基于MOFs衍生化的纳米多孔复合材料的制备及其在分析检测中的应用

作     者：李阿丽 

作者单位：兰州大学 

学位级别：硕士

导师姓名：汪宝堆

授予年度：2019年

学科分类：08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学] 

主      题：纳米多孔材料 纳米材料 MOF Cu HDSs纳米花 葡萄糖检测 EuHDSs向日葵纳米花 荧光探针 抗坏血酸 ZIF-8 生物仿生矿化 癌细胞检测 

摘      要：纳米多孔材料是目前新型纳米材料研究的热点。主要是因为纳米多孔材料具有制备方法简单;结构易于优化;比表面积大;多孔有序性;较好的吸附性能等优势。因此纳米多孔材料的不同研究领域极速增长,从而推动纳米材料在其他的新兴领域的应用,如能量储存,气体分离,生物传感器,纳米催化,药物输送和燃料电池技术等。其中MOFs及其衍生物纳米多孔材料易于离子交换、金属活性位点多、材料稳定性好、有大的比表面积等方面的优点,在生物传感与检测、成像、疾病治疗等方面取得了重要成果。因此,MOFs纳米材料在未来有着很重要的应用前景。为此,本论文在前人研究工作基础上和创新性启发下,研究了以下纳米多孔材料的制备以及其在生物检测中的应用:一是MOF-5-L作为前体和模板,乙酸铜盐作为第二种前体,成功制备分层的Cu HDSs纳米花催化剂,并将其应用于无标记葡萄糖比色检测平台。二是制备Eu HDSs纳米花荧光探针,基于阴离子交换发光抑制机理并将其应用于高选择性和灵敏度的荧光检测抗坏血酸。三是制备分散性的Invertase@ZIF-8@CMC纳米材料,将通过便携式血糖仪检测非葡萄糖浓度,进而实现癌细胞的早期诊断。本学位论文分为以下四章内容:第一章:首先我们对纳米多孔材料的概念和分类做了简单描述,包含有机金属框架材料(MOFs)和水滑石材料以及其现阶段的应用领域。第二章:在本工作中,首次报道以有机-骨架-5(MOF-5-L)作为前体和模板,乙酸铜盐作为第二种前体,成功制备分层的Cu羟基复盐(Cu HDSs)纳米花催化剂,并将其应用于无标记葡萄糖比色检测。首先对Cu HDSs纳米花材料进行一系列表征,然后通过密度泛函理论计算确认Cu HDSs纳米花的结构。实验研究结果表明Cu HDSs的组成为[Cu4(OH)6][BDC]·2H2O。重要的是,所制备的Cu HDSs是首次被证明具有过氧化物酶催化活性。在H2O2存在下,可以使底物显色剂TMB从无色变为蓝色,并遵循经典的米氏方程。研究发现,我们开发一种Cu HDSs的比色法,该方法对葡萄糖的检测具有高选择性和灵敏度,实验检出限低至0.5 μM。此外,我们还证明了该传感器对血液中的葡萄糖检测的临床适用性,用于即时诊断和现场测试。第三章:在本工作中,以叶状金属-有机骨架-5(MOF-5-L)作为前体和模板,三氟乙酸铕(Ⅲ)三水合物作为第二前体,成功制备出Eu HDSs纳米花荧光探针。本工作首先对Eu HDSs纳米花材料进行表征,然后研究了的该材料是基于阴离子交换的发光抑制机理,这与报道的基于氧化还原的荧光传感系统有很大不同。这种荧光纳米探针对AA检测具有高的选择性和优异的灵敏度,实验检出限低至1.46 nM。此外,这种发光纳米探针已成功用于检测人体体液中的AA。研究表明该工作所提出的传感器在临床诊断和疾病检测方面具有巨大应用潜力。第四章:在本工作中,我们首先采用了一锅法仿生矿化形成Inver tase@ZIF-8,然后通过羧甲基纤维素进行修饰,提高ZIF-8材料的分散性,成功制备具有良好的分散性的纳米材料。当Inverta se@ZIF-8@CMC@FA与癌细胞叶酸受体作用时,纳米材料中的转化酶将蔗糖溶液水解为葡萄糖溶液,最后由PGM检测葡萄糖浓度变化,进而实现癌细胞早期诊断。重要的是,这是首次用CMC提高ZIF-8的稳定性和分散性,并将其材料应用于癌细胞早期诊断。研究发现,该方法适用于癌细胞的检测,在癌症的早期临床诊断领域有较乐观的应用前景。