响应刺激的四苯基乙烯基MOF复合薄膜：利福平的合成与传感

《Materials Today Chemistry》：Stimuli responsive tetraphenylethylene-based MOF composite films: Synthesis and sensing of rifampicin

钙基金属有机框架Ca-ETTB和Ca-ETTC通过溶热法合成，在甲醇、乙醇等溶剂中保持结构稳定，其中Ca-ETTC在180℃仍稳定。两者对利福平和1,2-二氨基-4,5-二氟苯均表现出低检测限的荧光关断响应，且Ca-ETTB经五次循环后仍稳定。通过聚天冬氨酸-聚脲（PPPU）制备的复合薄膜传感器有效实现了荧光检测，为药物及中间体痕量检测提供新方法。

　　

张明瑞|王静|张超|尤子欣|周明东

沈阳化工大学化学工程学院，中国沈阳，110142

摘要

抗结核药物利福平被广泛用于结核病的治疗。需要检测其活性成分的含量。本文合成了两种新型的钙基金属有机框架（MOFs）：Ca-ETTB和Ca-ETTC，它们分别由4′,4″,4″,4″(乙烯-1,1,2,2-四基)四(1,1′-联苯)-3,5-二羧酸（H₈ETTB）和4′,4″,4″,4″(乙烯-1,1,2,2-四基)四联苯-4-羧酸（H₄ETTC）制备而成。在常见溶剂中，Ca-ETTB和Ca-ETTC均能保持稳定性，其中Ca-ETTC甚至在180°C下仍能维持其框架结构。这两种材料具有强烈的荧光发射特性，并且对利福平和1,2-二氨基-4,5-二氟苯表现出荧光关闭响应，检测限较低。Ca-ETTB对分析物的传感性能在多次循环后依然稳定。此外，通过一步合成法制备了Ca-ETTB@PPPU（PPPU = 聚天冬氨酸聚脲）薄膜，该薄膜也对分析物表现出关闭响应，是一个优秀的传感平台。

引言

作为抗结核药物，利福平的纯度测定是一个关键的研究领域[1]。目前一些仿制药未能达到既定的纯度标准，因此开发创新的检测方法至关重要[2,3]。同时，近年来含氟药物中间体1,2-二氨基-4,5-二氟苯受到了越来越多的关注[4]。其氟原子具有优异的应用潜力，探索其传感方法成为重要的研究方向。虽然传统的分析技术如高效液相色谱（HPLC）、电化学分析和质谱分析具有通用性，但它们对昂贵仪器和复杂操作程序的依赖性限制了其实用性[[5], [6], [7]]。相比之下，荧光传感技术具有现场快速检测的独特优势，是一种有前景的检测方法[[8], [9], [10], [11], [12]]。

荧光传感的核心是荧光传感器，它需要满足以下条件：（1）能够与分析物进行电子或能量转移的活性位点[13]；（2）与分析物有较大的界面接触面积[14]；（3）结构稳定性[15]。金属有机框架（MOFs）作为一种无机-有机杂化材料，具有稳定的框架结构、较大的孔道面积和可调的活性位点，因此在传感器研究领域备受关注[[16], [17], [18], [19]]。与Cd(II)或Pb(II)金属中心相比，Ca(II)具有更好的生物相容性、较低的毒性，并且易于形成稳定的八面体配位结构，使其成为理想的金属节点[[20], [21], [22]]。此外，四苯基乙烯（TPE）衍生物作为聚集诱导发光（AIE）发光体，在固态下表现出强烈的荧光，被广泛应用于发光材料[[23], [24], [25]]。因此，TPE衍生物非常适合作为荧光关闭传感器的原料。另外，羧酸位点易于配位，并且具有形成氢键和分子间相互作用的潜力，使得基于TPE的多羧酸配体也成为MOF传感器的优秀候选者。

纯MOF荧光传感器通常以多晶粉末的形式存在，需要将其集成到设备中以提高实际应用价值[26]。将MOFs固定在聚合物薄膜上是一种有前景的方法，可以防止MOFs聚集，确保均匀分散，提供机械灵活性以适应各种检测场景，并便于操作[27]。值得注意的是，PPPU型（PPPU = 聚天冬氨酸聚脲）聚合物薄膜具有优异的机械性能[28]、快速固化能力[29]和环保特性[30]，使其成为MOF复合传感器的理想基底。

在本研究中，使用ETTB和ETTC配体合成了两种新型的钙基MOFs。它们对利福平和1,2-二氨基-4,5-二氟苯表现出敏感的荧光关闭响应，检测限较低。据我们所知，这是首次报道对1,2-二氨基-4,5-二氟苯的荧光传感研究，对于药物和药物中间体的痕量检测是一个重要的进展。此外，还制备了一种基于MOF的复合薄膜传感器，该传感器能有效抑制分析物的荧光，优化了药物和中间体的检测条件。这项工作为新型传感平台的设计提供了宝贵的见解。

实验部分

H₈ETTB和H₄ETTC的合成。

采用报道的方法合成4′,4″,4″,4″(乙烯-1,1,2,2-四基)四(1,1′-联苯)-3,5-二羧酸（H₈ETTB）和4′,4″,4″,4″(乙烯-1,1,2,2-四基)四联苯-4-羧酸（H₄ETTC），并对合成过程进行了一些改进[31,32]。

Ca-ETTB的合成。

将CaCl₂（0.028 g，0.24 mmol）和H₈ETTB（0.024 g，0.024 mmol）溶解在3 mL乙醇（EtOH）和4 mL N,N-二甲基乙酰胺（DMA）的混合溶液中，然后加入HNO₃（200 μL，8 M）

合成讨论

MOFs的溶热合成是一个涉及自组装的过程，因此难以快速获得所需的晶体形态。为了便于未来的晶体合成，初步研究了合成条件对Ca-TPEs（Ca-ETTB和Ca-ETTC）晶体形成的影响。首先，溶剂的选择和比例是晶体生长的关键因素。DMA是一种良好的溶剂，可以溶解H₈ETTB和CaCl₂

结论

通过溶热法成功合成了两种新型的钙基金属有机框架Ca-ETTB和Ca-ETTC，分别使用了八羧酸配体ETTB和四羧酸配体ETTC。结构表征显示Ca-ETTB采用3,6连接的ant拓扑结构。这两种材料在MeCN中均能保持稳定性，Ca-ETTC甚至在180°C下仍能维持其框架结构。两者都表现出优异的荧光特性

CRediT作者贡献声明

张明瑞：验证、研究、数据分析、数据整理。王静：数据可视化、数据分析。张超：验证、研究。尤子欣：撰写-审稿与编辑、初稿撰写、验证、资金申请。周明东：撰写-审稿与编辑、验证、资金申请。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了辽宁省教育厅基础研究项目（项目编号：LJ212410149038）、国家自然科学基金（项目编号：22578279）、辽宁省教育厅科技创新团队项目（项目编号：LJ222410149014）以及沈阳化工大学重点科技项目（项目编号：2024DB002）的支持。