本書主要介紹功能金屬有機框架(MOFs）復合材料的制備和在生物醫藥上的應用。利用不同的MOFs作為藥物載體，后修飾靶向試劑葉酸和熒光試劑 5-羧基熒光素后構建了多個可靶向識別癌細胞、熒光成像和藥物遞送的多功能MOFs，并利用Fe-MOFs、Gd-MOFs作為藥物載體和核磁共振成像試劑，得到了多個可靶向識別癌細胞、核磁共振-熒光成像和藥物遞送的多功能MOFs，設計合成了刺激-響應藥物釋放體系和光動力治療體系，對MOFs基生物小分子熒光探針進行了分析研究。
本書可供從事功能金屬有機框架材料相關研究的科研人員和材料學科相關專業的師生參考。

高雪川，女，理學博士，山西省原平市人。現為內蒙古工業大學化工學院副教授，碩士生導師，二氧化碳資源化利用自治區高等學校重點實驗室成員。目前主要從事功能配位聚合物的設計、合成及其在藥物載體、生物檢測及二氧化碳轉化方面的應用研究工作。2020年入選內蒙古工業大學“新世紀321人才工程”第三層次。主持內蒙古自治區自然科學基金多項。發表SCI學術論文10余篇。
崔瑞雪，女，理學博士，內蒙古自治區赤峰市人。現為內蒙古農業大學理學院講師，二氧化碳資源化利用自治區高等學校重點實驗室成員。目前主要從事功能配位聚合物的設計、合成及其在藥物載體、生物檢測及催化方面的應用研究工作。發表SCI學術論文10余篇。

隨著科學技術的不斷發展和人們對新材料需求的增加，具有特定功能或性能的功能材料的研究和應用正處于一個蓬勃發展的階段。功能材料是先進材料領域的核心，也是國民經濟、社會發展和國防建設的基礎和先導，根據功能材料的基體材料可主要分為功能金屬材料、功能高分子材料、功能無機非金屬材料、功能金屬有機框架（MOFs）材料等，其中關于功能金屬有機框架材料的研究較為活躍，各類新技術、新材料和新專利層出不窮，充滿了機遇和挑戰。
功能金屬有機框架材料是近二十年以來發展迅速的一類配位聚合物，具有三維孔結構，一般以金屬離子為連接點，有機配體為支撐構成空間三維延伸，是繼沸石和碳納米管后的又一類重要的新型多孔材料。目前，金屬有機框架材料已經成為無機化學、有機化學和材料化學等多個化學分支的重要研究方向。金屬有機框架材料兼具無機材料的剛性和有機材料的柔性特征，具有可定制性、結構多樣性、孔徑可調、比表面積大、生物可降解等優勢，且可以通過后修飾等策略對原始金屬有機框架材料進行功能化，因此功能金屬有機框架材料在催化、儲能、傳感、生物醫藥等領域具有廣闊的應用前景。生物醫藥行業是關系國計民生、國家安全的戰略性新興行業，是健康中國建設的重要基礎。生物醫藥領域兼具民生保障功能與高技術壁壘，圍繞人類的整個生命過程，提供藥物和醫療器械等支持。功能金屬有機框架材料在生物醫藥領域的應用主要有藥物遞送、生物成像、生物檢測、光動力治療等。
功能金屬有機框架材料得益于其特殊的化學結構，在生物小分子識別領域嶄露頭角。生物活性小分子在生理過程中發揮著重要的作用。體內某些物質濃度的異常，會引起疾病，影響機體健康。為了保障人們的身體健康，發展方便快捷、靈敏可靠的分析方法用于生物小分子的檢測，對于環境監測、食品檢測、生理/病理過程的研究具有重要意義。
惡性腫瘤是世界范圍內的重大公共衛生問題，目前臨床上常用的治療手段包括手術治療、放射療法、化學藥物治療、激素治療、靶向生物治療等。盡管手術、放療和化療等傳統治療方法在技術上不斷進步，但普遍存在難以完全清除癌細胞，對正常組織和器官的毒副作用大，易引起生理功能障礙等問題，導致患者生活質量下降，預后狀況差。有效、精確的生物成像技術可以對生物體形態和結構進行觀察表征，并且動態、相對定量地衡量組織或者器官在生理或者病理情況下的變化，對于疾病診斷、術中指導和術后評估，特別是癌癥的診斷和精準治療，占有至關重要的地位。近年來，基于功能金屬有機框架材料的光動力治療和協同治療等新興的治療手段在飛速發展，同時功能金屬有機框架材料作為成像探針也在顯著提高治療和診斷的準確性，靶向治療和精準醫療逐漸成為研究的熱點。
本書從配位聚合物材料基本理論出發，以功能金屬有機框架材料為主線，全面系統地介紹了功能金屬有機框架材料的設計思路和制備方法，研究了多種功能金屬有機框架材料在生物小分子識別、生物成像、癌癥治療方面的性能和應用，為功能金屬有機框架材料的設計開發、生產研究提供實驗基礎。
本書內容分為5章。第1章對金屬有機框架材料的晶體結構、合成方法以及在生物醫藥領域的研究現狀進行了簡單介紹。第2章對具有熒光成像能力的MOFs基靶向藥物遞送載體進行分析研究，第3章對具有磁共振/熒光雙模態成像的MOFs基藥物遞送載體進行分析研究，第4章對具有pH響應機制、光動力治療、協同治療能力的MOFs基藥物遞送載體進行分析研究。第5章對MOFs基生物小分子熒光探針進行分析研究。本書較全面地涵蓋了功能金屬有機框架材料的結構設計和生物應用，從構效關系出發研究了材料的性能，盡可能反映金屬有機框架材料在生物醫藥領域的新技術、新理論、新知識，突出先進性。
本書在編寫和出版過程中，得到各位同行和學校各級領導的大力支持，還得到內蒙古農業大學雙一流建設基金（RK2300003397）、內蒙古工業大學自然科學基金（BS201909）、內蒙古自治區直屬高校基本科研業務費（JY20220177）的資助，在此一并感謝。
限于編者的水平，書中難免存在不足之處，懇請讀者和同行專家批評指正。

