基于FRET的双配体MOFs的制备及其对镉离子的比率检测研究

Ratiometric fluorescent indicator is more accurate alternative measurement. Thus, sensing materials based on ratiometric measurement are still in need. This project aims to design sensing materials based on metal-organic frameworks ( MOFs ) and investigate the detection of cadmium in the aqueous solution. Based on resonance energy transfer principle ( FRET ), the MOFs' ligands are composed of resonance energy transfer cassettes. Wherein the energy donor is a strong electronic push-pull system. By post-synthetic modification, recognition group for cadmium is introduced into the energy donor's struture. As expected, when the recognition group chelates with the cadmium, the charge distribution within the donor changes, thereby chleation with cadmium can regulate the transfer efficiency. Further investigation of the sensing property is invovled by varying the conditions of prepartion. The study of fast, sensitive detection material for cadmium ion is significant to prepare applicable MOFs.

荧光比率技术因其可消除由光漂白等引起的数据失真的优势而备受青睐。用于荧光比率技术的相关传感材料仍然亟待研究发展。本项目拟针对严重影响我国食品安全的环境镉污染，结合申请人在分子探针的研究基础，以具有大比表面积特征的发光金属有机骨架（MOFs）为载体，研究水体中镉离子的荧光比率检测材料。利用荧光共振能量转移（FRET）供受体对作为有机结构基元来构筑双配体发光MOFs。依据镉离子主客体适配原则，利用后修饰方法在MOFs中引入镉离子识别基团，合成具有预想空腔结构的镉离子容器。通过结合镉离子来调控能量转移效率，达到以双波长比率分析法检测镉离子的目的。探讨MOFs的制备方法，研究MOFs材料的发光性能与化学稳定性的结构影响因子，分析结构基元、识别基团与吸附传感性能之间的构效关系，揭示具有稳定、高吸附、比率检测特征的传感MOFs的结构特征，为进一步指导合成新型具有良好应用前景的MOFs奠定基础。

本项目主要围绕金属有机骨架化合物(MOFs)的合成与镉离子荧光传感性能开展研究。本课题重点研究具有高稳定性的锆基MOFs材料，基于锆基MOFs作为固态材料平台具有孤立有机配体的特性，利用“配体交换”修饰骨架孔径合成新颖功能化的MOFs。但是，我们发现在直接链接镉离子配体分子后，改性的MOFs材料无法对镉离子光响应。于是，我们合成制备了键合镉离子配体分子的APTES修饰的磁性纳米颗粒，该材料的光响应行为与配体分子类似。此外，我们碳化ZIF-8材料，研究表明其对镉离子具有理想的电化学响应。在探索发光金属有机骨架化合物的过程中，我们设计、合成了一系列结构含芘金属有机骨架化合物。并揭示了磷酸根离子的诱导解离MOFs材料的机制，实现从芘激基复合物-单体转变而产生的比率传感。在开展传感MOFs工作的同时，我们还进行了其他功能性纳米材料制备方面的尝试，研究工作主要分为新型吡啶类有机配体的合成、自组装以及离子传感等性能进行了研究。基于组装-解组装的策略，开发了新型比率测量型银离子荧光探针。在本项目的支持下，发表SCI检索文章二篇，拓展了组装-解离传感研究，获得国家发明专利授权一项，培养硕士研究生一名。另外有关镉离子传感材料正在整理和深入中，有望在以后的时间里发表和应用。