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金属有机框架材料概述及应用

小矮马

2021/08/01
小矮马

金属有机框架材料概述及应用

金属有机框架（Metal-organic frameworks, MOFs）是一种由金属离子和有机配体通过配位键自组装形成的新型多孔有机-无机杂化材料。金属有机框架材料具有独特的高比表面积、良好的热稳定性和机械稳定性、高孔隙率、孔洞结构均匀、以及可调的表面性能等特点。基于以上优点，金属有机框架材料已经广泛应用于催化、吸附、高效储气和传感等领域。

近年来，研究人员多关注金属有机框架材料的功能，而对其制备方法的研究较少。随着研究人员对设计方法和结构-功能关系的深入，越来越多的研究指出材料的功能与其合成方法息息相关，例如，Angulo-Ibá?ez等人合成了Co(II)-和Ni(II)-金属有机凝胶及其气凝胶和干凝胶类似物，是一种制备新型金属有机多孔材料的替代方法。基于这类合成方法，所合成的气凝胶孔径超过了传统的凝胶材料，使得他们具有处理大尺寸分子的能力，而且该材料显著的低密度特性被应用到轻质化材料的发展中。这些合成方法也启发了Ruiz-Pérez等人通过凝胶法和水热法开发了三种新型Eu(III)-金属有机框架，并研究了制备方法对产品拓扑结构的影响。微波辅助合成框架也越来越普遍。Taddei等人报道了一种通过微波辅助法合成UiO-66金属有机框架材料的新方法，与传统方法相比，其晶体尺寸、孔隙和形貌都有所改善。

目前，开发新型的功能化金属有机框架材料以满足多领域的应用成为研究热点。例如，Ge及其同事成功构建了ZIF-8/葡萄糖氧化酶和辣根过氧化物酶复合材料，并建立了与生物环境兼容的催化活性体系。体系在25℃的水溶液中催化葡萄糖转化为葡萄糖酸，ABTS2?转化为ABTS?。自由基ABTS?可在415 nm处检测，用来定量催化活性。Aguilera-Sigalat等人通过对合成后的NH2-UiO-66进行吲哚修饰，开发了基于NH2-UiO-66的荧光pH传感器。通过改性提高了材料在溶液中的稳定性，并扩展了NH2-UiO-66的传感范围（从pH 1到pH 10）。

金属有机框架材料在分离富集领域的应用

金属有机框架材料在糖肽富集方面研究仍然是热点。例如，Li等人首次利用Fe3O4纳米球和MOFs材料合成了一种用于选择性富集糖蛋白的双功能化磁性金属有机框架纳米颗粒。由于纳米颗粒中含有丰富的氨基基团和结合的苯硼酸，因此具有亲水性和硼酸亲和性的双重特性。在生理状态（pH 7.4）下，纳米颗粒对卵清蛋白、转铁蛋白、辣根过氧化物酶等糖蛋白具有较高的结合能力。经过6次重复使用后，纳米颗粒仍具有优良的富集性能。更重要的是，该纳米粒子在复杂生物样本中吸附糖蛋白也具有很大的应用潜力。Ma等人通过两步法将半胱氨酸（Cys）结合在MIL-101(NH2)上，合成了MIL-101(NH2)@Au-Cys。由于超高的亲水性和较大的比表面积，使得该材料在模型糖蛋白和HeLa细胞裂解液中富集N-链糖肽方面均表现出优异的性能。

近日，Qi等人通过对金属有机框架进行表面修饰设计了一条高效捕获肿瘤细胞的方法。实验设计合成了一种富含游离羧基的ZnMOF（ZnMOF-COOH），经过合成后修饰（PSM）结合抗上皮细胞粘附分子（anti-EpCAM）抗体，可选择性分离捕获循环肿瘤细胞（CTCs）。作者进一步将该材料成功用于捕获乳腺癌患者体内的CTCs。结果表明，该方法是一种高效靶向肿瘤细胞的捕获器，具有良好的捕获能力和选择性。

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