[发明专利]一类基于顺磁性金属中心检测一氧化氮的金属有机骨架材料

说明书

技术领域

本发明属于生物检测技术领域，涉及到以顺磁性铜作为金属中心构筑的金属有机骨架结构与一氧化氮通过氧化还原过程实现荧光改变并实现在活体细胞中的检测。

背景技术

一氧化氮(NO)是近年发现的重要细胞信使分子，带有自由基，化学性质活泼，t1/2短(3～5s)。虽然生物体内的一氧化氮在几秒内即可被酶代谢或化学转化为亚硝酸盐和硝酸盐等物质，但它作为重要的信使分子和神经递质，参与调控多个系统的生理功能，与心血管系统、神经系统、免疫应答、骨质疏松、肿瘤的发生发展等病理生理过程相关，在生物体内发挥双刃剑的作用。国内外药学工作者设计合成了大量一氧化氮供体型抗肿瘤、心血管、非甾体抗炎和抗阿尔兹海默病药物等，因此，需要建立高灵敏度、高选择性和准确性的活体原位一氧化氮检测方法才能满足一氧化氮供体型药物的快速发展。但是，目前绝大部分的一氧化氮探针要真正应用到现实生产生活中，科学工作者还需解决如下问题：

1.小分子荧光探针检测操作一般是在均相溶液中进行，因而在环境应用方面探针本身可能会对环境造成负担，它的清除也具有相当大的困难。

2.当小分子探针在生物体内应用时，有机分子会遭受体内生物酶的分解作用，从而会降低探针分子的效率和寿命。

3.分子荧光探针一般含有染料分子，当在生物体应用时会对活体组织和细胞造成伤害。

为解决上述问题，打破阻碍分子荧光探针在环境和生物学方面实际应用的瓶颈，使用金属有机骨架材料作为一氧化氮荧光探针是一条行之有效的途径。金属有机配位聚合物(metal-organic frameworks，MOFs)是金属离子与桥联有机配体通过配位作用而自组装形成的有机-无机复合微孔材料。20世纪90年代中期以来，由于这类材料兼有有机和无机材料的特性、结构多样，性能优异，作为功能材料在选择性催化，分子识别，气体吸附，离子交换，超高纯度分离材料，生物传导材料，光电材料，新型半导体材料，磁性材料和芯片开发等领域显示了迷人的应用前景，受到了全球化学、材料学者的极大关注，成为九十年代后化学和材料学科领域最活跃和最前沿的研究领域。

值得注意的是，近些年来，基于MOFs荧光识别离子或分子或爆炸物的发展十分迅速。不但由于发光MOFs的多样性和这些材料能够作为理想的分子识别探针的多功能性，而且还有它在生物和环境方面有着巨大的潜在应用。作为一氧化氮探针，在设计探针材料时应考虑一下因素：

1.在金属连结点的选择上，选择具有顺磁性的金属中心，具有较高的配位数，易产生金属氧簇结构，形成纳米尺寸的大孔结构。

2.在桥联配体的选择上，一方面芳香羧酸具有在结构上具有一定的刚性和稳定性，芳香环上多个羧基的取代位置可变，配位平面可发生旋转，取向灵活，另一方面配体具有荧光发射，这也是我们选择的重点。

2.合成方法的选择上，采用水热法。水热法是在特制的密闭反应容器(高压釜)里，采用水溶液作为反应介质，通过对反应容器加热，创造一个高温、高压反应环境，使得通常难溶或不溶的物质溶解并且重结晶。具有以下优点：水热晶体是在相对较低的热应力条件下生长，因此其位错密度远低于高温熔体中生长的晶体；水热晶体生长使用相对较低的温度，因而可得到其他方法难以获取的物质低温同质异构体；水热法晶体生长是在一密闭系统里进行，可以控制反应气氛而形成氧化或还原反应条件，实现其他方法难以获取的物质的某些物相生成；水热反应体系存在溶液的快速对流和十分有效的溶质的扩散，因此水热结晶具有较快的生长速率。

目前国际上在一氧化氮识别的研究上有所报道，Stephen J Lippard(Nature Chem.Bio.，2006，375-380)将二价铜与染料小分子配位淬灭荧光，与一氧化氮作用还原离去荧光恢复来实现NO的识别和Tetsuo Nagano(J.Am.Chem.Soc.2009，131，10189-10200)利用邻苯二胺类荧光分子与一氧化氮作用破坏光诱导电子转移过程使荧光恢复，从而实现对NO的识别。这些探针都是基于有机小分子，限制了其在实际生产生活的应用。Matthew J.Rosseinsky(Inorg.Chem.2009，48，9986-9988)将氨甲基吡啶通过后修饰方法嫁接到HKUST-1上，利用氨甲基吡啶的氨基与两分子一氧化氮反应形成偶氮烯嗡二醇中间体，并发生质子转移实现NO的识别，此探针只是通过红外光谱表征，未实现更为直观的荧光检测和生物应用。因此，将具有荧光的多羧酸配体与顺磁性金属中心通过水热方法合成的拥有大的孔道结构和高密度的作用位点的金属有机骨架结构，在一氧化氮识别方面展现出诱人的应用前景。