有荧光检测功能的三维镓金属有机框架及合成和应用方法

1.本发明属于化学领域，具体地说，涉及一种有荧光检测功能的三维镓金属有机框架及合成和应用方法。


背景技术：

2.阿米卡星作为一种氨基糖苷类抗生素，其细菌耐药率低于大多数具有类似疗效的药物。目前阿米卡星仍然是治疗主要革兰氏阴性菌最有效的抗生素药物之一。然而，由于其强烈的肾毒性和耳毒性，我们需要开发准确和快速的测定方法来测量其在人类或动物中的浓度。事实上，氨基糖苷类抗生素如阿米卡星由于缺乏强吸收紫外线的发色团、极性和非挥发性，使得其利用传统的液相色谱、紫外检测和气相色谱法直接测定较为困难。因此制备一种对抗生素阿米卡星具有特异性识别功能的材料是十分必要的。
3.现在的检测方法中，荧光法因其反应时间短、操作简便、灵敏度高等优点被人们广泛研究。
4.近年来，金属有机框架以其独特的高孔隙率、大的比表面积、可调控的多功能基团、可调节孔径和多中心活性位点等特点引起了人们的广泛关注。因此，金属有机框架材料被广泛应用于各种领域，其中包括气体吸附和分离、热催化、电催化、光解、药物运输、化学传感等等。特别是在化学传感中，金属有机框架材料作为发光探针具有可回收性好、灵敏度高、操作方便等优点。截至目前，金属有机框架材料已被用于各类物质的检测，包括阳离子和阴离子、农药、抗生素、生命标志物、爆炸物等。然而，目前还没有开发出基于金属有机框架材料的发光探针用于阿米卡星的检测。
5.作为一种独特的镓金属有机框架材料，其荧光性质来源于配体发光，通过金属镓与配体中的羧基基团配位，构建的镓金属有机框架材料显示出与配体不同的荧光性质，能够对阿米卡星有特异性的荧光识别功能，且具有较高的灵敏度、抗干扰以及可循环性。


