综述的组织结构。
2 . 抗菌 MOF
适合作为抗菌剂的MOF或 MOF 复合材料的合成很大程度上取决于可能的抗菌应用和所需的抗菌机制。储层 MOF 的合成和光谱表征可以通过许多综述中广泛报道的常用方法进行。
抗菌 MOF 通常通过以下合成程序制备，如小型综述中所述的合成程序，其中报告了溶剂热/水热、机械化学、声化学、微波辅助、电化学、离子热、干凝胶转化和微流体合成程序 。合成通常通过混合极性有机溶剂易溶盐作为金属中心和有机接头的来源，主要是羧酸盐和唑盐。
在从室温到溶剂热条件的温度范围内搅拌混合物后，MOFs 通过自组装形成，近年来，人们致力于开发清洁和可持续的 MOFs 合成路线，主要目标是减少环境影响。在第一个基于 MOF 的商业产品发布之后，现在基于 MOF 的材料出现在市场上，制造商的利润不断增加。
2.1 . 抗菌 MOFs 作为金属离子库
MOFs 可以用作良好的金属离子储存器和金属离子释放器。用作金属离子储库的 MOF 的抗菌性能通常与其受控降解有关，这主要在它们由软金属离子和硬配体组成时才有可能。
2.2 . 含有生物活性分子作为接头的抗菌 MOF
抗菌药物可用作连接体，直接与金属离子自组装，如含有诺氟沙星阴离子的二维矩形网格框架[Cd(Norf)(ClO 4 )(H 2 O)] n ( 73 ) (HNorf)，一种喹诺酮类分子，广泛用作细菌 II 型 DNA 拓扑异构酶的靶标。HNorf 能够破坏细菌的双链 DNA，导致细胞死亡。73个堆叠的 2D 层状框架通过高氯酸根阴离子和水之间的强氢键形成 3D 网络。
2.3 .用于抗菌剂受控递送的 MOF 载体
近年来，MOF 作为生物活性分子的潜在递送方式已被广泛研究，例如用于抗生素的缓释和控释递送，以对抗 AMR（抗菌素耐药性）。功能化 Zn-MOF 的一个例子是 ZIF-8 [Zn(meim) 2 ] n ( 38 ) 共包裹抗生素、万古霉素(VAN)、一种对革兰氏阳性菌非常有效的糖肽大分子和叶酸(FA) ，通过一锅封装程序。