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金属有机框架材料(MOF)是多孔结晶材料,在分子吸附,分离和催化方面具有广阔的应用前景。最近发现,无意或通过设计引入的结构缺陷的存在可能对其性质产生重大影响。然而,不同条件下缺陷的确切化学组成和结构演变仍然存在争议。同时,缺陷的存在也影响到MOF与负载分子的主客体相互作用。在第一项研究中,我们进行了多维固态核磁共振(SSNMR)实验和分析,以阐明MOF缺陷的结构,特别是作为缺陷调节剂的乙酸分子的状态。我们发现乙酸根与缺陷中的单个金属位点配位,并与相邻位点的水配对。乙酸根具有高度活动性,能够快速振动并通过动态氢键与水进行缓慢动力学交换。利用SUPER和CODEX固体核磁序列,我们对不同温度条件和不同水合程度条件下的乙酸根动态过程进行定量分析,得到了运动活化能和交换反应平衡常数。本课题中,我们将固体核磁共振结果与计算机模拟紧密结合,精确探测了 MOF缺陷中无序结构和相互作用。具有低细胞毒性,高生物相容性的UiO-66 MOF材料可以作为药物可控释放/基因递送的载体。在第二项研究中,我们发现缺陷的存在赋予UiO-66负载大量生物活性分子的能力。结合固体核磁共振技术与动力学模拟,我们发现分子上的磷酸基团能够与缺陷位点结合。不同生物活性分子在缺陷MOF中的负载量与磷酸基团数量,磷酸分子自由度,分子的体积大小等因素相关。我们还利用固体核磁对不同类型的磷酸基团的运动状态进行分析,确定了主客体相互作用强度。乳腺癌的骨转移是难以治愈的恶性癌变。在第三项研究中,我们设计了具有骨靶向功能的免疫刺激性的MOF纳米粒子(BT-isMOF)成功抑制了癌细胞对小鼠骨骼组织的破坏。BT-isMOF利用MOF缺陷位点负载具有免疫刺激功能的DNA片段(CpG),并包裹具有骨靶向功能的唑来膦酸(ZOL)。我们通过体外和活体实验证明BT-isMOF能够与骨组织有效结合,并在细胞实验中证明BT-isMOF纳米颗粒可有效抑制破骨细胞形成并伴随诱导巨噬细胞朝向M1促炎表型。我们的数据为MOF纳米颗粒在癌症治疗提供了新的思路。