吉林大学杨英威教授课题组Small综述：金属有机框架材料的生物医学应用

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金属有机框架（MOFs）材料是一类由金属离子/离子簇作为节点，有机分子作为配体通过配位键形成的有机-无机杂化材料，具有结构有序、组分可调、合成容易、比表面积高、孔隙度可调、生物相容性好等特性。同时，表面功能化策略的快速发展为多功能MOFs的设计和制备提供了巨大支撑，使得MOFs在近年来成为生物医学领域内潜在的应用材料之一。

近日，吉林大学化学学院、纳微构筑化学国际合作联合实验室杨英威教授团队应邀撰写了题为“Metal–Organic Frameworks for Biomedical Applications”的综述文章，梳理总结了MOFs在生物医学应用中的最新研究进展，包括用于疾病诊疗的货物（药物、核酸、蛋白质和染料）递送、生物成像、抗菌、生物传感和生物催化等五个方面，并论述了MOFs材料在生物医药领域的发展前景和面临的挑战。该论文最近在线发表在Wiley出版社的Small期刊上（2020, DOI: 10.1002/smll.201906846）。

图1. MOFs材料生物医学应用概括图

MOFs材料作为一类新兴的、发展迅速的有机-无机杂化材料，它以有机配体为支柱，金属离子/离子簇为节点，在近十年来受到了越来越多的关注。得益于金属离子和有机配体种类的多样性，通过调节金属离子节点和有机配体的组合方式，人们可以很容易地获得具有各种特征的MOFs材料。此外，由于其具有易合成、易功能化、孔径可调节、结构多样、表面积大、负载能力强、生物相容性好、可降解等突出特性，MOFs材料在催化、气体吸附/分离/存储、非线性光学、传感和生物医药等领域有着广泛的应用。

作者首先概述了MOFs材料在合成和表面功能化方面的优势，随后，从五个方面概括了MOFs材料在生物医药领域的应用：第一部分从普通MOFs载体到刺激响应的MOFs载体再到多功能的MOFs载体这三方面梳理了MOFs用于疾病诊疗过程中的货物（药物、核酸、蛋白质和染料）递送应用；第二部分介绍了MOFs材料在单模态生物成像和多模态生物成像中的应用和潜在优势；第三部分总结了MOFs在抗菌领域取得的主要进展；第四部分叙述了MOFs在生物传感方面的应用；第五部分则介绍了MOFs材料在生物催化方面的应用。最后，作者对MOFs材料在生物医学领域应用过程中遇到的瓶颈问题、应用前景和面临的挑战进行了阐述。相信这篇综述能对研究MOFs材料在生物医学方面应用的研究人员有所帮助。

图2. 单一MOFs材料在疾病诊疗过程中货物递送方面的应用

图3. 具有刺激响应性的MOFs材料在疾病诊疗过程中货物递送方面的应用

图4. 多功能MOFs材料在疾病诊疗过程中的应用。（a）pH、近红外光刺激响应的药物递送结合光热治疗体系；（b）具有高单线态氧生成能力的光动力治疗体系；（c）能够产生氧气以解决光动力治疗过程中的缺氧问题和提高ROS使用效率的体系；（d）具有串联催化的高单线态氧生成平台结合光热治疗光动力治疗的体系

图5. 多功能MOFs材料在疾病诊疗过程中货物递送方面的应用。（a）超小卟啉纳米点用于光动力治疗体系；（b）结合微波热疗和微波动力治疗的体系；（c）结合放射治疗和放射动力治疗的体系；（d）具有刺激响应氧气释放的放化疗治疗体系

图6. MOFs材料在单模态生物成像方面的应用

图7. MOFs材料在多模态生物成像方面的应用

图8. MOFs材料在抗菌方面的应用

图9. MOFs材料在生物传感方面的应用

图10. MOFs材料在生物催化方面的应用

该论文的第一作者为吉林大学化学学院博士研究生杨洁，通讯作者为杨英威教授，论文得到国家自然科学基金（51673084, 21871108）、吉林省省校共建项目—新材料专项（SXGJSF2017-3）和吉林大学培英工程计划的支持。

论文链接：

https://doi.org/10.1002/smll.201906846

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