Development of Magnetic Nanozymes Based on MXene-MOF Composites

基于MXene-MOF复合材料的磁性纳米酶的开发

基本信息

批准号：
22KF0304
负责人：
大場正昭
金额：
$ 1.47万
依托单位：
Kyushu University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2023
资助国家：
日本
起止时间：
2023-03-08 至 2024-03-31
项目状态：
已结题

来源：
https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22KF0304/
关键词：
MXene 配位高分子多核クラスター錯体酵素複合体

项目摘要

本研究では、マイクロ流路センシングデバイスとして応用を目指して、複合原子層化合物であるマキシン(MXene)と配位高分子(MOF)を用いた新規ナノ複合体(MXene-MOF)を開発する。磁気、発光および電気化学的性質を有するMXene-MOF複合体にペルオキシダーゼ等の酵素を吸着させ、ナノザイムとしての活性能および食品毒の検出能を評価する。更にナノザイムのマイクロ流路デバイスへ組込みを検討する。本年度は、(1)MXeneの合成、(2)MXeneとMOFまたは多核クラスター錯体分子(MOP)からなる複合ナノシートの合成、の２項目を中心に進めた。(1)では、TiCまたはTiNベースのMXeneを合成し、複合化のために単層化ならびにMXene表面へのスルホニル基の導入を進めた。SEM-EDXなどの測定のより、均質な表面修飾MXeneの作製を確認した。(2)では、表面修飾したMXene上でのMOFの直接合成により複合体を得ることに成功したが、組成の均質性および合成の再現性に問題があった。そこで、MOF類似構造を有するMOPを用いて複合化を行うと、MXene-MOP複合体が再現性良く合成できた。SEM-EDXなどの測定より、均質な複合体の形成が確認された。吸着測定により空隙構造を評価すると、MXene 単層膜では窒素が吸着されないが、MXene-MOP複合体では低圧で高い吸着能を示したことから、MOPがMXene膜間に挿入され、細孔構造が形成されていることが示唆された。また、並行して二酸化炭素の光還元能を有するMOPの開発、並びにMOPとイオン性分子や酵素との複合化を進め、MXene-MOP複合体の更なる機能化・複合化の展開を検討した。

在本研究中，我们将使用复合原子层化合物maxine（MXene）和配位聚合物（MOF）开发一种新型纳米复合材料（MXene-MOF），旨在将其用作微通道传感器件。将过氧化物酶等酶吸附到具有磁性、发光和电化学特性的 MXene-MOF 复合物上，并评估其作为纳米酶的活性及其检测食物中毒的能力。此外，我们将考虑将纳米酶纳入微流体装置中。今年，我们重点研究了两个项目：（1）MXene的合成，（2）MXene和MOF或多核簇复合分子（MOP）组成的复合纳米片的合成。在(1)中，我们合成了TiC或TiN基MXene，将其制成单层，并在MXene表面引入磺酰基进行复合。通过 SEM-EDX 等测量证实了均质表面改性 MXene 的生产。在(2)中，我们通过在表面改性的MXene上直接合成MOF成功获得了复合材料，但存在成分的均质性和合成的再现性问题。因此，通过使用具有与MOF相似结构的MOP进行缀合，可以以良好的重现性合成MXene-MOP复合物。通过SEM-EDX等测量证实均质复合物的形成。当通过吸附测量评估孔结构时，发现氮没有被吸附在MXene单层膜中，但MXene-MOP复合材料在低压下表现出高吸附能力，表明MOP插入到MXene膜和孔之间有人建议它已形成。此外，我们同时开发了具有光还原二氧化碳能力的MOP以及与离子分子和酶的缀合MOP，并考虑了MXene-MOP复合物的进一步功能化和缀合。