近红外发光金属-有机框架用于细胞内活性小分子的检测研究

Active small molecules with special physiological function in cell mediate the process of some malignant tumor and cardiovascular disease. Therefore, real-time and dynamic detection of them will be expected to achieve for the early diagnosis of some diseases. In view of the lack of stability for organic fluorescent probes and lanthanide complexes in this field, multi-functional Metal-organic Frameworks (MOFs) are recommended to detect active small molecules in this project. Based on MOFs in structural and multi-functional regulation advantages, and the characteristic luminescence of lanthanide ions, this project will construct near-infrared luminescent lanthanide MOFs by organic ligands with specific identification groups and active sites. Economic, sensitive and selective detection of intracellular active small molecule probes will be realized by the specific reaction between MOFs and the targets, which are expected to combine with cell imaging techonlogy and provide new tools for the diagnosis of related diseases.

细胞内具有特殊生理功能的活性小分子介导了恶性肿瘤和心脑血管疾病的发展过程。因此，对这些活性小分子进行实时、动态的检测将能够实现对某些疾病的早期诊断。针对当前应用于此研究的有机染料荧光探针和零维稀土配合物在稳定性方面存在的不足，本项目提出利用新型多功能材料—金属有机框架（简称“MOFs”）用于对细胞内活性小分子的检测研究。基于MOFs在结构和功能多样性调控所展示出来的优势及稀土离子自身独特的发光特点，本项目拟选用带有特异性识别基团的有机配体构建近红外发光稀土MOFs。通过MOFs中特殊基团和活性位点与目标检测物的特异性反应开发经济、灵敏、选择性的检测细胞内活性小分子的探针，并将其与细胞成像分析技术相结合，进而为相关疾病的诊断提供新手段。

金属有机框架作为多功能材料在国内外研究中引起广泛关注，本项目紧跟研究热点和前沿问题，探究稀土MOF的光电磁行为，并将其用于小分子检测。本项目主要开展了五方面的研究内容：（1）以氨基对苯二甲酸为配体及轻稀土Ce3+离子构筑了氨基功能化的Ce-MOF材料。结果表明，在金电极上修饰Ce-MOF后，通过π-π及静电吸附作用可以固定ATP的适体。当遇到靶标ATP时，Ce-MOF修饰的金电极表现出了增强的电阻抗，对ATP的检测可以达到5.6 nM。这是首例稀土MOF应用于ATP的检测。（2）以双功能配体联吡啶二羧酸及Tb3+、Eu3+、Zn2+离子设计并合成出了具有二重穿插结构的Tb-Zn-MOF。Tb-Zn-MOF对硝基苯的检测可以达到5 ppm。这是首例穿插型d-f异金属MOF对硝基苯的荧光检测。（3）以联吡啶二羧酸为配体及Gd3+和Zn2+、Mn2+离子设计并合成出了不同核簇的Gd-M MOFs磁制冷材料。磁性研究表明，该系列MOFs磁熵变值（-ΔSm）从19.40到46.00 J kg-1 K-1。（4）利用阳极极化的方法在大孔镍泡沫(NF)基底上原位合成了一种三维镍钴硼酸盐纳米片阵列(NiCo-Bi/NF)，在近中性条件下能够高效稳定的电催化析氧。在过电势为550 mV时，TOF值为0.21s-1，远远高于大多数非贵金属催化剂。（5）以8-羟基喹啉的衍生物为配体及Tb3+、Dy3+、Ho3+乙酰丙酮盐合成出了3个稀土配合物并研究了它们在荧光及磁性方面的应用前景。这些研究为金属有机框架在光电化学检测领域提供了理论依据。