WO2016151245A1 - Méthode de détection in vitro de h2s à partir de mof luminescent - Google Patents

Méthode de détection in vitro de h2s à partir de mof luminescent Download PDF

Info

Publication number
WO2016151245A1
WO2016151245A1 PCT/FR2016/050640 FR2016050640W WO2016151245A1 WO 2016151245 A1 WO2016151245 A1 WO 2016151245A1 FR 2016050640 W FR2016050640 W FR 2016050640W WO 2016151245 A1 WO2016151245 A1 WO 2016151245A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mof
liquid sample
solid
type
mil
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/FR2016/050640
Other languages
English (en)
Inventor
Jérôme CANIVET
Alexandre LEGRAND
Elsje QUADRELLI
David Farrusseng
Volodymyr Lysenko
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Superieure de Chimie Physique Electronique de Lyon
Universite Claude Bernard Lyon 1
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Ecole Superieure de Chimie Physique Electronique de Lyon
Universite Claude Bernard Lyon 1
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Ecole Superieure de Chimie Physique Electronique de Lyon, Universite Claude Bernard Lyon 1 filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of WO2016151245A1 publication Critical patent/WO2016151245A1/fr
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N31/00—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods
    • G01N31/22—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators
    • G01N31/223—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators for investigating presence of specific gases or aerosols
    • G01N31/224—Investigating or analysing non-biological materials by the use of the chemical methods specified in the subgroup; Apparatus specially adapted for such methods using chemical indicators for investigating presence of specific gases or aerosols for investigating presence of dangerous gases
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6402—Atomic fluorescence; Laser induced fluorescence
    • G01N21/6404—Atomic fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/6486—Measuring fluorescence of biological material, e.g. DNA, RNA, cells
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/62—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light
    • G01N21/63—Systems in which the material investigated is excited whereby it emits light or causes a change in wavelength of the incident light optically excited
    • G01N21/64—Fluorescence; Phosphorescence
    • G01N21/645—Specially adapted constructive features of fluorimeters
    • G01N2021/6482—Sample cells, cuvettes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N21/7703—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator using reagent-clad optical fibres or optical waveguides
    • G01N2021/7706—Reagent provision
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/75—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated
    • G01N21/77—Systems in which material is subjected to a chemical reaction, the progress or the result of the reaction being investigated by observing the effect on a chemical indicator
    • G01N2021/7769—Measurement method of reaction-produced change in sensor
    • G01N2021/7786—Fluorescence
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25—Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/33—Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using ultraviolet light

Definitions

  • the present invention relates in particular to a method for detecting and measuring traces of H 2 S in a liquid sample.
  • the present invention also relates to a device for detecting and measuring traces of H 2 S in a liquid sample, allowing the implementation of said method.
  • the present invention also relates to the use of a laser or LED for detecting or measuring traces of H 2 S in a liquid sample, as well as the use of a porous hybrid solid of the MOF type ("Metal Organic" Framework ') having -N 3 groups on its outer surface or in its pores for the same purpose.
  • MOF Metal Organic
  • references in brackets [] refer to the list of references at the end of the text.
  • NCDs noncommunicable diseases
  • cardiovascular disease was the leading cause of death of NCDs in 2012 and was responsible for 17.5 million deaths, or 46% of deaths attributed to NCDs.
  • Nearly 36 million people have Alzheimer's disease or a related condition worldwide, but only one in four has been diagnosed.
  • Endogenous H 2 S has recently been revealed as a biomarker in a number of diseases, including Alzheimer's disease, cancer, Down's syndrome, diabetes, chronic obstructive pulmonary disease ("chronic obstructive pulmonary disease” or “chronic obstructive pulmonary disease”). COPD “in English) or cardiovascular diseases.
  • Its physiological concentration that is to say in a healthy individual, is only a few nanomoles (nmol) per liter of blood.
  • the concentration of H 2 S increases in the blood or target organs before the appearance of the symptoms of the disease.
  • the concentration increases from a few nmol / L to a few ⁇ / L and in a sick subject, the concentration of H 2 S can vary from nanomolar to 100 ⁇ / L.
