主题:【第十四届原创】ILI-01 MOFs材料制备及表征

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ILI-01 MOFs材料制备及表征



引言


本章制备并表征了ILI-01 MOFs材料。首先利用4-溴丁酸甲酯和1-(三甲基硅基)咪唑反应合成了离子液体ILI,并通过傅里叶变换质谱仪测试ILI已成功合成。以ILIZn(NO3)2·6H2O为单体制备了强亲水ILI-01 MOFs材料。采用傅里叶变换红外光谱仪、XRDSEM、接触角等技术表征了ILI-01 MOFs的结构及性能。以标准BSA溶液测试了ILI-01 MOFs材料的非特异性吸附性能。




ILI-01 MOFs材料的合成


如图2-1所示,第一步合成离子液体ILI,具体步骤如下。首先,将4-溴丁酸甲酯(7.5 g41.5 mmol)和1-(三甲基硅基)咪唑2.9 g20.6 mmol)加入到50 mL圆底烧瓶中,充分混合搅拌,在氮气保护下于60℃油浴避光反应24 h,得到中间产物溴化1,3-二(4-甲基丁酸酯)咪唑鎓。用乙醚将中间产物充分洗涤。待乙醚挥干后,加入5 mL 盐酸(37%),继续在100℃油浴锅中回流反应2 h以水解酯键。反应产物分别用乙醚和丙酮洗涤3次,收集得到的最终产物即为离子液体ILI[96]




  ILI的合成

Figure Synthesis of ILI



第二步合成ILI-01 MOFs材料,合成过程如图2-2所示。分别称取Zn(NO3)2·6H2O 8.1 g, 27.2 mmol)和ILI 10.1 g, 31.3 mmol)溶解在10 mL甲醇中,超声至完全溶解。在氮气保护下,油浴锅中70℃下回流反应24 h,得到白色混悬液。自然冷却后,用甲醇洗涤3遍,在真空干燥箱中60℃烘干,最终得到ILI-01 MOFs材料[96]




2  ILI-01 MOFs材料合成路线图[96]

Figure 2 Synthesis of ILI-01 MOFs materials[96]


ILI-01 MOFs材料的表征


分别采用傅里叶变换质谱仪、红外光谱仪、XRDSEM和接触角测试仪对制备的ILI-01 MOFs材料结构和性能进行表征。


首先,采用傅里叶变换质谱仪对合成的离子液体ILI结构进行验证。ILI质荷比为241.1,与ILI预测分子量一致,说明离子液体ILI已成功合成。


其次,采用傅里叶变换红外光谱仪分别对ILIILI-01 MOFsTim4@ILI-01材料进行表征。如图2-3所示,从ILI-01 MOFs材料的红外光谱图中可以成功地观测到1363 cm -11318 cm -1740 cm -1634 cm -1等特征峰,表明ILI-01MOFs材料已成功合成[96]




ILIILI-01 MOFs材料红外光谱图

FigureFT-IR spectra of ILI and ILI-01 MOFs material



进一步采用XRD对合成的ILI-01 MOFs材料进行测试,如图2-4所示。在ILI-01 MOFs材料中出现的特征信号峰与实验室前期报道的材料一致,可进一步验证ILI-01 MOFs材料已被成功地制备。ILI-01 MOFs 材料的SEM图片如图5所示,ILI-01 MOFs 材料呈表面粗糙的亚微米片状结构。




4 ILI-01 MOFs 材料的X射线衍射图

Figure 4 XRD patterns of ILI-01 MOFs materials


5 ILI-01MOFs材料的扫描电子显微镜图

Figure 5 SEM images of ILI-01 MOFs materials



为了进一步测试材料的亲疏水性,采用接触角测试仪对ILI-01 MOFs材料进行分析。如图6所示,当水滴到ILI-01 MOFs材料表面时,其接触角角度为19.2°。随着时间的增加,水滴扩散速度加快,可证明ILI-01 MOFs材料具有强亲水性。




6 ILI-01MOFs材料的接触角

Figure 6 Water contact angle of ILI-01 MOFs materials



非特异性吸附测试


我们进行前期实验时检测细胞培养上清中蛋白质的浓度约为10 mg/mL。因此,利用BSA的标准蛋白溶液(10 mg/mL)作为模型蛋白,对ILI-01 MOFs材料进行了非特异性吸附研究。4℃条件下,ILI-01 MOFs 材料与BSA溶液孵育2 h后,5500 r/min 离心5 min1 mL洗涤液20 mM Tris-HCl, pH 7.4, 150 mM NaCl, 0.0005% Tween 20, 2 mM CaCl2洗涤沉淀4,收集每次离心后的上清液。


SDS-PAGE凝胶电泳分离BSA原液上清液以及每次洗涤后的上清液,如7所示。在分离后的BSA原液和上清液中有明显的条带。然而,随着洗涤次数的增加,条带逐渐消失。




7 SDS-PAGE表征ILI-01 MOFs材料的非特异性吸附

Figure 7 SDS-PAGE characterization of non-specific adsorption of ILI-01 MOFs materials



BCA蛋白定量法进一步测定上述样品中的蛋白浓度。2-8所示,1 mL洗涤液洗涤2次后,上清液中的BSA浓度仅为初始溶液的0.7%。因此,采用现在的洗涤条件,ILI-01 MOFs材料具有较低的非特异性吸附,可以保证后续外泌体分离富集纯度。



8 BCA蛋白定量测定ILI-01 MOFs材料的非特异性吸附

Figure 8 The BCA assay of non-specific adsorption of ILI-01 MOFs materials



小结


1)本章以4-溴丁酸甲酯和1-(三甲基硅基)咪唑为单体合成了离子液体ILI。利用质谱对其结构进行了表征,结果表明ILI已成功制备。


2)利用阳离子离子液体ILI与金属离子锌配位形成片状ILI-01 MOFs材料。采用红外光谱、XRDSEM等多种仪器对其进行表征,以上结果均显示ILI-01 MOFs材料成功合成。进一步利用接触角测试证明ILI-01 MOFs材料具有强亲水性。


3)为了测试ILI-01 MOFs材料的非特异性吸附,利用BSA标准蛋白作为样品进行测试分析。结果显示,采1 mL洗涤缓冲液洗涤2次后,上清液中的BSA浓度仅为初始溶液的0.7%,说明该材料可以有效降低富集过程中杂蛋白的干扰,提高富集纯度。



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