具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法及其应用。合成方法包括以下步骤：(1)分别合成如下式所示的链长递增的有机配体II、III和IV：

Synthesis and application of Co based MOF material with adjustable pore size and nucleic acid screening function

【技术实现步骤摘要】
具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法及其应用
本专利技术涉及合成金属有机框架材料的
和选择性分离不同二级结构核酸的
，具体涉及一种具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法及其应用。
技术介绍
大多数核酸,包括脱氧核糖核酸(DNA)和核糖核酸(RNA)，他们以线性和柔性的结构存在，但它们中的一些也可以形成各种刚性的二级结构，如双螺旋、G四链体(G4)1-4、发夹结构、三螺旋和i-motif结构。RNA分子的二级结构对其生物学功能和细胞调节至关重要。RNA的构象动态变化是RNA调控机制的基础，也是其复杂功能的起源。RNA分子能够在不同的次级结构之间转换，动态变化使得难以捕捉到RNA的结构信息，特别是当大量和多种RNA分子共存时。特异性的抗体和特异性小分子配体已被用于特异性分离特定的一种结构的RNA分子，但它们一次仅适用于有限的RNA类型，而难以获得二级结构的整体信息。电泳迁移分离方法(EMSA)可以对多种不同结构的核酸分子进行分离，但是其低分离效率和低的分辨率使得在实际分离过程中不能满足大量的多种类结构的分离。DMS足迹方法和DNA聚合酶终止分析方法被成功地应用于识别广泛的不同结构RNA分子。随着研究和工业对核酸全基因组结构测量的需求不断增加，满足复杂结构多样、样本量大的样品处理要求仍然具有挑战性。这主要是由于在RNA测序过程中，缺乏有效的方法根据样品的二级结构来分离样品，导致高的背景信号。金属有机骨架(MOFs)是一类具有分子定域孔隙环境的多孔晶体材料，非常适合于大分子的识别和分离。MOFs已应用于小分子分离、储气、催化、成像、药物输送等领域，但其与生物大分子相互作用的研究尚处于起步阶段。MOF材料具有一维纳米孔径材料，巨大的比表面积使得其对线性分子具有很好的吸附效率。
技术实现思路
本专利技术的目的之一在于提供一种具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法，制备的这一系列MOF材料具有高的晶态和比表面积，孔径可精确调控。本专利技术的目的之二在于提供一种具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法及其应用，在不同二级结构的核酸分子的分离领域并且达到高效的分离效率，这种分离方法具有易操作，处理量大，多种类型结构都适用的特性。本专利技术实现目的之一所采用的方案是：一种具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法，包括以下步骤：(1)分别合成如下式所示的链长递增的有机配体II、III和IV：(2)选择金属Co分别与有机配体II、III和IV制备同拓扑结构，得到孔径递增的MOFs材料；(3)将制备的MOFs材料进行活化，得到Co基MOF材料：Co-IRMOF-74-II、Co-IRMOF-74-III和Co-IRMOF-74-IV。本专利技术的合成方法选择非穿插体系的MOF材料结构；通过选择非穿插的MOFs结构，发现Co-IRMOF-74体系具有可拓展的潜力和良好的稳定性，这是目前没有报道的材料，已报道的Mg和Zn体系稳定性比Co体系低。延长配体的方式为增加苯环数目。优选地，所述步骤(1)中，合成链长递增的有机配体II、III和IV的具体方法为，将2,5-二羟基对苯二甲酸的结构进行轴向的延伸，利用Suzuki偶联反应实现梯度为一个苯环长度的增幅，合成所述有机配体II,III和IV。步骤(1)中合成的方法为Suzuki偶联反应，利用钯催化剂，在氩气保护氛围中反应，通过柱层析的方式纯化产物，实现苯环的依次递增。优选地，所述步骤(2)中，分别将有机配体II、III、IV和六水硝酸钴溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入水和乙醇的混合溶液，室温反应一定时间即得到孔径递增的MOFs材料，其中N,N-二甲基甲酰胺、水和乙醇的体积比为(1-5):1:1，有机配体与六水硝酸钴的当量比为1：(1-2)。步骤(2)配体中分别为两个苯环链长，三个苯环链长和四个苯环链长的产物。将配体和六水硝酸钴溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入水和乙醇按一定比例混合的溶液，加热反应一定时间后得到Co基MOF材料。优选地，所述步骤(3)中，Co-IRMOF-74-II、Co-IRMOF-74-III和Co-IRMOF-74-IV材料的孔径以0.6nm的幅度递增，所述Co-IRMOF-74-II的孔径为1.8nm。步骤(3)中多次用N,N-二甲基甲酰胺洗涤Co-IRMOF-74(II-IV)材料，然后多次用乙醇洗涤，通过超临界二氧化碳活化样品。本专利技术实现目的之二所采用的方案是：一种具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法合成的Co基MOF材料的应用，采用所述Co基MOF材料对不同结构的核酸分子进行分离。优选地，具体包括以下步骤：a)确定分离不同结构的核酸类型，根据不同结构的核酸类型选择不同种类的Co基MOF材料；b)将不同结构的核酸分子退火形成其二级结构；c)采用所述步骤a)选择的Co基MOF材料对所述步骤b)中的退火后的核酸分子进行选择性吸附；d)吸附完成后，反应体系离心，将Co基MOF材料和溶液分开，其中有二级结构的核酸分子在上层溶液中，吸附了线性、柔性的核酸分子的Co基MOF材料在下层沉淀中。优选地，所述步骤b)中，二级结构包括单链核酸、双链核酸、G四链体结构的核酸、DNA扭结，发卡结构、三链结构。单链核酸(ssDNA/RNA)，双链核酸(dsDNA/RNA)，G四链体结构的核酸(G4-DNA/RNA)，DNA扭结(i-motif结构)，发卡结构(hairpin结构)，三链结构(Three-strandedtriplexDNA/RNA)。优选地，当分离单链核酸和双链核酸时，选择Co-IRMOF-74-II材料；当分离单链核酸和其他类型的二级结构时，选择Co-IRMOF-74-II，Co-IRMOF-74-III、Co-IRMOF-74-IV中的任何一种；当分离双链核酸和其他类型的二级结构时，选择Co-IRMOF-74-III、Co-IRMOF-74-IV中的任何一种。优选地，所述步骤b)中，采用小PCR管为退火反应容器，对于DNA核酸分子，退火过程的温度从95℃降低到25℃，降温速率为1-10℃/min；对于RNA核酸分子，退火过程的温度从65℃降低到25℃，降温速率为5-10℃/min；DNA核酸分子和RNA核酸分子在特殊的溶液中完成退火，溶液条件为：水溶液包含50-200mM的钾离子，pH为5-7。优选地，所述步骤c)中，退火后核酸分子的质量为Co基MOF材料的质量的4％-8％，将二者混合在50-200mM、pH为5-7的钾盐水溶液中，在20-37℃下振荡0.5-5h。本专利技术具有以下优点和有益效果：(1)本专利技术利用MOF自身的可设计性，通过配体链中苯环数目的增加来精确调节配体的长度，从而精确调节孔径的大小，通过选择合适的金属节点，合成了高稳定性的Co基MOF材料，材料的制备工艺简本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)分别合成如下式所示的链长递增的有机配体II、III和IV：/n

