一种预测多官能团的MTV-MOFs材料对客体分子的释放效果的方法技术

本发明专利技术利用Weibull模型以及Arrhenius公式，推导出金属‑有机框架材料中官能团与客体分子的相互作用与金属‑有机框架材料中官能团分布之间的量化关系，从而量化和预测MOFs材料对客体分子的释放效果，可以根据预测结果，进行前期的材料结构设计，使得到的材料达到所需的释放效果。

A method for predicting the release effect of a multi-functional group of MOFs materials on the guest molecules

【技术实现步骤摘要】
一种预测多官能团的MOFs材料对客体分子的释放效果的方法
本专利技术属于利用金属-有机框架材料进行客体释放的
，尤其涉及一种预测多官能团的-MOFs(多组分-金属有机框架材料)对客体分子的释放效果的方法。
技术介绍
金属-有机框架材料[metal-organicFrameworks，又称金属有机框架，金属有机骨架材料，金属有机配合物或配位聚合物(coordinationpolymer)]是近二十年来研究比较热门的新型晶态多孔材料，具有大的比表面积，可调节的孔径大小，可设计的拓扑结构及易修饰的孔道化学环境等优良的性质。多组分金属-有机框架材料(MTV-MOFs,multivariatemetal-organicFrameworks)含有的丰富可变的多官能团已经在很多领域得到应用研究，如气体吸附(D.Zhao,D.J.Timmons,D.Yuan,H.C.Zhou,Acc.Chem.Res.2011,44,123.J.L.C.Rowell,A.R.Millward,K.S.Park,O.M.Yaghi,J.Am.Chem.Soc.2014,126,5666)，催化(J.S.Seo,D.Whang,H.Lee,S.I.Jun,J.Oh,Y.J.Jeon,K.Kim,Nature2000,404,982)以及选择性吸附和分离等(FurukawaH,CordovaKEandO’KeeffeMetal.Science2013,341,1230444)。当前对于客体分子与金属-有机框架材料之间的相互作用的研究大都集中在小分子(例如气体分子，H2O等)，主要研究其在与框架产生作用的吸附焓，吸附熵以及自由能等的变化上(J.Jiang,H.Furukawa,Y.-B.Zhang,O.M.Yaghi,J.Am.Chem.Soc.,2016,138,10244)。这是由于小分子研究条件较为方便，模拟计算方法也较为成熟。而对于像客体分子这样的半径较大的客体分子与金属-有机框架之间的研究重点大都集中在对应用中(H.S.Cho,H.Deng,K.Miyasaka,Z.Dong,M.Y.Cho,A.V.Neimark,J.K.Kang,O.M.Yaghi,O.Terasaki,Nature2016,527,503)，且在这些研究也往往是针对于材料的吸附焓，吸附熵以及自由能的研究。研究客体分子与MOFs(可被官能团修饰的孔材料)之间的弱相互作用与主体材料之间的关系的报道十分稀缺。造成这种研究缺乏的原因主要在于用于研究主客体之间相互关系的材料及其能级结构单一，得到的数据具有局限且变量不易控制，难以分析主客体相互作用的规律。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种预测多官能团的MOFs材料对客体分子的释放效果的方法，能够利用该预测方法实现官能团种类和比例的预设计。本专利技术的技术方案可以通过以下技术措施来实现：一种预测单一官能团的MOFs材料对客体分子的释放效果的方法，包括如下步骤：(1)将含官能团A的MOF材料，记为MOF-A，负载特定客体分子，置于释放环境中，在特定时间间隔检测释放量，得到若干释放值y与时间t的散点；(2)利用公式对步骤(1)得到的散点进行模拟，得到模拟的释放曲线以及参数k，n的值，其中k是总释放率常数，n是形状参数；(3)通过步骤(1)和(2)得到官能团A在MOFs材料配体中的比例为x的条件下，k与x的关系以及n与x的关系，其中，k与x呈指数关系，n随x变化基本稳定，取n的平均值；(4)设置参数P，令P＝-lnk，得到P与x的线性关系，并从该线性关系中得到某一x下的PMOF-A；(5)根据某一x下的PMOF-A，得到含单一官能团A的MOFs材料在某一x下的k值；(6)将步骤(5)中得到的k值，及步骤(3)中得到的n的均值，代入公式：可预测某一x下MOF-A对某一客体分子的释放曲线。所述的官能团包括-H，-NH2，-Br，-Cl2，-NO2，-CH2，-F，-C2H2，-C4H4，-OH，-C2H2，-OR中的一种或多种，所述客体分子为，包括含有大π体系类的药物分子，含有羧基，羟基类及酰胺类的药物分子，进一步的包括Ibu(布洛芬)，RhB(罗丹明)，DOX(阿霉素)，以及具有-COOH的青霉素，头孢分子、具有-OH的阿司匹林、乙酰螺旋霉素、多西他赛、具有-NH2的氯霉素、带有π体系的土霉素，表阿霉素以及伊立替康药、带有-CH2、-CH3的红霉素、利福平等。。一种预测多官能团的MOFs材料对客体分子的释放效果的方法，包括如下步骤：(1)当MOFs材料中同时组装且仅组装A，B两种官能团时，令xA＝1-xB；(2)利用权利要求1中的预测方法，得到各个组装单一官能团的MOFs材料的P与x的对应关系；(3)利用：P(MOF-AB)＝x[P(MOF-A)-P(MOF-B)]+P(MOF-B)，得到同时含有AB组分的MOF-AB材料的PMOF-AB与x的关系，此处的x表示A在AB两种官能团中所占的比例，PMOF-AB表示官能团A在AB两种官能团中所占的比例为x时MOF-AB的P值，PMOF-A表示官能团A在MOF-A的比例为x时MOF-A的P值，PMOF-B表示官能团B在MOF-B的比例为1-x时MOF-B的P值；(4)根据某一x下PMOF-AB的值，得出某一x下MOF-AB材料的k值；(5)将相同客体分子体系下，MOF-A和MOF-B模拟的出n值求平均值；(6)利用步骤(4)和步骤(5)得出的k值和n值，预测出某一x下MOF-AB材料对某一客体分子的释放曲线优选地，步骤(3)中多官能团MOFs材料的P值为含单一官能团MOFs材料的P值与相应官能团占比之积的总和。优选地，利用上述的方法预测含两种以上官能团的MOFs材料在某一官能团比例条件下对某一客体分子的释放曲线。本专利技术提出一种量化主客体之间的相互作用的方法，利用这种方法预测MOFs材料对客体分子的释放效果，在本专利技术中，不同的官能团在主体材料中的比例会影响框架的能级，通过研究框架材料对不同的客体分子的释放行为总结出框架能级与官能团比例的量化关系，且此种量化关系能够对客体分子的释放行为进行预测。可以根据预测结果，进行前期的材料结构设计，使得到的材料达到所需的释放效果。附图说明利用附图对本专利技术作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本专利技术的任何限制。图1是MIL-101(Fe)-(C4H4)x负载不同客体分子时，P值与x的关系；图2是MIL-101(Fe)-(C4H4)x负载不同客体分子时，n值与x的关系；图3是MIL-101(Fe)-(NH2)x负载Ibu客体分子时，利用本专利技术所述的方法得出的预测曲线和实验验证点对比图，其中的曲线由上至下分别代表x＝0，x＝0.3，x＝0.5，x＝0.7，x＝1；图4是MIL-101(Fe)-(NH2)x(C4H4)1-x负载Ibu(a)和RhB(b)时，利用本专利技术所述的方法得出的预测曲线和实验验证点对比图，其中a中的曲线，由上至下分别代表x＝0，x＝0.3，x＝0.5，x＝0.7，x＝1；b中的曲线由上至下分别代表x＝1，x＝0.7，x＝0.5，x＝0.3，x＝0。具体实施方式为使本专利技术更加容易理解，下面将进一步阐述本专利技术的具体实本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种预测单一官能团的MOFs材料对客体分子的释放效果的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将含官能团A的MOF材料，记为MOF‑A，负载特定客体分子，置于释放环境中，在特定时间间隔检测释放量，得到若干释放值y与时间t的散点；(2)利用公式