  • the existing techniques for measuring H 2 S concentration are not suitable.
  • the tools / techniques for measuring H 2 S in the air do not make it possible to measure the H 2 S content in liquid samples, such as physiological liquids (blood, serum, etc.) because of their possible instability and possible interactions with other components of the fluids in question (eg water, other sulfur products, phosphates, etc.).
  • the current R & D analysis devices are based on the UV-Vis spectral response of a molecule or a photoluminescent material exposed to H 2 S and subjected to UV irradiation, and are also inadequate and unsuitable for solving the technical problem.
  • polyaromatic compounds particularly structurally sophisticated organic chromophores - carrying azide functions have been developed for the detection of H 2 S in solution.
  • Another method relies on the detection of H 2 S using a nanoporous material functionalized with azides, but here again the technique is not adapted to the problem raised because its limit of detection (> 100 ⁇ ) is well beyond the relevant physiological / pathological H 2 S concentrations.
  • the physiological endogenous H 2 S (healthy subject) and pathological (Alzheimer disease type) concentrations are below the threshold of 100 ⁇ / L (of the order of nanomolar to 100 micromolar).
  • POCT point-of-care testing
  • bed-side testing in English
  • the present invention is specifically intended to meet these needs and disadvantages of the prior art by providing a method for detecting and measuring traces of H 2 S in a liquid sample, said method comprising the following steps: a) contacting a liquid sample to be analyzed with a porous hybrid hybrid type MOF ("Metal Organic Framework") having -N 3 groups on its outer surface or in its pores;
  • a porous hybrid hybrid type MOF Metal Organic Framework
  • the porous hybrid MOF type b) subjecting the porous hybrid MOF type to laser irradiation or LED wavelength 300-400 nm, preferably 343 nm; the hybrid porous solid of the MOF type being previously isolated from the liquid sample and disposed on a two-dimensional support, or being suspended in the liquid sample inside a transparent-ultraviolet-walled container adapted to contain liquids;
  • the porous hybrid solid of the MOF type can be subjected to a laser irradiation or LED of wavelength 300-400 nm, advantageously 320-360 nm, preferably 330-350 nm, preferably 335-355 nm, preferably 340-345 nm, most preferably 343 nm.
  • MOF type porous hybrid solid may be used interchangeably with the abbreviation "MOF” or "MOF solid”.
  • traces of H 2 S is meant a concentration [H 2 S] ⁇ 100 ⁇ / L, preferably between 1 nmol / L and 100 ⁇ / L.
  • MOF functionalized with MOF-N 3 azides has no exploitable luminescence signal at a given wavelength (detection wavelength). This reacts with the H 2 S present in the liquid sample to be analyzed to give an MOF containing both -N 3 and -NH 2 groups (the MOF solid being advantageously used in excess of the low H 2 S to be measured).
  • the amount of -NH 2 groups at the surface and in the pores of the MOF corresponds stoichiometrically to the amount of H 2 S present in the liquid sample.
  • MOF-NH 2 has a luminescence signal at a determined detection wavelength. The intensity of this signal increases with the growth of the amount of -NH 2 present at the surface and in the pores of the MOF, and thus makes it possible to quantify the traces of H 2 S present in a liquid sample.
  • the present invention thus lays down the principle of the use of a functionalized metal-organic framework (MOF) solid (-N 3 ), in combination with an adequate light source, which "responds" to the concentration of H 2 S (sensor) in a given liquid sample by emission of a specific wave under UV irradiation (in this case photoluminescence).
  • MOF metal-organic framework
  • the contacting step a) is carried out for a time sufficient to allow the reaction of the traces of H 2 S present in the liquid sample with the groups -N 3 of the MOF solid leading to the formation of functions. NH 2 .
  • the reaction time required for this chemical transformation is small, of the order of one minute.
  • the step a) of contacting can be carried out for 1 to 10 minutes, 1 to 5 minutes, preferably 2 minutes.
