两性羧酸金属有机骨架的构建及其特异性检测HIV-1 dsDNA和SUDV RNA片段的性能研究

摘要

艾滋病和埃博拉出血热是由人类免疫缺陷病毒(Human ImmunodeficiencyVirus，HIV)和埃博拉病毒(Ebola Virus，EBOV)引起的危害性极大的疾病。其中苏丹病毒(Sudan virus，SUDV)作为埃博拉病毒中的一种亚型，危害尤甚。目前仍没有针对这两种疾病的有效治疗药物和疫苗。因此，早期的诊断对疾病的发现和隔离治疗具有重大意义。
　　针对临床检测病毒的常用方法操作繁琐、设备昂贵、费时费力等缺陷，金属有机骨架（Metal-Organic Frameworks，MOFs）作为新型病毒核酸分子检测试剂的研究引起了人们的广泛关注。MOFs材料制备简单、价格低廉、检测病毒核酸分子具有快速、高效、灵敏、操作简便的特点，可作为一种潜在的用于临床检测病毒核酸分子，诊断相关疾病的新材料。
　　尽管MOFs材料的核酸分子检测功能前景受到了科学家广泛的关注，但是，用于核酸分子检测的MOFs并不多，主要因为大部分报道的MOFs对水稳定性较差。
　　近年来，本课题组一直从事基于季铵盐羧酸配体金属配合物的研究。研究发现，此类金属配合物不仅结构丰富多彩，具有水稳定性能，而且具有良好的DNA结合活性。基于上述研究背景，本课题利用三种不同的季铵盐羧酸配体，构筑了十一种新型的具有良好水稳定性的MOFs，并详细研究了具有三维孔洞结构的MOFs对HIV-1 dsDNA和SUDV RNA保守序列片段的检测性能，简述如下:
　　一、设计合成了两性三羧酸配体H3CmdcpBr(H3CmdcpBr=N-carboxymethyl-(3,5-dicarboxyl) pyridinium bromide)和H3CbdcpBr(H3CbdcpBr=N-(4-carboxybenzyl)-(3，5-dicarboxyl) pyridinium bromide)，采用这两个配体分别与稀土金属La(Ⅲ)，Ce(Ⅲ)，Pr(Ⅲ)，Nd(Ⅲ)反应，成功构筑了五个新型MOFs,[Ln4(Cmdcp)6(H2O)9]n(Ln=La(1),Ce(2),Pr(3),Nd(4))和[La2(Cbdcp)3(H2O)10]n(5)。化合物1-5通过红外光谱、元素分析和X-射线单晶衍射等表征结构。化合物1-5具有良好的水稳定性。单晶结果显示，化合物1-4为同构的三维MOFs，含有一个边长为9.6(A)的六边形孔道，化合物5为二维结构的MOF。将金属离子部分同为La(Ⅲ)的化合物1和5用于检测病毒核酸分子。两个化合物在检测HIV-1 dsDNA时，对P-DNA的荧光淬灭率QE为63.5％和56.3％，复苏效率RE值为0.5和0.58，复苏时间为26 min和22 min，而检测限分别为223 pM和89 pM;检测20个碱基对的SUDV RNA时QE值为70.3％和57.2％，RE值为0.62和0.78，复苏时间为30 min和18 min，检测限则达到了112 pM和67 pM。将碱基对延长至30和40个时，检测活性降低。MOFs1和5对HIV-1 dsDNA和SUDV RNA的检测均表现出了良好的特异性，但是RE值有待提高。
　　二、为了筛选检测性能更优的MOFs作为病毒核酸分子检测试剂，在第二章的基础上，利用配体H3CmdcpBr和辅助配体4，4'-二吡啶硫醚(dps)与金属Cu(Ⅱ)构筑得到新型的三维MOF[Cu3(Cmdcp)2(dps)4(H2O)4(SO4)]n(6)。化合物6具有良好的水稳定性，并通过红外光谱、元素分析和X-射线单晶衍射等表征结构。单晶结果显示，该化合物具有笼状的晶格结构，其一维孔道的截面呈六角片状，面积达到了16.6×9.7(A)2。将其用于检测HIV-1 dsDNA，荧光淬灭率QE为65.3％，RE值为0.91，荧光复苏时间需35分钟，检测限达到196 pM;检测含有二十个碱基的SUDV RNA序列，其QE值，RE值，复苏时间和检测限分别为76.3％，2.27，30 min和73 pM;进一步将其用于碱基数为30-100个的SUDV RNA延长序列的检测，研究结果表明，随着链的延长，化合物的检测性能逐步下降，化合物6能够检测80个碱基对的SUDV RNA序列。
　　三、为了提供更广阔的检测平台，在以上工作的基础上，设计合成了一个新的两性三羧酸配体 H3CdcbpBr(H3CdcbpBr=3-Carboxy-1-(3，5-dicarboxy-benzyl)-pyridinium bromide)，与金属Cu(Ⅱ)反应，并通过引入不同的辅助配体，构筑得到5个具有良好水稳定性的化合物[Cu(Cdcbp)(H2O)4]n(7),[Cu(Cdcbp)(phen)2]n(8),[Cu(Cdcbp)(dps)]n(9),[Cu(Cdcbp)(bpe)]n(10)和[Cu(Cdcbp)(bpea)]n(11)。化合物7-11通过红外光谱、元素分析和X-射线单晶衍射表征结构。化合物7-11亦具有良好的水稳定性能。单晶结果显示，化合物7和9为一维链状结构，化合物8为单核结构，10和11为同构的三维MOFs。选择MOF11用于检测HIV-1 dsDNA和SUDV RNA片段的检测。检测HIV-1 dsDNA时，荧光淬灭率QE为65.1％，RE值为0.98，检测时间为23 min，检测限为81 pM;检测SUDV RNA，其QE值，RE值，复苏时间和检测限分别为83.3％，2.4，23 min和31 pM，该化合物亦可以进一步用于SUDV RNA80个碱基延长序列的检测。