【技术特征摘要】
1.一种具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)分别合成如下式所示的链长递增的有机配体II、III和IV：



(2)选择金属Co分别与有机配体II、III和IV制备同拓扑结构，得到孔径递增的MOFs材料；
(3)将制备的MOFs材料进行活化，得到Co基MOF材料：Co-IRMOF-74-II、Co-IRMOF-74-III和Co-IRMOF-74-IV。


2.根据权利要求1所述的具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法，其特征在于：所述步骤(1)中，合成链长递增的有机配体II、III和IV的具体方法为，将2,5-二羟基对苯二甲酸的结构进行轴向的延伸，利用Suzuki偶联反应实现梯度为一个苯环长度的增幅，合成所述有机配体II,III和IV。


3.根据权利要求1所述的具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法，其特征在于：所述步骤(2)中，分别将有机配体II、III、IV和六水硝酸钴溶解在N,N-二甲基甲酰胺中，然后加入水和乙醇的混合溶液，室温反应一定时间即得到孔径递增的MOFs材料，其中N,N-二甲基甲酰胺、水和乙醇的体积比为(1-5):1:1，有机配体与六水硝酸钴的当量比为1：(1-2)。


4.根据权利要求1所述的具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法，其特征在于：所述步骤(3)中，Co-IRMOF-74-II、Co-IRMOF-74-III和Co-IRMOF-74-IV材料的孔径以0.6nm的幅度递增，所述Co-IRMOF-74-II的孔径为1.8nm。


5.一种如权利要求1-4任一项所述的具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的合成方法合成的Co基MOF材料的应用，其特征在于：采用所述Co基MOF材料对不同结构的核酸分子进行分离。


6.根据权利要求5所述的具有核酸筛分功能的孔径可调的Co基MOF材料的应用，其特征在于，具体...

【专利技术属性】
技术研发人员：周翔，邓鹤翔，彭双，别秉霖，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42