【技术特征摘要】
1.一种预测单一官能团的MOFs材料对客体分子的释放效果的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)将含官能团A的MOF材料，记为MOF-A，负载特定客体分子，置于释放环境中，在特定时间间隔检测释放量，得到若干释放值y与时间t的散点；(2)利用公式对步骤(1)得到的散点进行模拟，得到模拟的释放曲线以及参数k，n的值，其中k是总释放率常数，n是形状参数；(3)通过步骤(1)和(2)得到官能团A在MOFs材料配体中的比例为x的条件下，k与x的关系以及n与x的关系，其中，k与x呈指数关系，n随x变化基本稳定，取n的平均值；(4)设置参数P，令P＝-lnk，得到P与x的线性关系，并从该线性关系中得到某一x下的PMOF-A；(5)根据某一x下的PMOF-A，得到含单一官能团A的MOFs材料在某一x下的k值；(6)将步骤(5)中得到的k值，及步骤(3)中得到的n的均值，代入公式：可预测某一x下MOF-A对某一客体分子的释放曲线。2.如权利要求1所述的预测多官能团的MOFs材料对客体分子的释放效果的方法，其特征在于，所述的官能团包括-C4H4，-NH2，-H中的一种或多种，所述客体分子为Ibu，RhB，DOX中的任一种或多种。3.一种预测多官能团的MOFs材料对客体分子的释放效果的方法，其特征在于，包括如下步骤：(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓鹤翔，董志月，孙杨泽晟，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42