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基于功能化共价有机框架构建高活性光控纳米酶及其应用研究认领

作者：

郜思苇

学位授予单位：

河北大学

摘要：

共价有机框架（Covalent organic framework,COF）作为多孔材料一个重要分支,拥有高孔隙率、明确的纳米结构以及可定制的化学功能。COF因其扩展的π共轭结构,表现出较高的载流子迁移率,这些优质特性使COF在光催化能量转换方面具有巨大潜力,进而在光催化、生物成像、小分子检测、肿瘤治疗等领域有良好应用前景。本文以5,5’’-二甲醛-[2,2’:6’,2’’-三联吡啶]-4’-苯甲醛（5,5”-Dicarboxaldehyde-[2,2’:6’,2’-terapyridine]-4’-benzaldehyde,TPY）作为有机构筑单元,依据COFs的设计原理与策略,与其他构筑单元分别构建了两类COFs——PEG COFs和BODIPY COFs。TPY结构中含有三个吡啶环,氮空位的引入可以有效地调节材料的光学带隙。三联吡啶的结构为材料通过络合配位的方式引入金属离子提供可能。（1）选用结构中含有不同长度乙二醇侧链的PEG配体——Tp-x（x=H,1O,2O,3O,4O）与TPY合成制备5种PEG COFs,同时以1,3,5-三（对甲酰基苯基）苯(1,3,5-Tris（p-formylphenyl）benzene,TFPB)和4,4’-二氨基三连苯构建COF-TFPB-H作为对照。不同PEG侧链的引入对其光响应类氧化酶活性起到了调节作用。通过傅里叶变换红外光谱等多种表征方式确证了6种COFs的结构,材料具有良好的结晶度。通过紫外-可见漫反射等方法探究材料能隙和光响应性能,证实其具有良好的光电分离能力。实验以3,3’,5,5’-四甲基联苯胺（3,3’,5,5’-Tetramethylbenzidine dihydrochloride,TMB）为检测底物,研究了所合成COFs的光催化类氧化酶活性,其中COF-TPY-4O材料表现出最强活性。基于此,以COF-TPY-4O对抗坏血酸（Ascorbic acid,AA）进行比色检测,该方法在AA浓度为10-220μmol/L的范围内表现出良好的线性关系,相关系数R2=0.9902,抗干扰性良好,能够对实际样品检测。（2）选用光敏剂BODIPY-NH2与TPY结合,设计并制备了BODIPY COFs。实验以TPY和BODIPY-NH2构建COF-TPY-BODIPY,并通过用Fe2+与TPY单元中三联吡啶结构配位络合,得到Fe@COF-TPY-BODIPY。以TFPB和BODIPY-NH2构筑得到的COF-TFPB-BODIPY作为对照。实验对3种BODIPY COFs进行制备及表征。对BODIPY COFs的光响应能力测试的结果证明了Fe2+的加入能有效地促进光生电子-空穴对的分离,660 nm光照可增大活性氧的产生速率。以Fe@COF-TPY-BODIPY对AA进行检测,在5-50μmol/L的范围内表现出良好的线性关系,相关性为R2=0.9929。Fe@COF-TPY-BODIPY有较强抗干扰性,对实际样品有良好的检测效果。此外,基于其类过氧化酶活性Fe@COF-TPY-BODIPY对大肠杆菌表现出良好的活力抑制作用。综上,本文制备了PEG COFs和BODIPY COFs两类光响应功能化COFs,可应用于AA的检测,展现出优良的检测性能。其中,Fe@COF-TPY-BODIPY对大肠杆菌也展现出较好的抗菌活性。本论文为COF在生物医药领域的应用研究拓展了新的思路。

摘要译文

关键词：

共价有机框架; 光控; 类氧化酶活; 类过氧化物酶活; 检测; 抗菌

学位年度：

2024

学位类型：

硕士

学科专业：

化学生物学

导师：

杨魁

中图分类号：

TB383.1;O643.36[催化剂];O644.1[光化学]

学科分类号：

070304[物理化学];070307[理论与计算化学];081704[应用化学];081705[工业催化]

D O I：

10.27103/d.cnki.ghebu.2024.002513