在合成多级孔金属有机骨架材料方面存在的挑战2022-02-22 08:56:42
2018年,Jeong等采用银催化脱酸方法在MOFs框架结构中引入大孔和介孔,该方法不改变MOFs结构,且MIL-100、MIL100和HKUST-1等多种不同结构的MOFs材料都可以运用这种方法形成多级孔。将这种多级孔MOFs膜材料制成的纳滤装置应用于蛋白质分离,结果表明这种材料可以使牛血清蛋白和牛血红蛋白这两种尺寸接近的蛋白质得到有效分离。2018年,Peng等合成具有一维孔道、低细胞毒性的介孔MOFs, 这种材料的孔径在2.2~4.2nm之间。。将单链DNA分子负载在其上,结果表明由于MOFs具有合适的孔径,SSDNA分子能够大量进入MOFs孔道,在传输过程中,还可以防止 DNA 被酶降解。MOFs与DNA之间的弱相互作用,保证了进入细胞后,SSDNA 实现了快速大量释放。北京化工大学刘惠玉课题组以咪唑类骨架材料ZIF-8为模板,通过高温煅烧合成具有类卟啉结构的介孔炭球,这一材料具有高比表面积和多孔结构,将作为高效无机声敏剂用于活体肿瘤声动力治疗,结果表明这一材料具有良好的生物相容性和肿瘤抑制效率。
本文总结了近年来多级孔金属有机骨架材料的合成和其在生物医药方面的最新研究进展。相比于传统微孔催化剂,多级孔催化剂具有明显有点:①具有尺寸可调节的介孔或大孔,保证大分子可以在孔道内传输;②介孔结构使得酶等生物大分子在MOFs外表面的包裹下具有更好的强度和稳定性;③由于活性生物分子不受微孔孔道制约,因此活性远远超过自由状态。
与此同时,在合成多级孔金属有机骨架材料方面仍存在诸多问题和挑战:①合成多级孔MOFs的方法普遍过于复杂、实验条件苛刻,不具有普适性;②制得的介孔MOFs不稳定,在某些实验中发生骨架坍塌,孔径反而减小的情况;③针对多级孔MOFs的后修饰研究不多,开发出易被修饰的多级孔MOFs是提高功能性、拓展其应用价值的重要一环。
尽管目前多级孔MOFs材料还以实验室研究为主,但随着不同配体和金属构成的新型多级孔MOFs相应出现,更多功能化的 MOFs 材料有望投
入重要的研发领域。近年来,科学研究多集中在多级孔金属有机骨架材料在气体分离方面的应用,在生物医药领域的研究属于新兴热点,未来可在能源存储、光电催化和化学传感等方面拓展其应用,成为多孔材料的一座重要里程碑。
出自《多级孔金属有机骨架材料的合成及其在生物医药中的应用研究进展》作者王晓晨
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