过渡金属掺杂的纳米沸石咪唑酯骨架材料的合成与生物活性

摘要

金属有机骨架材料(MOFs)有很高的多孔性，合成条件简单，热稳定性好，结构离散有序，密度较低，内表面积大等优良的物理和化学特性。为气体储存和分离、多相催化、磁性、发光材料、药物输送和抗菌材料等多种应用提供了巨大的应用前景。对MOFs的研究已经进行了十几年，并且该方面的文献研究的数量正在逐年增加。然而可以预见，开拓新的应用领域并研究结构与性能的关系仍然是对MOFs研究的重要内容。
　　本论文基于目前MOFs的研究现状和发展趋势，重点研究了几种不同金属掺杂的纳米MOFs的合成和生物活性，包括微生物抗菌活性以及其细胞毒性。在本论文中，我们合成了几种过渡金属离子掺杂的沸石咪唑酯骨架材料并试图认识所研究的MOFs的组成和结构与其生物活性的相关性，为探索抗菌效果优良的材料和对肿瘤细胞具有抑制生长或致死功能的MOFs提供理论和实验依据。
　　本论文的主要研究内容如下:
　　(1)合成了十个不同金属掺杂的沸石咪唑酯骨架材料，具体来说，分别合成了不同银掺杂量为5％，10％，25％，50％和不同金属掺杂(Ag+、Cu2+、Mg2+、Ni2+、Cd2+、Co2+)的ZIF-8，并利用一系列测试方法测试了样品的晶型、形貌、以及不同金属的实际掺入量。实验测试结果表明样品为纳米级颗粒且晶型良好，颗粒形貌均一，粒径尺寸分布均匀。
　　(2)对所合成的纳米MOFs进行抗菌性能研究。我们分别测试了对大肠杆菌（革兰氏阴性菌）和金黄色葡萄球菌（革蓝氏阳性菌）这两种代表性菌种的抗菌活性，分析了上述测试结果并进行了对比。研究结果表明我们所合成的MOFs在一定浓度下均具有抑制并杀死这两种菌的能力。研究了不同金属掺杂对其抗菌性能的影响。研究表明，相较于主体ZIF-8材料，掺杂后的MOFs均表现出了抗菌性能，其中掺杂银和镍的MOFs抑菌性能在较小浓度时显著增强，掺杂镉的MOFs在较大浓度时抗菌性能也有所增强。这些结果表明，金属掺杂后的ZIF-8骨架材料的抗菌性能与其组成紧密相关。
　　(3)不同过渡金属掺杂的ZIF-8骨架材料的细胞毒性研究。我们分别以人的肝癌细胞(HepG2)、宫颈癌细胞(HeLa)和大鼠干细胞(3A)作为癌细胞和正常组织细胞的体外活细胞模型，研究了所合成的掺杂后的MOFs在体外的细胞毒性。实验结果表明在较低浓度下，掺杂后的M/ZIF-8对癌细胞和正常细胞均未表现出抑制或致死作用，只有在较高浓度时才表现出一定的细胞毒性。
　　本论文采用绿色简便的方法，在室温下成了一系列不同金属离子掺杂的纳米级MOFs，抗菌实验和细胞毒性实验结果表明这些MOFs均具有一定的抗菌活性，且具有很好的细胞相容性，某些金属离子掺杂后（如银、镍等）的配合物在较小浓度下抗菌性能显著提高，且仍未表现出细胞毒性。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 金属有机骨架材料的概念

1．2 金属有机骨架材料的一般合成方法

1．3 金属有机骨架材料的尺寸控制

1．4 金属有机骨架材料的主要应用

1．4．1 MOFs用作催化剂

1．4．2 MOFs用作气体的存储

1．4．3 MOFs作为发光器件和传感器

1．4．4 MOFs用作药物递送

1．5 本论文的选题背景和主要研究内容

1．5．1 研究背景

1．5．2 研究内容和目的

第二章 银掺杂的纳米沸石咪唑酯骨架的合成及其生物活性

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验药品

2．2．2 实验仪器

2．2．3 实验过程

2．2．4 银掺杂系列配合物晶体的表征方法

2．3 银掺杂系列配合物晶体的性质表征与结果讨论

2．3．1 XRD测试结果与分析

2．3．2 场发射扫描电镜(FE-SEM)测试结果与粒径分布分析

2．3．3 能谱(EDS)测试结果与分析

2．3．4 抑菌实验结果与抗菌性能分析

2．3．5 细胞毒性实验结果与分析

2．4 结论

第三章 不同金属掺杂的纳米沸石咪唑酯骨架材料的合成与生物活性

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验药品

3．2．2 实验仪器

3．2．3 实验过程

3．3．2 场发射扫描电镜(FE-SEM)测试结果与粒径分布分析

3．3．3 能谱(EDS)测试结果与讨论

3．3．4 抑菌实验结果与抑菌性能分析

3．3．5 细胞毒性实验结果与分析

3．4 结论

第四章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读学位期间的科研成果

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