一种富含氮的Eu-MOF（金属有机框架），用于6-巯嘌呤和6-硫鸟嘌呤的超灵敏荧光检测

《Talanta》：A nitrogen-rich Eu-MOF for ultrasensitive fluorescence detection of 6-mercaptopurine and 6-thioguanine

检测6-MP和6-TG的Eu2-tbia MOFs材料具有高效荧光和选择性，通过配体天线效应和氮位点识别实现超低检测限，并利用DFT解释机理。

　　

成山 Ji|慧群 刘|一楠 陈|建 张|正刚 张|玉林 杨

河南省高性能碳纤维增强复合材料重点实验室，河南省科学院碳基复合材料研究所，郑州 450046，中国

摘要

由于6-巯嘌呤（6-MP）和6-硫鸟嘌呤（6-TG）本身的发光强度低且量子产率低，同时检测这两种有毒抗肿瘤药物仍然具有挑战性。为了解决这一问题，研究人员利用三唑二羧酸配体5-((4'-(三唑-1-基)苄基)氧)异酞酸（H₂tbia）合理构建了一种新型的三维铕基金属有机框架Eu2-tbia。所得到的Eu2-tbia通过高效的天线效应展现出强烈的发光性能，并且在宽pH范围和多种有机溶剂中保持了优异的稳定性。该框架具有丰富的未配位氮位点，能够特异性识别6-MP和6-TG，从而实现超低检测限，分别为84 nM和142 nM。此外，Eu2-tbia在复杂基质中表现出出色的选择性和抗干扰能力。密度泛函理论计算进一步研究了检测机制中的内部过滤效应与主客体相互作用之间的协同效应，以及Eu2-tbia在荧光传感过程中的电子转移行为。这项工作不仅确立了Eu2-tbia作为监测生物医学和环境应用中嘌呤类似物的强大传感平台，还为基于MOF的传感器的结构-性能关系提供了基础见解。

引言

6-巯嘌呤（6-MP）和6-硫鸟嘌呤（6-TG）作为嘌呤类抗肿瘤药物，在治疗血液系统恶性肿瘤（如急性淋巴细胞白血病和慢性髓系白血病）和炎症性疾病方面具有临床重要性[1]、[2]、[3]、[4]。然而，它们的显著细胞毒性要求精确控制剂量，因为长期或过量使用会导致严重的不良反应，包括胃肠道并发症和骨髓抑制[1]、[2]、[3]、[4]、[5]、[6]、[7]、[8]。这种精确性给生物流体和药物基质中的药物浓度监测带来了巨大挑战[9]、[10]。此外，这些药物通过肾脏快速排泄进入废水系统，导致环境积累和潜在的生态与健康风险[11]、[12]、[13]、[14]。因此，开发快速准确的6-MP和6-TG检测方法至关重要。

传统的分析技术，包括表面等离子体共振、高效液相色谱、质谱和电化学分析，虽然精度较高，但存在固有的局限性：复杂的实验步骤、缓慢的响应时间和昂贵的仪器[15]、[16]、[17]、[18]、[19]。相比之下，荧光传感因其操作简便、响应迅速和适应性强的优点而成为一种有前景的替代方法，已广泛应用于抗生素、有毒小分子和生物标志物的检测[20]、[21]、[22]、[23]、[24]、[25]、[26]。因此，开发了多种荧光材料，如碳点、有机荧光染料和半导体作为荧光检测探针[27]、[28]、[29]、[30]。刘等人基于BODIPY修饰的β-环糊精构建了一种高选择性荧光探针，用于检测细胞内的GS•，检测限为468 nmol/L[31]。王等人合成了一种双发射碳点，可用于检测噻苯达唑残留物，具有宽线性范围（0–1000 μM）和低检测限（0.15 μM）[32]。尽管取得了这些进展，但能够同时检测6-MP和6-TG的荧光材料报道仍然很少，这突显了对具有这些分析物特异性识别能力的新荧光材料的需求。