作者
2024年5月

第1章 金屬-有機框架（MOFs）材料概述 1
1.1 MOFs 的合成及結構特點 1
1.1.1 MOFs單晶的合成 1
1.1.2 MOFs納米粒子的合成 2
1.1.3 MOFs的結構特點 2
1.2 MOFs 作為藥物載體的研究進展 3
1.2.1 MOFs的藥物負載方式 3
1.2.2 MOFs的藥物釋放行為 4
1.3 MOFs 作為成像試劑的研究進展 8
1.3.1 MOFs基熒光成像試劑 8
1.3.2 MOFs基核磁共振成像試劑 8
1.3.3 MOFs基熒光-核磁共振雙模成像試劑 9
1.4 MOFs 在光動力治療和化學動力學治療中的應用 9
1.4.1 光動力治療 9
1.4.2 化學動力治療 11
1.4.3 協同治療 13
1.5 熒光MOFs 材料用于熒光傳感 14
1.5.1 離子檢測 14
1.5.2 小分子檢測 15
1.5.3 溫度與濕度傳感 16
1.5.4 氣體分子傳感 17
1.5.5 基于MOFs材料的熒光開關 17
參考文獻 18

第2章 MOFs 基熒光藥物載體 25
2.1 中空ZIF-8 基熒光藥物載體 25
2.1.1 ZIF-8/5-FU@FA-CHI-5-FAM 的制備 25
2.1.2 ZIF-8/5-FU@FA-CHI-5-FAM 的結構表征 28
2.1.3 ZIF-8/5-FU@FA-CHI-5-FAM 的熒光成像和藥物釋放性能研究 32
2.2 A-l MOFs 基熒光藥物載體 35
2.2.1 RhB@Al-MOFs的制備 35
2.2.2 RhB@Al-MOFs的結構表征 37
2.2.3 RhB@Al-MOFs的熒光成像和藥物釋放性能研究 42
2.3 UiO-66-NH2 基熒光藥物載體 44
2.3.1 UiO-66-NH2-FA-5-FAM/5-FU的制備 44
2.3.2 UiO-66-NH2-FA-5-FAM/5-FU的結構表征 47
2.3.3 UiO-66-NH2-FA-5-FAM/5-FU的熒光成像和藥物釋放性能研究 51
參考文獻 55

