稀土MOF传感材料/传感器的制备及其生物信使小分子的传感应用

Although many molecular and nano-systems have been designed to sense analytes, there is no known strategy to integrate multiple functional components in a single material to perform visual detections. In this research project, by means of component and structural high flexibility of MOF materials, multiple functional components (biomolecules, lanthanide ions, antena molecules and recognition molecules) were assembled in a single material to make a smart lanthanide MOF sensing materials for the assays of biological messenger molecules in aqueous solution. This kind of MOF sensing materials is both a recognition unit and a transduction unit and has the dual-functions of molecular recognition and luminescent sening, without a post-functionalization of material in the conventional methods. The research will provide new materials, principles and means for molecular sensing and imaging.

许多分子和纳米体系已被设计用于传感分析物，但迄今为止还没有集多个功能组分于单一材料中进行可视化传感的方法。研究项目拟利用MOF材料组成和结构的高度灵活性，将多个功能组分（生物分子、稀土离子、天线分子、识别分子）合成在单一材料中，从分子水平上构造自身具有特异性传感功能的稀土MOFs材料/传感器。这种MOFs材料既是识别元件又是信号转换元件，具有分子识别和发光指示双功能，避免了常规方法中的材料后功能化。发展水溶液中分析生物信使小分子的新型MOFs传感器，为分子传感、成像提供新的材料、原理和方法。

项目利用金属有机框架（MOF）结构，以铽离子为发光离子，设计合成了几种新型稀土MOF敏感材料作为荧光传感器、纳米酶，建立了基于MOF敏感材料的荧光分析法。获得的主要成果：设计合成了一种用于检测气体信使分子二氧化硫及其衍生物的双金属镧系MOF材料，该材料通过化学反应触发能量转移产生铽离子荧光增强原理测定二氧化硫和亚硫酸根，这种反应响应的敏感材料在其它分析物的检测中有很大的应用潜力；设计合成了一种能催化测定活性氧、信使小分子过氧化氢的稀土纳米酶。该纳米酶对过氧化氢的反应具有显著的催化作用，Michaelis常数Km和最大反应速率Vm值优于天然的辣根过氧化物酶，在催化的同时能发光显示过氧化氢的含量，这是第一例设计合成的具有发光指示功能的纳米酶；利用MOF结构设计合成了一种测量强酸性环境中pH值的MOF材料，该MOF材料利用分子内电荷转移效应（ICT）和光诱导电子转移效应（PET），能线性响应强酸性pH 1.0～3.5范围内质子浓度的变化，具有良好的测定特异性和稳定性，在溶酶体、嗜酸细胞和胃液等pH测定方面具有良好的应用前景；构建了一种响应亚硝酸根的稀土MOF纳米粒子传感器，该纳米粒子传感器测定亚硝酸根显示出高的灵敏度和优异的特异性，可以用作亚硝酸根的清除剂。这是第一例具有荧光指示功能的纳米粒子清除剂；建立了一种通过π共轭诱导荧光增强检测氰根离子的新方法，制备的MOF材料和氰根离子之间形成的延展π键极大地敏化了铽的发光，可实现对氰根离子高灵敏的检测，为其它可形成延展π键的小分子、离子的传感提供了新的思路。