Matal-Organic-Framework (SOF) 材料靶向多肽的筛选和应用毕业论文

论文总字数：34248字

摘 要

金属有机框架材料或金属有机骨架材料（Metal Organic Frameworks，缩写：MOFs）是近几年来新无机有机材料中研究最热、发展较快的一个领域。由于其具有较大的孔隙率、孔径尺寸大小可控、功能基团可变等特点使其广泛应用于传统的催化、传感、运载等领域。但由于生物相容性及制备方法困难等原因，使得MOFs材料在生物领域的涉足还十分匮乏。传统制备MOFs生物复合材料的方法主要有生物耦合、渗透以及包覆。生物耦合要求MOFs的有机成分需具有能与生物大分子偶联的基团，例如羧基和氨基。渗透则要求MOFs材料的孔径大于生物大分子的尺寸。而包覆则需要软硬模板或其他方法来制备微囊状的MOFs，从而包覆生物大分子，制备成本大大提高。此外，较大尺寸的MOFs颗粒展现出显著的细胞毒性，生物相容性较差。

针对以上问题，本文基于调控不同的化学计量比和反应时间，制备出100nm左右，形貌尺寸均一的ZIF-8金属有机框架纳米材料。创新性的使用噬菌体淘选技术，成功筛选出能与ZIF-8亲和的多肽序列。基于该多肽，使得ZIF-8金属有机框架材料能够突破传统MOFs生物复合材料构建方法的限制，降低了实验成本。同时，该构建方法的成功也为其他种类MOFs材料与生物大分子结合提供了一个新的方案。

关键词：金属有机框架材料，ZIF-8纳米颗粒，M13噬菌体，噬菌体淘选

Abstract

The metal organic framework (MOFs) are interconnected by means of organic ligands and metal atoms or metal clusters, so that they are self-assembled into a one-dimensional, two-dimensional and three-dimensional zeolite structure with a repeating lattice structure. Because of its large porosity, pore size controllability, variable functional groups and other characteristics make it widely used in the traditional catalytic, sensing, carrying and other fields. However, due to biocompatibility and difficult preparation methods and other reasons, making MOFs materials in the biological field of involvement is also very scarce. Conventional methods for preparing MOFs biocomposites are biocompatible, permeable and coated. Biocompatibility requires that the organic component of MOFs be present with groups that are conjugated to biological macromolecules, such as carboxyl and amino. Permeation requires that the pore size of the MOFs material be larger than the size of the biomacromolecule. While the coating requires a soft and hard template or other methods to prepare microcapsules of MOFs, thus covering biological macromolecules, the preparation cost is greatly improved. In addition, larger sizes of MOFs showed significant cytotoxicity and poor biocompatibility.

To overcome the above problems, this paper based on the control of different stoichiometric ratio and reaction time, prepared 100 nm or so, uniform size ZIF-8 metal organic framework of nano-materials. Innovative use of phage panning technology, successfully screened with ZIF-8 affinity peptide sequence. Based on the peptide, ZIF-8 metal organic framework material can break through the limitations of traditional MOFs biocomposite construction methods, reducing the experimental cost. At the same time, the success of the construction method for other types of MOFs materials and biological macromolecules to provide a new program. Which is helpful to promote the research of MOFs biocomposites and promote their application in bio-drug, biocatalysis, biosensing and other biological fields.

KEY WORDS: Metal organic framework material, ZIF-8 nanoparticles, M13 phage, phage bio-panning

目 录

第一章 绪论 1

1.1 MOFs的简介 1

1.1.1 MOFs的特点 1

1.1.2 MOFs 的应用 1

1.1.3 MOFs 生物复合材料 3

1.1.4 ZIF-8的研究现状 4

1.2 噬菌体的简介 5

1.2.1 丝状噬菌体简介 5

1.2.2 噬菌体展示 6

1.2.3 噬菌体淘选 6

1.3 本研究的内容意义 7

第二章 实验材料与方法 8

2.1 ZIF-8纳米颗粒的制备 8

2.1.1 实验药品和仪器 8

2.1.2 实验步骤 9

2.2 ZIF-8纳米颗粒亲和多肽的淘选 10

2.2.1 实验药品和仪器 10

2.2.2 试剂和缓冲溶液的配置 11

2.2.3 实验步骤 12

第三章 ZIF-8纳米颗粒的制备与性能探究 13

3.1 样品形貌的表征 13

3.1.1不同化学计量比反应体系ZIF-8的表征结果及分析 13

3.1.2 不同反应时间反应体系ZIF-8的表征结果及分析 15

3.2 样品性能的表征 16

3.3 小结 19

第四章 ZIF-8亲和多肽的淘选实验 20

4.1 采用P.h.D-C7C 肽库的筛选结果 20

4.2 采用P.h.D-12 肽库的筛选结果 21

4.3 小结 22

第五章 总结 23

参考文献 24

致谢 26

第一章 绪论

1.1 MOFs的简介

金属有机框架材料或金属有机骨架材料（Metal Organic Frameworks，缩写：MOFs）是近几年来新无机有机材料中研究最热、发展较快的一个领域。MOFs是由有机配体与金属原子或金属原子簇交替连接所构成的具有重复网络结构的一维或多维材料。由于其较大的比表面积、多孔性、结构及功能的多样性等特点，在许多领域已有十分广泛的应用。

1.1.1 MOFs的特点

一、多孔性以及大的比表面积

金属有机框架材料的孔隙介于无孔与中孔之间，与有机官能团的长度具有直接的关系。所选用有机配体的长度越长，得到的金属有机框架结构孔隙越大。根据MOFs材料孔隙大小的不同，可以发挥和实现其独特的功能和应用。例如，孔径较小、孔隙率较高的MOFs适合应用于气体的吸附于分离；而孔径较大的MOFs在催化领域有较好的应用价值。除此之外，通过控制MOFs有机成分的分子大小，或改变其金属原子类型，可以实现对其孔径及比表面积大小的调控。

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