基于发光金属-有机框架材料的化学传感体系构建及应用

Metal-organic frameworks (MOFs) are a fascinating family of porous solids created from the molecular coordination of inorganic units and organic building units. MOF materials possess the porous channels with specific sizes and shapes, the tunability of structures and their range of physicochemical properties. Luminescent MOFs combine the advantages of framework structures and the properties of luminescence, and then have an important significance in constructing the chemo-sensory materials. With this in mind, the aim of this project is to investigate the potential of luminescent MOFs as chemical sensors. To improve the sensitivity and specificity toward target molecules, we will develop new sensing methods based on the parameter changes of MOFs, such as fluorescent intensity, the ratio of intensities, fluorescence life, and the position of emission peaks. Moreover, we will further reveal the related sensing mechanisms by invesigating the relationship between the framework structures and the sensing performance of MOFs.

金属-有机框架材料是一类由金属离子(簇)与有机桥联配体通过配位作用组装形成的多孔晶体材料，具有特定尺寸和形状的孔道、可调变的框架结构以及丰富的物理化学性质。发光框架材料结合发光性能与框架结构的优势，在构建化学传感器方面具有重要的研究意义。基于此，本项目将探索新型框架材料在化学传感方面的应用。发展基于荧光强度、强度比值、发光峰位或荧光寿命等参数的荧光检测新方法，以提高检测的特异性和灵敏度。同时深入地研究框架结构与传感性能之间的关系，揭示框架材料对特定目标分子的荧光传感机制。

荧光纳米材料由于其独特的物理和化学性质使其在分析领域备受关注。荧光纳米材料不仅具有较高的荧光强度和优越的光稳定性，同时还具有量子效应、小尺寸效应等性质，使其在化学传感领域都有巨大的应用前景。我们设计开发了一种新型的基于纳米配位聚合物的荧光探针，成功实现了对水分子的灵敏、快速、可视化检测，并将其应用于锂离子电池体系中水分子的原位实时监测。另外设计合成了一种新型的Au(I)荧光纳米簇构筑的多孔聚合物纳米探针，并将其成功应用于红酒、咖啡、果汁中氰化物的比色检测，最低裸眼检测浓度是20μM，低于血液中氰化氢的致死量(40μM)，同时实现了木薯加工过程中氰化物释放的实时监测。从生物应用角度看，荧光纳米材料具有组织穿透性差、组织自发荧光干扰等缺点，不利于生物组织成像。光声成像作为一种非入侵式和非电离式的新型生物医学成像方法，结合了纯光学组织成像高选择性和纯超声组织成像深穿透性的优点，可得到高分辨率和高对比度的组织图像。我们以聚多巴胺纳米球(PDAs)为载体设计出PDA-RGDC/DOX多功能成像探针，它能够有效地吸收近红外光，展示出高的光热转换效率和好的生物降解性。在808 nm近红外光照射下，不仅能通过光热治疗杀死细胞，还可以通过近红外光照刺激药物释放进行药物治疗，显示出很好的光热转换和药物远程控制释放的效果，可以用于光声成像指导下的光热-药物协同治疗，并且在体内和体外都表现出显著的光热-药物协同作用，有望在诊疗生物纳米医学领域展示出良好的应用前景。