含铁金属有机骨架化合物的可控合成及其模拟酶性质的应用研究

摘要

金属有机骨架化合物(metal-organic frameworks，MOFs)，由于其具有多样的拓扑结构、规则且可调的孔道、巨大的比表面积、不饱和的金属位点等优良性质，在气体的吸附与分离、化学催化、药物的传递与释放、分析检测等领域有着非常广阔的应用前景。本文采用简单的水热法制备了三种含铁金属有机骨架化合物，考察了其过氧化物模拟酶性质，探讨了其作为过氧化物模拟酶在分析检测中的应用。具体研究内容如下:
　　Fe-MIL-88NH2作为新的模拟酶用于可视化检测葡萄糖通过简单的水热方法，成功制备了颗粒均一，大小约为200 nm的Fe-MIL-88NH2 MOFs。并首次发现Fe-MIL-88NH2有内在的模拟酶性质，能够在H2O2存在下催化底物3，3'，5，5'-四甲基联苯胺（TMB）显色。通过自由基捕获实验，米氏常数计算及细胞毒性实验对其模拟酶性质产生的机理，酶活性大小及细胞毒性进行了系统的研究。并且将Fe-MIL-88NH2作为过氧化物模拟酶用于检测葡萄糖，其线性范围为2.0×10-6-3.0×10-4M，检测限为4.8×10-7M。将所建立的方法用于血样及尿样中的葡萄糖检测有较好的选择性和灵敏度。
　　不同形貌及大小Fe-MIL-88的可控合成及其模拟酶性质的研究采用Fe3+为金属中心离子，对苯二甲酸为配体，以醋酸钠或甘油作为调节剂，制备了不同大小(从几十纳米到十几微米）、不同形貌的Fe-MIL-88 MOFs(八面体、十二面体、棒状)。探讨了该MOFs的生长机理。研究了粒径及形貌对其模拟酶性质的影响。结果发现，模拟酶活性顺序为十二面体＞八面体＞棒状。十二面体由于长时间在水中不稳定，发生裂解，暴露出更多的活性金属位点而有较高的催化活性。由于十二面体具有可降解性、较大的孔径、较好的生物相容性等优点，因此有望作为一种良好的载体而应用于生物分析及载药中。
　　高模拟酶活性Au@Fe-MIL-88杂化材料的合成及可视化检测DNA以树枝状、带正电的聚乙烯亚胺(PEI，70000)为连接分子，通过静电作用将Au NPs自组装到Fe-MIL-88 MOFs的表面，制备了Au@Fe-MIL-88杂化材料。并对其进行了透射电镜、X射线衍射、及元素分析等表征。研究表明，该杂化材料具有协同的模拟酶活性。由于Au NPs对ssDNA有较强的吸附作用，当ssDNA缠绕在Au@Fe-MIL-88表面时，Au@Fe-MIL-88的酶活性位点受阻，模拟酶活性减弱。当向体系中加入靶物ssDNA，靶物ssDNA和探针ssDNA形成双链结构，使其从Au@Fe-MIL-88表面脱落，Au@Fe-MIL-88的模拟酶活性得到恢复。据此，我们建立了溶液中灵敏、简便、可视化检测人类免疫缺陷病毒1型(HIV-1)相关短DNA序列的新方法。该方法对HIV-1DNA的检测范围为30-200 nM，检测限为1.28 nM。

目录

声明

论文说明

摘要

缩写符号对照表

第1章 选题依据

第1节 研究意义

第2节 国内外研究现状及发展动态分析

2．1 金属有机骨架化合物简介

2．2 金属有机骨架化合物的特性

2．3 金属有机骨架化合物的合成方法

2．4 金属有机骨架化合物的应用

2．5 含铁金属有机骨架化合物的研究进展

第3节 存在的问题

第4节 本研究的出发点与拟解决的问题

第5节 研究内容、研究路线及特色与创新之处

第2章 纳米尺寸Fe-MIL-88NH2的合成及作为一种新的模拟酶用于可视化检测葡萄糖

第1节 引言

第2节 实验部分

2．1 实验仪器

2．2 试剂与材料

2．3 Fe-MIL-88NH2金属有机骨架纳米材料的制备

2．4 酶促动力学实验步骤

2．5 电子顺磁共振(EPR)实验

2．6 细胞毒性实验

2．7 血清样品的制备

2．8 溶液及血清中葡萄糖的测定

第3节 结果与讨论

3．1 Fe-MIL-88NH2金属有机骨架化合物的表征

3．2 Fe-MIL-88NH2 MOF的模拟酶性质

3．3 酶促动力学参数

3．4 Fe-MIL-88NH2的催化机理

3．5 Fe-MIL-88NH2的稳定性及细胞毒性考察

3．6 基于Fe-MIL-88NH2的过氧化物模拟酶性质检测葡萄糖

第4节 小结

第3章 不同形貌及大小的Fe-MIL-88的可控合成及其模拟酶性质的研究

第1节 引言

第2节 实验部分

2．1 实验仪器

2．2 试剂与材料

2．3 不同形貌的Fe-MIL-88的制备

2．4 模拟酶活性测定

2．5 细胞毒性实验

第3节 结果与讨论

3．1 不同形貌及大小的Fe-MIL-88的表征

3．2 不同形貌的Fe-MIL-88的形成机理

3．3 不同形貌的Fe-MIL-88的模拟酶活性

第4节 小结

第4章 高模拟酶活性Au NPs@Fe-MIL-88杂化材料的制备及DNA的可视化检测

第1节 引言

第2节 实验部分

2．1 实验仪器

2．2 试剂与材料

2．3 制备Au@Fe-MIL-88杂化材料

2．4 Au@Fe-MIL-88杂化材料的催化活性

2．5 检测HIV-1的DNA

第3节 结果与讨论

3．1 Au@Fe-MIL-88杂化材料的制备与表征

3．2 Au@Fe-MIL-88的形成机理

3．3 Au@Fe-MIL-88杂化材料的催化活性

3．4 高选择性及高灵敏度的检测HIV-1的DNA

第4节 小结

第5章 全文总结及展望

参考文献

硕士期间科研成果

致谢