ILI-01 MOFs材料制备及表征

ILI-01 MOFs材料制备及表征

引言

本章制备并表征了ILI-01 MOFs材料。首先利用4-溴丁酸甲酯和1-（三甲基硅基）咪唑反应合成了离子液体ILI，并通过傅里叶变换质谱仪测试ILI已成功合成。以ILI和Zn(NO₃)₂·6H₂O为单体制备了强亲水ILI-01 MOFs材料。采用傅里叶变换红外光谱仪、XRD、SEM、接触角等技术表征了ILI-01 MOFs的结构及性能。以标准BSA溶液测试了ILI-01 MOFs材料的非特异性吸附性能。

ILI-01 MOFs材料的合成

如图2-1所示，第一步合成离子液体ILI，具体步骤如下。首先，将4-溴丁酸甲酯（7.5 g，41.5 mmol）和1-（三甲基硅基）咪唑（2.9 g，20.6 mmol）加入到50 mL圆底烧瓶中，充分混合搅拌，在氮气保护下于60℃油浴避光反应24 h，得到中间产物溴化1,3-二（4-甲基丁酸酯）咪唑鎓。用乙醚将中间产物充分洗涤。待乙醚挥干后，加入5 mL 盐酸（37%），继续在100℃油浴锅中回流反应2 h以水解酯键。反应产物分别用乙醚和丙酮洗涤3次，收集得到的最终产物即为离子液体ILI^[96]。

图 ILI的合成

Figure Synthesis of ILI

第二步合成ILI-01 MOFs材料，合成过程如图2-2所示。分别称取Zn(NO₃)₂·6H₂O （8.1 g, 27.2 mmol）和ILI （10.1 g, 31.3 mmol）溶解在10 mL甲醇中，超声至完全溶解。在氮气保护下，油浴锅中70℃下回流反应24 h，得到白色混悬液。自然冷却后，用甲醇洗涤3遍，在真空干燥箱中60℃烘干，最终得到ILI-01 MOFs材料^[96]。

2 ILI-01 MOFs材料合成路线图^[96]

Figure 2 Synthesis of ILI-01 MOFs materials^[96]

ILI-01 MOFs材料的表征

分别采用傅里叶变换质谱仪、红外光谱仪、XRD、SEM和接触角测试仪对制备的ILI-01 MOFs材料结构和性能进行表征。

首先，采用傅里叶变换质谱仪对合成的离子液体ILI结构进行验证。ILI质荷比为241.1，与ILI预测分子量一致，说明离子液体ILI已成功合成。

其次，采用傅里叶变换红外光谱仪分别对ILI、ILI-01 MOFs、Tim4@ILI-01材料进行表征。如图2-3所示，从ILI-01 MOFs材料的红外光谱图中可以成功地观测到1363 cm ^-1、1318 cm ^-1、740 cm ^-1和634 cm ^-1等特征峰，表明ILI-01MOFs材料已成功合成^[96]。

图3 ILI、ILI-01 MOFs材料红外光谱图

Figure3 FT-IR spectra of ILI and ILI-01 MOFs material

进一步采用XRD对合成的ILI-01 MOFs材料进行测试，如图2-4所示。在ILI-01 MOFs材料中出现的特征信号峰与实验室前期报道的材料一致，可进一步验证ILI-01 MOFs材料已被成功地制备。ILI-01 MOFs 材料的SEM图片如图5所示，ILI-01 MOFs 材料呈表面粗糙的亚微米片状结构。

图 4 ILI-01 MOFs 材料的X射线衍射图

Figure 4 XRD patterns of ILI-01 MOFs materials

图 5 ILI-01MOFs材料的扫描电子显微镜图

Figure 5 SEM images of ILI-01 MOFs materials

为了进一步测试材料的亲疏水性，采用接触角测试仪对ILI-01 MOFs材料进行分析。如图6所示，当水滴到ILI-01 MOFs材料表面时，其接触角角度为19.2°。随着时间的增加，水滴扩散速度加快，可证明ILI-01 MOFs材料具有强亲水性。

图 6 ILI-01MOFs材料的接触角

Figure 6 Water contact angle of ILI-01 MOFs materials

非特异性吸附测试

我们进行前期实验时检测出细胞培养上清中蛋白质的浓度约为10 mg/mL。因此，利用BSA的标准蛋白溶液（10 mg/mL）作为模型蛋白，对ILI-01 MOFs材料进行了非特异性吸附研究。在4℃条件下，将ILI-01 MOFs 材料与BSA溶液孵育2 h后，5500 r/min 离心5 min，用1 mL洗涤液（20 mM Tris-HCl, pH 7.4, 150 mM NaCl, 0.0005% Tween 20, 2 mM CaCl₂）洗涤沉淀4次，收集每次离心后的上清液。

用SDS-PAGE凝胶电泳分离BSA原液和上清液以及每次洗涤后的上清液，如图7所示。在分离后的BSA原液和上清液中有明显的条带。然而，随着洗涤次数的增加，条带逐渐消失。

图 7 SDS-PAGE表征ILI-01 MOFs材料的非特异性吸附

Figure 7 SDS-PAGE characterization of non-specific adsorption of ILI-01 MOFs materials

用BCA蛋白定量法进一步测定上述样品中的蛋白浓度。如图2-8所示，用1 mL洗涤液洗涤2次后，上清液中的BSA浓度仅为初始溶液的0.7%。因此，采用现在的洗涤条件，ILI-01 MOFs材料具有较低的非特异性吸附，可以保证后续外泌体分离富集的纯度。

图8 BCA蛋白定量测定ILI-01 MOFs材料的非特异性吸附

Figure 8 The BCA assay of non-specific adsorption of ILI-01 MOFs materials

小结

（1）本章以4-溴丁酸甲酯和1-(三甲基硅基)咪唑为单体合成了离子液体ILI。利用质谱对其结构进行了表征，结果表明ILI已成功制备。

（2）利用阳离子离子液体ILI与金属离子锌配位形成片状ILI-01 MOFs材料。采用红外光谱、XRD、SEM等多种仪器对其进行表征，以上结果均显示ILI-01 MOFs材料成功合成。进一步利用接触角测试证明ILI-01 MOFs材料具有强亲水性。

（3）为了测试ILI-01 MOFs材料的非特异性吸附，利用BSA标准蛋白作为样品进行测试分析。结果显示，采用1 mL洗涤缓冲液洗涤2次后，上清液中的BSA浓度仅为初始溶液的0.7%，说明该材料可以有效降低富集过程中杂蛋白的干扰，提高富集纯度。