  • the calibration curve used in step d) can be established according to a method comprising the following steps:
  • the hybrid porous solid of the MOF type b1) subjecting the hybrid porous solid of the MOF type to a laser irradiation of wavelength 300-400 nm, preferably 343 nm; the hybrid porous solid of the MOF type being previously isolated from the liquid sample and disposed on a two-dimensional support, or being suspended in the liquid sample inside a transparent-ultraviolet-walled container adapted to contain liquids;
  • the porous hybrid solid of MOF type can be subjected to a laser irradiation or LED of wavelength 300-400 nm, advantageously 320-360 nm, preferably 330-350 nm, preferably 335-355 nm, preferably 340-345 nm, most preferably 343 nm.
  • the quantity M of MOF is sufficient to make it possible to establish a calibration curve for the given MOF.
  • the MOF may be used in excess of the expected H 2 S concentration level in the liquid sample to be analyzed.
  • the amount of MOF-N 3 used will be such that the N 3 functions will be in excess by relative to the H 2 S contained in the sample to be analyzed, to ensure the complete reaction of the H 2 S present (optionally in the form of S 2 " ) with the azide functions present on the MOF, for example, a quantity of 0.1 to 50 mg of MOF-N 3 may be used for 0.1 to 10 mL of liquid sample, for example 1 to 15 mg of MOF-N 3 may be used for 0.5 to 2 mL of liquid sample, or even 10 mg of MOF-N N 3 can be used for 0.8 mL of liquid sample
  • the same amount of MOF-N 3 can be used for each
  • the contacting step a1) is carried out for a time sufficient to allow the reaction of the S 2 - ions present in the liquid sample with the -N 3 groups of the MOF solid leading to the formation of -NH 2 functions.
  • the reaction time required for this chemical conversion is small, of the order of one minute, so that the step a) of contacting can be carried out for 1 to 10 minutes, 1 to 5 minutes, preferably 2 minutes. .
  • the S 2 - ions present in the liquid sample to be analyzed can come from Na 2 S or H 2 S.
  • the hydrogen sulphide (H 2 S) being a dissolved gas
  • its manipulation in organic solvents or aqueous at standard temperature and pressure in particular its sampling with a syringe in a concentrated stock solution commercial or prepared after saturation of the solvent with H 2 S gas over 0.1 mole per liter, causes a decrease in its solution concentration by its vaporization.
  • Na 2 S sodium sulphide
  • Na 2 S is a more easily handled solid and the preparation of low concentration solutions is done by simply weighing the solid and then by simply diluting a concentrated stock solution. This technique facilitates the establishment of calibration curves for the implementation of the present invention.
  • the calibration curve can be established with a sufficient number of calibration points to establish a reliable calibration.
  • a minimum of four calibration points can be advantageously used, even 5, 6, 7, 8, 9, 10 or more.
  • Each calibration point is associated with a particular concentration [S 2 ].
  • each calibration point can be established from several measurement points of the same concentration [S 2 ], for example 2, 3, 4 or more measuring points.
  • Each calibration point may be the average of the points measured for each particular concentration [S 2 ].
  • the calibration curve can be drawn from a series of concentrations [S 2 ] (at least four different), spaced over a concentration range [S 2 ] covering 0.01 ⁇ at 1000 ⁇ , or even 0.01 ⁇ at 400 ⁇ , more advantageously 0.01 ⁇ at 300 ⁇ , more advantageously 0.01 ⁇ at 200 ⁇ , still more advantageously 0.01 ⁇ at 100 ⁇ .
  • the liquid sample of steps a) and a1) (containing H 2 S dissolved or in which Na 2 S has been dissolved) may be a solution composed of a polar solvent such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, an alcohol, water or a mixture of at least two of them in all proportions.
  • a polar solvent such as dimethyl sulfoxide, dimethylformamide, an alcohol, water or a mixture of at least two of them in all proportions.
  • aqueous solution containing H 2 S and / or S 2 - ions may additionally contain one or more alkali metal salts in solution, preferably sodium or potassium salts such as sodium chloride, potassium chloride, sodium phosphate and potassium phosphate
  • the liquid sample may optionally also contain amino acid residues such as cysteine
  • the liquid sample may also consist of a solvent from a biological environment such as serum, the liquid sample can also come from a biological sample, which may be conditioned (by solvent addition or dilution) or pre-treated, including preliminary separation techniques, for the purpose of the analysis.
