制备基于ZIF-8包覆诱导寡聚金(I)配合物发光的纳米复合材料及其用于生物传感新方法的研究

The development of new luminescent metal-organic framework materials has shown their great potential in biosensing applications. However, at present, biosensing based on luminescent metal-organic frameworks is still in its infancy, facing the huge challenges of deficiency of new materials and new technologies. This proposal uses zeolitic imidazolate framework-8 (ZIF-8) to encapsulate aggregation-induced emission-type oligomeric gold(I) complexes and fabricates water-soluble luminescent nanoparticles. The intramolecular motion of the gold(I) complexes is restricted by ZIF-8 structure, giving rise to their luminescence. ZIF-8 can be degraded by acid-stimuli. The degradation can activate the intramolecular motion of the light-on gold(I) complexes and quench the luminescence, resulting in the conversion from proton signals to luminescence signals. Using ZIF-8 co-coating method, the identification element, acid-producing nature enzymes, can be assembled into the conversion element. A novel fluorescent nanobiosensor is thus constructed, which can specifically detect certain important molecules. The construction of the biosensor also paves a new avenue of building a biochemical analysis platform based on aggregation-induced luminophores and metal-organic frameworks. Due to the diversity of these two materials, sensors with multiple analytes can be realized.

新型发光金属有机框架材料对于发展生物传感技术具有重要价值，目前该方向尚处于萌芽阶段，新材料和传感新原理新技术的不足使得该领域的发展面临巨大的挑战。申请人拟利用类沸石咪唑酯框架材料ZIF-8包覆寡聚金(I)配合物的方法，制备水溶性好的发光纳米颗粒。ZIF-8的包覆作用限制了金(I)配合物分子内运动，从而引发配合物的聚集诱导发光现象。随后，利用ZIF-8酸刺激--降解响应的特性，激活点亮态金(I)配合物的分子内运动从而使配合物发光淬灭，并建立质子和发光之间的信号转换元件；借助ZIF-8共包覆的方式，将作为识别元件的产酸生物酶装配到转换元件中，并基于“待测物--酶--质子--ZIF-8--金(I)配合物”的信号传递模式，构建一体化生物传感器，实现对多种重要分子的高特异检测。这种生物传感器的设计提供了一种架构基于聚集诱导发光剂和金属有机框架材料的生化分析平台的全新思路。

近年来随着纳米技术高速发展，可用于生物传感器制备的材料尺寸越来越小，极大地提高了生物传感器的检测性能，使得生物传感器的发展迎来历史上的第三次高潮。其中，荧光纳米生物传感器呈现出生气十足、活泼诱人的发展态势，并成为推动化学测量学前进的重要力量。在基于纳米尺寸发光MOFs的生物传感器领域，大量的新材料、新原理、新方法和新器件更是需要被合成、提出、设计和构建。本项成功实现了将AIE型寡聚金(I)配合物包覆封装到ZIF-8中的方式制备新型水溶性纳米LMOFs；利用酸刺激ZIF-8响应性解体降解，激活点亮状态金(I)配合物的分子内运动而引发发光淬灭的新原理来构建质子信号与发光信号之间转换元件；发展新型荧光纳米生物传感器，选取产酸葡萄糖氧化酶作为识别元件，借助共包覆方式将识别原件装配到纳米LMOFs中，并通过“识别元件--质子--ZIF-8--金(I)配合物”的级联作用，将葡萄糖的分子信号逐级转化并最终反映在荧光信号变化上，实现对葡萄糖等物质高特异性检测。.以此项目作为引导和媒介，积极拓展项目影响力和想象空间，以第一作者和通讯作者，发表和项目相关SCI论文共16篇，中文核心期刊1篇。同时在该项目的讲究过程中，启迪灵感，孵化出一个原创性系统性的研究项目，提出了通过金团簇直接构筑框架材料的计划，并进行详细的论证，最终获得了国自然基金委化学测量学方向面上项目继续资助。