第3章 MOFs 基熒光-磁性藥物載體 60
3.1 中空Fe-MOF-5 基熒光-磁性藥物載體 60
3.1.1 Fe-MOF-5-NH2-FA-5-FAM/5-FU的制備 60
3.1.2 Fe-MOF-5-NH2-FA-5-FAM/5-FU的結構表征 63
3.1.3 Fe-MOF-5-NH2-FA-5-FAM/5-FU 的核磁共振-熒光成像和藥物釋放性能研究 66
3.2 Gd-MOFs 基磁性-熒光藥物載體 70
3.2.1 RhB@Gd-MOFs的制備 70
3.2.2 RhB@Gd-MOFs的結構表征 72
3.2.3 RhB@Gd-MOFs的核磁共振-熒光成像和藥物釋放性能研究 75
3.3 Fe-MOFs/Eu-MOFs 基熒光-磁性藥物載體 79
3.3.1 Fe-MOFs/Eu-MOFs的制備 79
3.3.2 Fe-MOFs/Eu-MOFs的結構表征 81
3.3.3 Fe-MOFs/Eu-MOFs的核磁共振-熒光成像和藥物釋放性能研究 83
3.4 Fe-MIL-53-NH2 基熒光-磁性藥物載體 88
3.4.1 Fe-MIL-53-NH2-FA-5-FAM/5-FU的制備 88
3.4.2 Fe-MIL-53-NH2-FA-5-FAM/5-FU的結構表征 91
3.4.3 Fe-MIL-53-NH2-FA-5-FAM/5-FU 的核磁共振-熒光成像和藥物釋放性能研究 94
3.5 ZIF-8 基磁性-熒光藥物載體 99
3.5.1 DOX/Fe3O4@ZIF-8的制備 99
3.5.2 DOX/Fe3O4@ZIF-8的結構表征 100
3.5.3 DOX/Fe3O4@ZIF-8的核磁共振-熒光成像和藥物釋放性能研究 101
參考文獻 105

第4章 MOFs 基pH 和光響應藥物載體 112
4.1 Zn-MOFs 基pH 響應藥物載體 113
4.1.1 Zn-MOFs的制備 113
4.1.2 Zn-MOFs的結構表征 114
4.1.3 Zn-MOFs的藥物釋放行為研究 116
4.2 T-i MIL-125 基光動力治療體系 117
4.2.1 PB@Ti-MIL-125的制備 117
4.2.2 PB@Ti-MIL-125的結構表征 119
4.2.3 PB@Ti-MIL-125的熒光成像和光動力治療性能研究 122
4.3 UiO-67 基化學/光動力協同治療體系 124
4.3.1 DOX@UiO-67@TiO2 的制備 124
4.3.2 DOX@UiO-67@TiO2 的結構表征 127
4.3.3 DOX@UiO-67@TiO2 的化學動力學和光動力性能研究 131
參考文獻 139

第5章 MOFs 基生物小分子熒光探針 144
5.1 Zn-MOFs 基氨基酸熒光探針 144
5.1.1 Cu/Tb@Zn-MOFs的制備 144
5.1.2 Cu/Tb@Zn-MOFs的結構表征 146
5.1.3 Cu/Tb@Zn-MOFs的熒光性質及氨基酸識別性能 147
5.2 片層狀Zn-MOFs 基葉酸熒光探針 156
5.2.1 Zn-MOFs的制備 156
5.2.2 Zn-MOFs的結構表征 157
5.2.3 Zn-MOFs熒光性質與葉酸識別性能 158

參考文獻 161