Synthesis of UiO-66-NH₂ and Its Integration with Ampicillin: A Study on Antibacterial Efficacy. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

PDF master_thesis.pdf - Accepted Version Restricted to Repository staff only until 29 May 2026. Download (2MB)

Arabic Abstract

تم دراسة الأطر المعدنية العضوية (MOFs) كمرشحات للاستخدامات الطبية الحيوية نظرًا لمساحتها السطحية العالية، ومساميتها القابلة للعكس، ومجموعاتها الوظيفية القابلة للتعديل. أظهر UiO-66-NH₂، أحد هذه الأطر، والمشتق من مادة أولية من الزركونيوم، استقرارًا كيميائيًا وتوافقًا حيويًا هائلين، وبالتالي، يحمل تطبيقات واعدة في توصيل الأدوية. في هذه الدراسة، تم تصنيع UiO-66-NH₂ وتحميلها بالأمبيسلين بثلاث نسب من MOF إلى الدواء (1:1، 1:2، و1:3)، وتم وصف المركبات الناتجة باستخدام مطيافية XRD وFTIR وUV-Vis. بلغت كفاءات تحميل الدواء المحققة 93.70% و96.45% و98.04% على التوالي، مما يؤكد قدرة MOF العالية على التغليف. تم تقييم النشاط المضاد للبكتيريا ضد بكتيريا الإشريكية القولونية، والعصوية الرقيقة، والمكورة الصفراء، والزائفة الزنجارية باستخدام اختبارات انتشار الأقراص. كان المركب مثبطًا بشكل معتدل للإشريكية القولونية (منطقة 2.0 سم لجميع التركيزات)، بينما أنتج الأمبيسلين النقي مناطق أكبر تصل إلى 5.0 سم. لم يُلاحظ أي نشاط مضاد للبكتيريا للمركب ضد العصوية الرقيقة، والمكورة الصفراء، والزائفة الزنجارية. لوحظ إطلاق مطول للدواء، حيث تم إطلاق 84% من الأمبيسلين خلال 24 ساعة، مما يشير إلى نمط إطلاق مُتحكم به. أُجريت اختبارات الحد الأدنى للتركيز المثبط (MIC) على الإشريكية القولونية فقط. أظهر مركب UiO-66-NH₂-أمبيسيلين تثبيطًا واضحًا حتى 96 ميكروغرام/مل، بينما أظهر الأمبيسلين الحر تثبيطًا كاملًا حتى 96 ميكروغرام/مل وتثبيطًا جزئيًا عند 9.6 ميكروغرام/مل. تشير هذه النتائج إلى النشاط المضاد للبكتيريا الطويل والمتأخر قليلاً لهذا المركب، وذلك بفضل إطلاق الدواء المُتحكم به. وبشكل عام، يؤكد هذا العمل على إمكانات UiO-66-NH₂ كنظام لتوصيل المضادات الحيوية مُتحكم الإطلاق، مع نشاط بكتيري انتقائي.

English Abstract

Metal-Organic Frameworks (MOFs) have been investigated as biomedical candidates owing to their high surface area, reversible porosity, and modifiable functional groups. UiO-66-NH₂, one of the MOFs, derived from a zirconium precursor, showed immense chemical stability and biocompatibility and, therefore, holds prospective applications towards drug delivery. In this paper, UiO-66-NH₂ was synthesized and loaded with ampicillin in three MOF-to-drug ratios (1:1, 1:2, and 1:3), and the resultant composites were characterized by XRD, FTIR, and UV-Vis spectroscopy. The drug-loading efficiencies achieved were 93.70%, 96.45%, and 98.04%, respectively, confirming the high encapsulation capacity of the MOF. Antibacterial activity was evaluated against Escherichia coli, Bacillus subtilis, Micrococcus luteus, and Pseudomonas aeruginosa by disc diffusion assays. Prolonged release of the drug was observed, with 84% ampicillin released within 24 hours, indicating a controlled release pattern. The composite was moderately inhibitory to E. coli (2.0 cm zone for all concentrations), while pure ampicillin produced bigger zones of up to 5.0 cm. No antibacterial activity was observed for the composite against Bacillus subtilis, Micrococcus luteus, and Pseudomonas aeruginosa. Minimum Inhibitory Concentration (MIC) tests were performed only on E. coli. The UiO-66-NH₂–ampicillin composite showed visible inhibition to 96 µg/mL, while free ampicillin showed complete inhibition to 96 µg/mL and partial inhibition at 9.6 µg/mL. These results are indicative of the composite's long but slightly delayed antibacterial activity due to controlled drug release. Overall, this work confirms the potential of UiO-66-NH₂ as a controlled-release antibiotic delivery system with selective bacterial activity.

Item Type:	Thesis (Masters)
Subjects:	General Research
Department:	College of Chemicals and Materials > Bioengineering
Committee Advisor:	Nzila, Alexis
Committee Co-Advisor:	Baigh, Nadeem
Committee Members:	Uddin, Shihab
Depositing User:	SAEED ALDOSSARY (g202302210)
Date Deposited:	29 May 2025 10:14
Last Modified:	29 May 2025 10:14
URI:	http://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/143495