目录

摘要

第一章 前言

1．1 病毒检测的重要意义

1．2 病毒的检测方法

1．3 金属有机骨架检测病毒核酸分子

1．4 3D结构的金属有机骨架的构建

1．4．1 3D金属有机骨架

1．4．2 稀土金属离子应用于构建3D金属有机骨架

1．4．3 辅助配体应用于构建3D金属有机骨架

1．5 具水稳定性的MOFs的构建

1．6 本文主要工作创新点

参考文献

第二章 基于Ln(Ⅲ)的三维MOFs的构筑及其检测HIV-1 dsDNA和SUDV RNA

2．1 实验部分

2．1．1 实验试剂与实验仪器

2．1．2 实验方法

2．1．3 配体HaCbdcpBr，HaCmdcpBr及其MOFs 1-5的合成与结构表征

2．1．4 化合物1-5的X-射线单晶衍射

2．2 结果与讨论

2．2．1 化合物1-5的晶体结构

2．2．2 化合物1-5的稳定性分析

2．2．3 化合物1和5对HIV-1 ds-DNA和SUDV RNA的检测结果

2．3 本章小结

参考文献

第三章 基于Cu(Ⅱ)的三维MOFs构筑新型的检测平台检测HIV-1 dsDNA和SUDV RNA

3．1 实验部分

3．1．1 实验试剂与实验仪器

3．1．2 实验方法

3．1．3 MOF[Cu3(Cmdcp)2(dps)4(H2O)4(SO4)]n(6)的合成与结构表征

3．1．4 化合物6的X-射线单晶衍射

3．2 结果与讨论

3．2．1 [Cu3(Cmdcp)2(dps)4(H2O)4(SO4)]n(6)的晶体结构

3．2．2 化合物6的稳定性分析

3．2．3 化合物6对HIV-1 dsDNA和SUDV RNA的检测结果

3．3 本章小结

参考文献

第四章 两性三羧酸配体与联吡啶辅配构筑Cu(Ⅱ)MOFs检测HIV-1 dsDNA和SUDV RNA

4．1 实验部分

4．1．1 实验试剂与实验仪器

4．1．2 实验方法

4．1．3 化合物7-11的合成与结构表征

4．1．4 化合物7-11的X-射线单晶衍射

4．2 结果与讨论

4．2．1 化合物7-11的晶体结构

4．2．2 化合物7-11的稳定性分析

4．2．3 化合物11对HIV-1 dsDNA和SUDV RNA的检测结果

4．3 本章小结

参考文献

全文总结

附录

攻读学位期间发表的论文

致谢

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