技术实现要素：

6.本发明公开一种有荧光检测功能的三维镓金属有机框架及合成和应用方法。
7.本发明的有荧光检测功能的三维镓金属有机框架材料，其化学式为{[(ch3)2(nh2)ga(ppta)]
·
0.5dmf}n，其三维结构图为
[0008][0009]
所述的有荧光检测功能的三维镓金属有机框架材料，由4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸h4ppta和硝酸镓溶剂热反应生成，反应路线图如图1所示。
[0010]
该具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料，是基于镓-羧酸链构筑单元的二重穿插三维结构化合物，含有较大的一维孔道。
[0011]
所述的具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的合成方法，包括以下步骤：
[0012]
(1)将一水合硝酸镓与4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、油酸加入到乙醇和n,n-二甲基甲酰胺的混合液中搅拌均匀，一水合硝酸镓、4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、油酸、乙醇和n,n-二甲基甲酰胺的摩尔比为(1.8-2.2)：(0.9-1.1)：(250-300)：(1100-1400)：(1600-1900)；
[0013]
(2)将步骤(1)得到的混合液至于铝盖圆底玻璃瓶中，密闭放入反应烘箱内，加热到80-110℃，持续48-96小时，得到红色块状晶体产物，即为具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料。
[0014]
所述的具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的应用方法，用于检测氨基糖苷类抗生素阿米卡星。
[0015]
检测阿米卡星主要分为以下步骤：
[0016]
(1)将所述的镓金属有机框架材料超声分散于水溶液中，测试其荧光，根据荧光强度的变化得到该具有特异性荧光识别功能的镓金属有机框架材料对阿米卡星的识别效果；
[0017]
(2)向具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的水溶液中用移液枪加入不同含量的阿米卡星水溶液，测试其荧光强度；将所得的数据拟合处理，得到该具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料对水溶液中阿米卡星的检测定量关系和检测限；
[0018]
(3)更进一步，在含有血液的一些成分如nacl、mgcl2、cacl2、kcl、khco3、zn(no3)2、肌酐或葡萄糖的水溶液中识别阿米卡星；
[0019]
或者，在含有其他类似抗生素如妥布霉素、甲砜霉素、诺氟沙星、阿莫西林或洛硝达唑的水溶液中识别阿米卡星；
[0020]
或者，在人体血清稀释溶液中加以步骤(2)的操作检测阿米卡星，得到该具有荧光识别功能的镓金属有机框架对人体血清稀释液中阿米卡星的检测定量关系和检测限。
[0021]
本发明具有以下优势：
[0022]
1、具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料制备工艺简单便捷、反应条件温和环保；
[0023]
2、产物产量大、纯度好、酸碱稳定性优异；
[0024]
3、具有特异性荧光识别功能的镓金属有机框架材料能快速便捷的检测水溶液或人体血清稀释液中阿米卡星含量，检测限地，灵敏度高且可以循环使用。
附图说明
[0025]
图1为本发明的有荧光检测功能的三维镓金属有机框架材料的合成反应路线图。
[0026]
图2为本发明公开的一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的三维结构。
[0027]
图3a为本发明公开的一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的原子配位键长，图3b为本发明公开的一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的范德华堆积三维结构。
[0028]
图4为本发明公开的一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的单晶数据模拟和样品、配体、金属盐的x射线粉末衍射图。
[0029]
图5a为本发明公开的一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料对水溶液中不同浓度的阿米卡星的荧光响应图，图5b为本发明公开的一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料对水溶液中阿米卡星的拟合曲线图。
[0030]
图6a为本发明实施例1公开的一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料对人体血清稀释液中不同浓度的阿米卡星的荧光响应图，图6b为本发明公开的一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料对人体稀释血清溶液中阿米卡星的拟合曲线图。
[0031]
图7为本发明公开的一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料在含有血液中部分成分的水溶液中对阿米卡星的荧光响应图。
[0032]
图8为本发明公开的一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料在含有部分干扰抗生素的水溶液中对阿米卡星的荧光响应图。
具体实施方式：
[0033]
下面对本发明的具体实施方式详细说明。
[0034]
实施例1
[0035]
一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料，其化学式为{[(ch3)2(nh
2)
ga(ppta)]
·
0.5dmf}n，其三维结构如图2。
[0036]
h4ppta为4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸，h4ppta结构式如下：
[0037][0038]
所述的有荧光检测功能的三维镓金属有机框架材料，由4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸h4ppta和硝酸镓溶剂热反应生成，反应路线图如图1所示。
[0039]
进一步地，具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料，该具有荧光识别功能的镓金属有机框架化合物是基于镓-羧酸链构筑单元的二重穿插三维结构化合物，含有较大的一维孔道。
[0040]
结构描述：一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料，其化学式为{[(ch3)2(nh2)ga(ppta)]
·
0.5dmf}n，h4ppta为4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸配体。
[0041]
对该具有特异性荧光识别功能的金属有机框架材料的晶体进行单晶结构解析，分析得出该晶体的空间群为单斜晶系的c2/c,每个独立单元只有一个三价镓原子，在最小的独立单元中，四配位的镓原子与羧基氧形成四面体结构，其中羧基氧分别属于四个配体分子。每个镓-氧键的键长大致相同，每个与镓配位的氧原子都属于配体中的羟基氧。因此，可以确定该具有特异性荧光识别功能的金属有机框架材料是阴离子框架，其中抗衡阳离子来自溶液中n,n-二甲基甲酰胺分解形成的二甲胺阳离子。每个镓原子与4个配体分子相连，每个配体分子又与4个镓原子配位，最终形成了一种独特的二重穿插的三维金属有机框架。同时该具有特异性荧光识别功能的金属有机框架材料具有的方形一维孔道。除去掉孔道中游离的溶剂分子后，计算得出该晶体的孔隙率达到70.2％。
[0042]
如附图4所示，x射线粉末衍射图中样品和单晶模拟的图很好的吻合，表明合成的材料具有很高的相纯度。
[0043]
一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的制备方法，包括以下步骤
[0044]
(1)将一水合硝酸镓与4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、油酸加入到乙醇和n,n-二甲基甲酰胺的混合液中搅拌均匀，一水合硝酸镓、4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、油酸、乙醇和n,n-二甲基甲酰胺的摩尔比为(5)：(1)：(270)：(1200)：(1850)。
[0045]
(2)将步骤(1)得到的混合液至于铝盖圆底玻璃瓶中，密闭放入反应烘箱内，加热到100℃，持续72小时，得到红色块状晶体产物，即为具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料。
[0046]
一种具有特异性荧光识别的镓金属有机框架材料的应用，用于检测阿米卡星。
[0047]
阿米卡星结构式如下：
[0048][0049]
水溶液中对阿米卡星的检测：
[0050]
首先称少量的具有荧光识别功能的镓金属有机框架化合物，将其分散于一定量的蒸馏水中，测定其发射光谱，发现其最大发射波长为380nm，然后将少量固定浓度的阿米卡星溶液加入到镓金属有机框架化合物的水溶液中，测定其发射光谱。
[0051]
改变阿米卡星加入的含量，用移液枪逐步增加加入的阿米卡星的含量，测定其在380nm处的荧光强度变化，发现荧光强度随着阿米卡星浓度不断增大而逐渐减小(如附图5a所示)，计算得出存在以下关系i0/i＝0.9937+0.129c，i0与i之间的关系符合stern-volmer(s-v)方程(其中ksv为猝灭常数，c为分析物浓度，i为加入阿米卡星溶液后的荧光强度，i0为不加入阿米卡星溶液时的初始荧光强度)。在低浓度范围内可保持良好的线性关系(0-7.3μm)，相关系数r2为0.9989(如附图5b所示)。
[0052]
人体血清稀释液中对阿米卡星的检测：
[0053]
首先将人体血清稀释1000倍，称少量的具有荧光识别功能的镓金属有机框架化合物，将其分散于人体血清稀释液中，测定其发射光谱。然后将少量固定浓度的阿米卡星溶液加入到镓金属有机框架化合物的水溶液中，测定其发射光谱。
[0054]
改变阿米卡星加入的含量，用移液枪逐步增加加入的阿米卡星的含量，测定其在380nm处的荧光强度变化，发现荧光强化的变化与在水溶液中识别阿米卡星的现象相似(如附图6a所示)。存在以下关系i0/i＝0.9944+0.111c(其中ksv为猝灭常数，c为分析物浓度，i为加入阿米卡星溶液后的荧光强度，i0为不加入阿米卡星溶液时的初始荧光强度)，在低浓度范围内可保持良好的线性关系(0-6.8μm)，相关系数r2为0.9994(如附图6b所示)
[0055]
在含有少量具有荧光识别功能的镓金属有机框架化合物中分别加入与阿米卡星的猝灭浓度等量的血液成分(nacl、mgcl2、cacl2、kcl、khco3、zn(no3)2、肌酐，葡萄糖)，测定其发射光谱。而后加入等量的阿米卡星到镓金属有机框架化合物的水溶液中，测定其发射光谱(如附图7所示)。
[0056]
在含有少量具有荧光识别功能的镓金属有机框架化合物中分别加入与阿米卡星的猝灭浓度等量的抗生素(妥布霉素、甲砜霉素、诺氟沙星、阿莫西林、洛硝达唑)，测定其发射光谱。而后加入等量的阿米卡星到镓金属有机框架化合物的水溶液中，测定其发射光谱(如附图8所示)。
[0057]
实施例2
[0058]
一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的制备方法，包括以下步骤
[0059]
(1)将一水合硝酸镓与4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、油酸加入到乙醇和n,n-二甲基甲酰胺的混合液中搅拌均匀，一水合硝酸镓、4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、油酸、乙醇和n,n-二甲
基甲酰胺的摩尔比为(5)：(1)：(225)：(1200)：(1850)。
[0060]
(2)将步骤(1)得到的混合液至于反应釜中，密闭放入反应烘箱内，加热到80℃，持续48小时，得到红色块状晶体产物，即为具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料。