  • biological sample is meant, without limitation, cell cultures or extracts thereof; biopsy material from an animal (eg, mammal) or extracts thereof; and blood, saliva, urine, excrement, sperm, tears, or other bodily fluids or extracts from them.
  • biological sample refers to any solid or liquid sample obtained from, excreted by or secreted by a living organism, including unicellular microorganisms (such as bacteria and yeasts) and organisms. multicellular (such as plants and animals, for example a vertebrate or a mammal, and in particular a healthy or apparently healthy human subject or a human patient suffering from a disease or disease to be diagnosed).
  • the biological sample may be in any form, including a solid material, such as tissue, cells, cell pellet, cell extract, cell homogenates or cell fractions; or a biopsy, or a biological fluid.
  • the biological fluid can be obtained from any source (eg blood, saliva (or mouthwash containing oral cells), tears, plasma, serum, urine, bile , cerebrospinal fluid, amniotic fluid, peritoneal fluid, and pleural fluid, or cells from it, aqueous or vitreous, or any body secretion), a transudate, an exudate (eg fluid obtained from an abscess or any other site of infection or inflammation), or fluid obtained from a joint (eg a normal joint or joint affected by diseases such as rheumatoid arthritis, osteoarthritis, gout or arthritis septic).
  • the biological sample can be obtained from any organ or tissue (including a sample of a biopsy or autopsy) or can include cells (if the primary cells or cells in culture) or conditioned medium by a cell, a tissue or an organ.
  • they may be fibroblast cells (eg connective tissue from the dermis), which can be tested by the method according to the invention to evaluate / determine their H 2 S production.
  • fibroblast cells eg connective tissue from the dermis
  • Biological samples also include mixtures of biological molecules comprising proteins, lipids, carbohydrates and nucleic acids generated by partial or complete fractionation of cell or tissue homogenates.
  • the sample is preferably taken from a human subject, the biological samples can come from any animal, plant, bacterium, virus, yeast, etc.
  • animal refers to humans as well as non-human animals, in any stage of development, including, for example, mammals, birds, reptiles, amphibians, fish, worms and individual cells. .
  • Cell cultures and live tissue samples are considered to be pluralities of animals.
  • the "non-human" animal may be a mammal (eg, a rodent, mouse, rat, rabbit, monkey, dog, cat, sheep, cattle, primate, or pig ).
  • An animal may be a transgenic animal or a human clone.
  • the biological sample may be pretreated, including preliminary separation techniques.
  • the MOF used can be any MOF solid carrying azide groups (-N 3 ) on its external surface or in its pores, whatever its method of production.
  • Such solids, as well as methods for their synthesis, are described for example in the following patent documents: FR2958945, WO 201 1/48283 (FR2951723), WO 201 1/48280 (FR2951725), WO 201 1/33185 (FR2950347) and WO 201 1/48282 (FR2951724).
  • the MOF solid according to the invention may comprise di-, tri- or tetravalent metal atoms.
  • the metal atoms can have an octahedral, pentahedral, tetrahedral geometry, or even be in higher coordination in the structure of the material.
  • it may be a metal ion based MOF selected from the group consisting of Fe 2+ , Fe 3+ , Zn 2+ , Zr 4+ , Ti 4+ , Ca 2+ , Mg 2+ , ln 3+ , Cr 3+ and Al 3+ ; preferably Fe 2+ , Fe 3+ , Zn 2+ , Zr 4+ , In 3+ and Al 3+ , more preferably In 3+ , Zr 4+ , and Al 3+ .
  • a metal ion based MOF selected from the group consisting of Fe 2+ , Fe 3+ , Zn 2+ , Zr 4+ , Ti 4+ , Ca 2+ , Mg 2+ , ln 3+ , Cr 3+ and Al 3+ ; preferably Fe 2+ , Fe 3+ , Zn 2+ , Zr 4+ , In 3+ and Al 3+ , more preferably In 3+ , Zr 4+ , and Al 3+ .