发光金属有机框架（LMOFs）由于其丰富的官能团、超高的比表面积和可调的发光特性，最近受到了关注[33]、[34]、[35]、[36]、[37]、[38]、[39]。特别是基于镧系的金属有机框架（Ln-MOFs）由于其在“天线效应”下具有大的斯托克斯位移、长的发光寿命和高色纯度而成为有前景的传感材料[40]、[41]、[42]、[43]、[44]、[45]。同时，镧系金属离子的高配位数使其能够与多种有机配体结合，增加了对分析物的识别位点[46]、[47]、[48]、[49]、[50]。尽管有这些优势，Ln-MOFs在同时检测6-MP和6-TG时仍面临独特挑战：6-MP和6-TG结构中的硫醇和氨基取代基导致其固有的发光强度低和紫外线吸收弱，阻碍了直接检测[51]、[52]。此外，Ln-MOFs的发光特性通常对其配位环境敏感，多种分析物的存在可能导致非特异性猝灭或能量转移，从而复杂化目标分析物的识别[53]、[54]、[55]。最后，目前尚未完全理解Ln-MOFs用于6-MP和6-TG检测的发光传感机制，这在该领域仍是一个重大挑战。

为了解决这些问题，研究人员使用三唑功能化的二羧酸配体5-((4'-(三唑-1-基)苄基)氧)异酞酸（H₂tbia）构建了一种新型的三维铕基金属有机框架Eu2-tbia。Eu2-tbia通过H₂tbia配体的高效天线效应表现出强而稳定的发光性能。该框架具有丰富的未配位氮位点，能够通过主客体相互作用选择性识别和富集6-MP和6-TG。因此，即使在复杂基质中，Eu2-tbia也对这些分析物表现出高度选择性和敏感的荧光猝灭响应。为了阐明传感机制，进一步通过密度泛函理论（DFT）计算研究了Eu2-tbia与6-MP/6-TG之间的主客体相互作用。电子局域化函数（ELF）和电子密度差（EDD）分析提供了检测过程中电荷转移过程的详细见解。

材料与测量

本研究所需要的所有材料和测量方法均见支持信息。

[Eu₂(tbia)₂(NO₃)₂(H₂O)]_n的合成

Eu2-tbia通过一锅法溶剂热合成。通常，将EuCl₃·6H₂O（0.1 mmol，33.9 mg）和H₂tbia配体（0.1 mmol，33.9 mg）溶解在由6 mL乙腈和去离子水（体积比4:2）组成的混合溶剂系统中。随后加入1 mL HNO₃（0.5 M）以调节H₂tbia配体的脱质子化动力学和Eu³⁺的配位环境

[Eu₂(tbia)₂(NO₃)₂(H₂O)]_n的结构描述

单晶X射线衍射（SCXRD）分析显示Eu2-tbia属于单斜空间群P2/n，晶体数据记录于剑桥晶体数据中心（2344279）。Eu2-tbia的不对称单元包含两个晶体学上不同的Eu³⁺离子、两个完全脱质的tbia^2-配体、两个作为μ₂-桥接配体的硝酸根阴离子以及一个末端配位的水分子（图1a）。Eu2-tbia中的Eu–O键长范围为

结论

我们通过使用三唑二羧酸配体H₂tbia的合理组装，成功构建了一种新型的3D Eu-MOF，解决了由于6-MP和6-TG本身发光强度低和紫外线吸收弱而导致的检测挑战。Eu2-tbia在极端pH条件和多种有机溶剂下表现出优异的荧光性能和稳定的水溶性。Eu2-tbia丰富的未配位氮位点显著提高了检测灵敏度

CRediT作者贡献声明

正刚 张：软件开发。玉林 杨：监督、项目管理和资金获取。一楠 陈：数据分析。建 张：写作 – 审稿与编辑、资金获取。成山 Ji：写作 – 审稿与编辑、初稿撰写、资金获取、数据管理。慧群 刘：验证

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。

致谢

本工作得到了河南省科学院的高层次人才研究启动项目资助（项目编号：251821033和251821034）、国家自然科学基金（项目编号：22575068）、黑龙江省自然科学青年基金YQ2024B004以及河南省科学院的科学技术研究项目（项目编号：252102230069）的支持。