人体含有众多的离子和小分子,它们在生命活动中发挥着重要作用,然而其含量偏高或偏低与多种疾病的发生密切相关。例如多巴胺(DA)是哺乳动物中枢神经系统中一种重要的神经递质,与学习和记忆等精神活动相关,DA可以作为一些疾病的生物标志物,如帕金森病、精神分裂症等。铁离子(Fe3+)和抗坏血酸(AA)是人体内重要的两种物质,但是Fe3+和AA在人体中的含量异常与一些严重的全身性疾病有关。此外,Fe3+和AA共存会通过金属催化氧化还原反应产生自由基,并可能进一步诱导血小板活化导致心血管疾病。PO43-在体内信号转导、能量存储和基因构建中起着至关重要的作用,然而,高浓度的PO43-会引发严重的高磷血症,另一方面,Al3+对人体的健康有害,体内PO43-和Al3+形成的AlPO4不仅不会被人体吸收,还会因磷酸盐的缺失而引起低磷酸血症。因此,构建能够对这些小分子/离子进行检测的功能材料对早期检测和预防相关疾病具有重要意义。本课题采用季铵盐型多羧酸构筑了三个具有良好水稳定性和发光性能的镧系金属有机骨架(Metal-Organic Framework,MOF),并将其运用于多巴胺的检测,以及Fe3+和抗坏血酸、PO43-和Al3+的连续性检测。主要结果简述如下:一、利用季铵盐型两性羧酸配体H3CmdcpBr(H3CmdcpBr =N-carboxymethyl-(3,5-dicarboxyl)pyridinium bromide)与镧系金属铽(Ⅲ)、铕(Ⅲ)和钐(Ⅲ)成功构筑3个具有良好水稳定性和发光性能的MOF{[Ln(Cmdcp)(H2O)3]2(NO3)2·5H2O}n(Ln = Tb(1),Eu(2),Sm(3))。化合物1(16.7%/750 μs)比2(14.9%/303 μs)和3(2.8%/178 μs)具有更高的量子产率或更长的荧光寿命。因此选择化合物1应用于多巴胺、Fe3+和抗坏血酸、P043-和Al3+的连续性检测。二、根据MOF1具有较大的比表面积,且表面富有芳环体系的结构特点,利用MOF 1实现了对多巴胺(DA)的检测,其检测限为0.41 μM。多巴胺(DA)在碱性条件下能够自组装形成聚多巴胺(pDA)并吸附在化合物1表面,pDA的紫外可见吸收光谱和MOF 1的激发光谱及发射光谱重叠,说明pDA通过竞争性吸收MOF 1的激发和发射能量导致其荧光淬灭实现其检测。三、根据MOF1孔洞中分布着游离的NO3-离子的结构特点,MOF1实现了可逆连续性检测Fe3+和AA,对Fe3+和AA检测限分别为4.0 μM和5.9μM,检测时间分别为1和2分钟,优于一些文献中报道的MOF。我们通过实验和DFT理论计算阐明了检测机理,即连续性检测通过Fe3+竞争性吸收MOF 1的激发能量和氧化还原过程(AA)实现。四、根据MOF 1结构中含有游离的NO3-和配位水的Tb3+结构特点,MOF 1实现了可逆连续性检测PO43-和Al3+,对PO43-和Al3+检测限分别为1.2 μM和7.3μM,检测时间分别为2和1分钟,优于一些文献中报道的MOF。我们通过实验阐明了检测机理,即对PO43-和Al3+的连续性检测通过置换MOF 1中NO3-及置换后的PO43-与Tb3+弱相互作用(PO43-),以及置换后的PO43-与Al3+的相互作用来实现。