基于多酸配体生物金属有机框架的构筑、主客体识别及生物应用研究

Metal-organic frameworks (MOFs) is a series of easily-controlled and functional materials, with great potential in gas absorption and separation, catalysis, chiral resolution and biological applications. As a thriving branch of MOFs, Bio-MOFs combine research backgrounds of crystalline porous materials and biological supramolecular chemistry, showing great advantages of applications as drug delivery carrier, oncotherapy and imaging agents due to its innate biocompatibility.. This project proceeds from material biocompatibility, aiming to design and synthesize several new multi-functional bio-MOFs crystalline materials based on multi-carboxylic ligands, adenine and its derivatives, to discover synthetic condition and conduct research on host-guest chemistry, biomolecular recognition, drug delivery carrier, and to validate performance of host-guest recognition under the assistance of theoretical calculation. These research would also lay both experimental and theoretical foundation for the optimal design of porous crystalline materials, which with good drug loading ability, biomolecular recognition performance and applications promotion in the medicine field.

金属有机框架（MOFs）的结构易于调控以及功能化，在气体存储分离、催化、手性拆分、生物应用等方面具有良好的应用前景。作为MOFs材料的新兴分支--生物金属有机框架（Bio-MOFs）结合了晶态多孔材料和生物超分子化学两个领域的研究背景，具有先天的生物相容性，在作为药物缓释，肿瘤治疗及成像剂的载体应用中表现出得天独厚的优势。 . 本课题从材料生物兼容性出发，设计合成多种高对称性多支羧酸配体与腺嘌呤及其衍生物为有机构筑模块进行新型多功能Bio-MOFs晶态材料合成，探索Bio-MOFs的合成条件及开展生物分子识别、药物分子负载缓释性能的研究工作，同时辅助以理论计算对其主客体识别性能进行验证。这些研究也为设计和开发在生命体系下具有良好药物负载缓释及生物分子识别能力的多孔晶态材料以及提高在在医药领域的应用发展提供实验及理论基础 。

生物金属有机框架化合物（Biological Metal-Organic Frameworks，简称Bio-MOF）作为一类具有仿生特征的晶态多孔配位聚合物材料，由于其具备优异的生物兼容性，结构多样性以及孔道可调和可修饰性等优点，为我们研究生物小分子在限域空间内的主客体相互作用提供了一个良好的材料平台。此外，其在仿生催化，荧光传感及生物载药等诸多生物研究领域亦具有优异的潜在应用前景。.本项目从材料生物兼容性及主客体相互作用出发，通过多羧酸有机配体与腺嘌呤及其衍生物为构筑模块同过渡金属构筑新型多功能Bio-MOFs晶态材料，探索Bio-MOFs晶体材料的合成，研究其对小分子的主客体识别及检测，同时辅助以理论计算对其主客体识别性能进行验证。这些研究也为设计和开发在生命体系下具有良好药物负载缓释及生物分子识别能力的多孔晶态材料以及提高在在医药领域的应用发展提供实验及理论基础。.通过混配策略构筑得到了一系列生物金属有机框架材料，对其开展了二氧化碳和短链烃类等气体的吸附性能性能测试，结果验证了通过氨基功能基团的引入，可以改善其气体吸附性能。在小分子识别检测及VOC蒸汽的快速荧光响应上也进行了探索研究，研究表明Bio-MOF材料能对糖尿病的潜在生物标志物丙酮分子进行特异性识别捕获及荧光响应，该材料能潜在验证呼吸丙酮用于糖尿病监管上。并通过结构解析分析，从主客体识别上进一步揭示了丙酮分子与结构的相互作用，为之后设计合成奠定基础。另外利用柔性框架的可逆转换，实现了对甲醇或乙醇等小尺寸极性质子VOC蒸汽的快速荧光响应，主要是仿生基元ZnTCPP（无轴向配位）与甲醇或乙醇进行配位引起的相变造成的。这个工作为合成具有柔性的MOF荧光传感器提供了思路。