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前沿應(yīng)用 | Retsch MM400助力金屬有機框架材料合成

德國Retsch（萊馳） 2023-10-20 | 閱讀：595

金屬有機框架(MOF)是由金屬離子或金屬氧簇通過強的配位鍵連接有機配體自主裝成的多孔框架化合物,，具有靈活的可設(shè)計性、豐富的多樣性,、多孔性等優(yōu)點,，被廣泛應(yīng)用于氣體分離與存儲,、催化,、生物傳感等領(lǐng)域，是當(dāng)前的科研熱點之一,。

通常,，制備MOFs的方法主要有：溶劑熱法、水熱法,、水相合成法,、微波輔助合成法、化學(xué)合成法和機械合成法等,。其中,，機械化學(xué)法是一種新興的合成金屬有機框架的方法，它是通過機械能的作用將金屬離子和有機配體混合,，使其在固態(tài)條件下形成MOFs,。這種方法可以在常溫下、無需溶劑,、無需高溫加熱的情況下制備MOFs,，因而在實驗室制備中備受親睞。在本文中,，我們將以MOF基生物催化劑制備為例,，來說明機械化學(xué)法在其中的應(yīng)用。

MOFs生物催化劑制備案例

MOFs在生物化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用不勝枚舉,，比如,，生物金屬有機框架在藥物遞送系統(tǒng)中有重要作用，金屬有機框架的納米酶及其在生物分析中也有應(yīng)用,。本文則引用曾在nature communications上發(fā)表過的題為“利用機械化學(xué)法快速將生物催化劑封裝于堅固的金屬有機框架材料”的學(xué)術(shù)論文（原英文題目Rapid mechanochemical encapsulation of biocatalysts into robust metal-organic frameworks）作為MOFs生物催化劑制備案例,。

論文中研究團隊成功利用兩步法的機械化學(xué)法在數(shù)分鐘內(nèi)合成出UiO-66-NH2,、Zn-MOF-74及ZIF-8封裝β-glucosidase (BGL)、β-galactosidase (β-gal)以及catalase (CAT)三種酶的生物復(fù)合材料,，使其維持活性并利用材料的孔洞特性抵抗蛋白酶這類大型分子的降解作用,。

（圖1: 合成示意圖）

雖然MOFs合成多采用溶劑熱法，但該方法需要大量有機溶劑,、高溫以及較長的合成時間,，這些條件會讓酶的活性大大降低。水相合成法雖能解決溶劑熱法造成的失活但只適用于ZIF-Type材料如ZIF-8及ZIF-90,，對于UiO-66-NH2這類有機配位體不溶于水的材料則無法合成,。對比而言，機械化學(xué)法因其只需極少量溶劑,、合成時間短,、能有效維持酶的活性，是合成UiO-66-NH2材料的可行方法之一,。

MM400應(yīng)用于LAG法合成UiO-66-NH2

這篇論文中,，研究團隊在合成UiO-66-NH2時應(yīng)用了濕法研磨（LAG）并優(yōu)化了合成條件，即用Retsch MM400混合球磨機配備25ml氧化鋯罐與3.5g氧化鋯研磨球,，并將頻率設(shè)置為8Hz,。鋯羧羥基甲基丙烯酸酯（25mg, 0.0147mml）和2-氨基對苯二甲酸（16mg, 0.0882mmol）作為催化助劑被分批放入研磨罐中。首先,，將所需催化助劑的一半放入罐中,，然后加入41μL乙醇作為輔助液，在8Hz下研磨2.5分鐘形成晶種后,，將其余的催化助劑引入罐中,，并在相同頻率下再研磨2.5分鐘以完成合成。將合成的樣品離心,，用去離子水洗滌三次,，并在室溫下真空干燥，從而得到所需MOF,。整個合成反應(yīng)的過程只有短短五分鐘,。

論文中所使用的Retsch MM400是Retsch旗下品牌的景點混合球磨機，高速且高效,，可以在短時間內(nèi)將金屬離子和有機配體混合反應(yīng),，從而形成MOF。由于MM400的高效運行,，樣品可在極短時間內(nèi)處理完畢而不至于產(chǎn)生明顯升溫,。因此材料可以在室溫下進行研磨、混合,，而無需低溫處理,。

Retsch MM400 —— 實驗室中的多面手

Retsch MM400球磨機的高速旋轉(zhuǎn)和球磨介質(zhì)的碰撞和摩擦能夠快速混合金屬離子和有機配體,，從而形成各種類型的MOFs，包括多孔MOFs,、表面修飾MOFs以及本文的生物催化劑MOFs等,。

作為科研好幫手和實驗室中的多面手，Retsch MM400的應(yīng)用還有很多,，例如：粉末混合(Retsch MM400可以將不同性質(zhì)的粉末混合,，形成新的混合物，從而制備出新型材料或改進已有材料的性能）和生物樣品制備（將細(xì)胞,、組織等生物樣品放入Retsch MM400球磨罐中,，加入適量的球磨介質(zhì)，在球磨機中進行機械混合,，從而破碎細(xì)胞,、組織，提取細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì),、核酸等,。）

如您想要了解更多關(guān)于Retsch MM400在實驗室中的應(yīng)用，歡迎咨詢我們,。

關(guān)于萊馳品牌

德國RETSCH（萊馳）品牌創(chuàng)立于1915年,，是Scientific Division （科學(xué)儀器事業(yè)部門）的核心品牌之一，是全球最大的實驗室固體樣品前處理暨研磨粉碎篩分設(shè)備的生產(chǎn)廠家,，主要產(chǎn)品為超離心研磨儀ZM200、顎式破碎儀BB系列,、盤式研磨儀DM200/RS200,、行星球磨儀PM系列、刀式搗磨儀GM200/GM300,，冷凍研磨儀MM400/Cryomill,，篩分儀AS系列，快速干燥儀TG200,、自動分樣儀PT100/PT200,，壓片機PP25/PP40等，在商檢,、質(zhì)檢,、高校、農(nóng)業(yè),、生物,、制藥、化工,、研究所等領(lǐng)域有廣泛的客戶基礎(chǔ),。