近日，课题组的研究成果“Organic ligands regulate the environmental impacts of metal-organic frameworks on nitrogen-fixing bacterium Azotobacter vinelandii”在SCI一区期刊《J. Hazard. Mater.》（IF=14.224）发表（研究生梁成庄为第一作者）。
金属有机框架材料（MOF）的研究和应用日益广泛，已经有MOF产品开始商业化生产应用，特别是在环境和农业领域的应用，使得MOF材料可能进入环境，需要前瞻性研究其环境毒性。现有的研究主要侧重于揭示金属元素的作用，但有机配体在MOF毒性中的重要性尚未被研究。本文合成了三种不同有机配体的Cu-MOFs，即1,4-对苯二甲酸、咪唑和2,4,6-三（4- 羧基苯基）-1,3,5-三嗪，并比较了它们对固氮菌的毒性和环境效应。
对比生长曲线和菌落数抑制，发现三种Cu-MOFs的毒性大小依次为：Cu-BDC＞Cu-IM≈Cu-TATB。Cu-BDC对细胞膜破坏较小，没有导致固氮细菌大量凋亡，但固氮活性下降47.6±25.7%。Cu-IM、Cu-TATB、Cu-BTC导致细胞膜穿孔和细胞质基质流失，固氮活性分别下降62.2±10.4%、72.8±13.4%和35.7±15.9%。
原核转录组学分析表明Cu-MOFs改变膜成分和ATP结合相关基因，对Ca2+Mg2+-ATP酶活性以及ATP转化有抑制，通过影响能量代谢抑制固氮活性。Cu-IM调低固氮相关的nif基因水平，影响核糖体、嘌呤代谢和氧化磷酸化途径。Cu-BDC和Cu-TATB主要影响鞭毛组件和细菌趋化性途径。
综上，有机配体调节了MOF材料的毒性和效应机制。通过改变配体来获得环境稳定的MOF材料是避免MOF材料引起环境毒性和危害的有效方式。
全文连接：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2023.131373
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