技术特征：
1.一种有荧光检测功能的三维镓金属有机框架材料，其特征在于，其化学式为{[(ch3)2(nh2)ga(ppta)]
·
0.5dmf}
n
，其三维结构图为2.根据权利要求1所述的有荧光检测功能的三维镓金属有机框架材料，其特征在于，由4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸h4ppta和硝酸镓溶剂热反应生成。3.根据权利要求1或2所述的一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料，其特征在于，该具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料，是基于镓-羧酸链构筑单元的二重穿插三维结构化合物，含有较大的一维孔道。4.一种如权利要求1或2所述的具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将一水合硝酸镓与4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、油酸加入到乙醇和n,n-二甲基甲酰胺的混合液中搅拌均匀，一水合硝酸镓、4,4',4”,4”'-(4,4'-(1,4-亚苯基)双(吡啶-6,4,2-三基))四苯甲酸、油酸、乙醇和n,n-二甲基甲酰胺的摩尔比为(1.8-2.2)：(0.9-1.1)：(250-300)：(1100-1400)：(1600-1900)；(2)将步骤(1)得到的混合液至于铝盖圆底玻璃瓶中，密闭放入反应烘箱内，加热到80-110℃，持续48-96小时，得到红色块状晶体产物，即为具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料。5.一种如权利要求1所述的具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的应用方法，其特征在于，用于检测氨基糖苷类抗生素阿米卡星。6.根据权利要求5所述的具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的应用方法，其特征在于，检测阿米卡星主要分为以下步骤：(1)将所述的镓金属有机框架材料超声分散于水溶液中，测试其荧光，根据荧光强度的变化得到该具有特异性荧光识别功能的镓金属有机框架材料对阿米卡星的识别效果；(2)向具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料的水溶液中用移液枪加入不同含量的阿米卡星水溶液，测试其荧光强度；将所得的数据拟合处理，得到该具有荧光识别功能的镓金属有机框架材料对水溶液中阿米卡星的检测定量关系和检测限；(3)更进一步，在含有血液的一些成分如nacl、mgcl2、cacl2、kcl、khco3、zn(no3)2、肌酐
或葡萄糖的水溶液中识别阿米卡星；或者，在含有其他类似抗生素如妥布霉素、甲砜霉素、诺氟沙星、阿莫西林或洛硝达唑的水溶液中识别阿米卡星；或者，在人体血清稀释溶液中加以步骤(2)的操作检测阿米卡星，得到该具有荧光识别功能的镓金属有机框架对人体血清稀释液中阿米卡星的检测定量关系和检测限。

技术总结
本发明属于化学领域，具体地说，涉及一种有荧光检测功能的三维镓金属有机框架及合成和应用方法。一种具有荧光识别功能的镓金属有机框架化合物，其化学式为{[(CH3)2(NH2)Ga(PPTA)]


技术研发人员：赵斌 侯胜利 谢瑶 董洁
受保护的技术使用者：南开大学
技术研发日：2022.12.14
技术公布日：2023/9/25