【摘 要】
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镧系配合物是由镧系金属离子与有机配体通过配位键自组装形成的一类具有高度规整网络结构的有机-无机杂化材料,其结合了镧系离子独特的发光特性与配合物结构的灵活性,在荧光传感领域具有广阔的应用前景。本论文基于铕、铽优异的荧光性质,选择多羧酸有机配体和核苷酸类配体,分别制备了镧系金属有机框架(Ln-MOFs,Lanthanide Metal-Organic Frameworks)和镧系金属/核苷酸无限配位聚
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镧系配合物是由镧系金属离子与有机配体通过配位键自组装形成的一类具有高度规整网络结构的有机-无机杂化材料,其结合了镧系离子独特的发光特性与配合物结构的灵活性,在荧光传感领域具有广阔的应用前景。本论文基于铕、铽优异的荧光性质,选择多羧酸有机配体和核苷酸类配体,分别制备了镧系金属有机框架(Ln-MOFs,Lanthanide Metal-Organic Frameworks)和镧系金属/核苷酸无限配位聚合物纳米颗粒(ICPs,Infinite Coordination Polymer Nanoparticles),在对其结构和性能进行详细研究的基础上,进一步构建荧光传感器用于生物小分子的检测,并详细探讨了各传感器的检测原理。除了采用传统的“锁-匙”传感方法外,本论文采用多响应性的“传感阵列”分析策略,构建了以镧系金属有机框架为传感元件的新型荧光传感阵列,实现了对磷酸盐类化学物质的区分和检测,有助于磷酸盐的高通量分析。本论文的主要研究内容如下:1.用3d-4f金属-有机框架构建荧光传感阵列辨别五种磷酸盐磷酸盐在生物的生理活动中起着至关重要的作用,然而传统的分析方法(一种分析物对应一个探针)难以实现磷酸盐类化学物质的鉴别。近年来,“传感阵列”分析策略被广泛应用于化学传感中,该策略能够有效区分一系列结构相似的化学物质。本章基于两个3d-4f金属有机框架(3d-4f MOFs)构建了一种新型荧光传感阵列,通过记录加入不同磷酸盐后3d-4f MOFs的不同荧光变化,进一步采用主成分分析方法对响应数据进行处理,最终实现五种磷酸盐(ATP,ADP,AMP,PPi和Pi)的区分和检测。在传感元件的合成过程中引入d区金属离子后,与同金属MOF相比,两个3d-4f杂金属MOFs对不同磷酸盐具有更高的灵敏度和明显的荧光响应差异。五种磷酸盐与两个3d-4f MOFs之间的不同亲和力导致不同的相互作用,提供了足够的交叉反应性。借助相应的统计分析算法,该传感阵列不仅可以区分单个磷酸盐和混合磷酸盐,而且可对每一种单独的磷酸盐进行定量分析。此外,该传感阵列还成功地应用于血清样品中五种磷酸盐的鉴别,证明其具有潜在的实用价值。这项工作为同时检测不同磷酸盐提供了一种有效且可靠的方法,并有助于其他3d-4f杂金属MOFs的应用研究。2.基于无限配位聚合物纳米颗粒的氧化还原反应实现抗坏血酸的“开启型”荧光检测本章基于无限配位聚合物(ICP)纳米颗粒开发了一种对目标物具有顺序识别特性的“开启型”荧光检测法,用于抗坏血酸(AA)的高选择性分析。具有氧化性的Ce4+、荧光Tb3+和桥联配体单磷酸腺苷(AMP)在水中自组装制备得到AMP-Ce(Ⅳ)/Tb ICP纳米颗粒。AA可通过两个顺序识别选择性地开启AMP-Ce(Ⅳ)/Tb ICP纳米颗粒的微弱荧光:(1)AMP-Ce(Ⅳ)/Tb ICP纳米颗粒中的Ce4+是第一个识别位点,与AA通过氧化还原反应发生相互作用;(2)Tb3+作为第二个识别位点,将被AA的氧化产物敏化,从而发出强荧光。因此,AMP-Ce(Ⅳ)/Tb ICP纳米颗粒的荧光大大增强。双重识别的原理使所提出的荧光检测法对分析AA具有高特异性,可以很好地消除那些与AA相似的还原性生物分子在AA测定中引起的干扰。基于AMP-Ce(Ⅳ)/Tb ICP纳米颗粒的荧光传感器对AA检测的线性范围为0–100μM,检出限低至190 nM。此外,使用该方法成功测定了维生素C片和血清样品中的AA含量。本章提出了一种高选择性检测AA的新方法,具有响应直接、操作简单、选择性优异和灵敏度高等优点,同时也为ICP纳米颗粒的应用创造了更多可能性。
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金属有机框架(MOFs)具有纳米尺度、结构多样性、配位灵活性和适应性、高孔隙率、大表面积和超强吸附亲和性等特性,在催化、气体存储和分离、发光、药物递送等领域具有广泛的潜在应用。在众多应用中,MOFs用作光学传感器是一种很有前途的研究方向,因为不同功能的MOFs对目标物的响应有不同的表现形式。MOFs的多种功能可能来自于金属成分(如磁性、催化)、有机配体(如发光、非线性光学、手性)或两者的配位。基于