  • the ligand may be an MOF of which at least one ligand comprises an aromatic group carrying an azide (N 3 ) function.
  • it may be an aromatic di-, tri-, tetra- or hexa-carboxylate ligand carrying an azide function (N 3 ).
  • the ligand may be selected from the group consisting of:
  • each occurrence of t is independently an integer of 1 to 4 depending on the valence of the aromatic radical
  • each occurrence of R L3 independently represents H, halogen (preferably F, Cl or Br), OH, N 3 , NH 2 , NO 2 or C 1 -C 6 alkyl (from preferably methyl or ethyl); provided that at least one occurrence of R L3 is N 3 .
  • the MOF solid contains at least one azoture terephthalate ligand of the following formula:
  • t represents an integer of 1 to 4, preferably 1.
  • the MOF solid contains at least one azide-biphenyl-dicarboxylate ligand of the following formula:
  • the MOF solid may contain at least one azide-biphenyl-dicarboxylate ligand of the following formula:
  • coordination or “coordination number” is meant the number of bonds for which the two electrons shared in the bond originate from the same atom.
  • the electron donor atom acquires a positive charge while the electron acceptor atom acquires a negative charge.
  • the MOF solid according to the invention can be in various forms or "phases" taking into account the various possibilities of organization and connections of the ligands to the metal or metal group.
  • phase means a hybrid composition comprising at least one metal and at least one organic ligand having a defined crystalline structure.
  • the ligand L of the unit of formula (I) MOF solids of the present invention may be a ligand carrying several complexing functions including carboxylates, phosphonates, sulfonate, imidazolates, preferably the carboxylate group is a di-, tri-, tetra- or hexa-carboxylate.
  • solid in the sense of the present invention any type of crystalline material.
  • Said solid may for example be in the form of crystals, powder, particles of various shapes, for example spherical, cubic, parallelepipedic, rhombohedral, lamellar, etc.
  • the particles may be in the form of nanoparticles.
  • nanoparticle is meant a particle of size less than 1 ⁇ .
  • the nanoparticles of MOF solid according to the invention may have a diameter of less than 1000 nanometers, preferably less than 500 nm, more preferably less than 250 nm, more particularly less than 100 nm.
  • substituted denotes the replacement of a hydrogen radical in a given structure with the radical of a substituent. specified.
  • substituted refers for example to the replacement of a hydrogen radical in a given structure by a radical designated "substituent". When more than one position may be substituted, the substituents may be the same or different at each position.
  • ligand in the sense of the present invention, a ligand (including for example the neutral species and ions) coordinated to at least two metal sites of the MOF, participating in the distance between these metal sites and the formation of empty spaces or pores.
  • the ligand can comprise several complexing functions comprising carboxylates, phosphonates, sulphonates, imidazolates, preferably from 2 to 6 functional groups which can be mono, bi tri or tetradentates, that is to say comprise 1, 2, 3 or 4 points. attachment to the metal site.
  • alkyl means a linear, branched or cyclic, saturated or unsaturated, optionally substituted carbon radical comprising 1 to 25 carbon atoms, for example 1 to 10 carbon atoms, for example 1 to 10 carbon atoms. 8 carbon atoms, for example 1 to 6 carbon atoms.
  • the MOF used in the context of the present invention may be obtained by any method known to those skilled in the art.
  • the MOF can be obtained according to one of the following three strategies:
  • process A) Process for the preparation by self-assembly of hybrid porous solid type MOF from at least one ligand carrying an azide group (-N 3 ) -B) Process for the post-synthetic chemical transformation of the NH 2 functions of a solid porous hybrid type MOF-NH 2 in azide group (-N 3 ) - C) Process for post-synthetic functionalization of hybrid porous solid type MOF with an azide group (-N 3 ) by ligand exchange.
  • process A) may be carried out according to any known method for preparing MOF in which at least one azide terephthalate ligand of formula:
  • t represents an integer of 1 to 4, preferably 1; is used in the self-assembly process.
  • the process A) can be carried out according to any known method for preparing MOF in which at least one azide-biphenyl-dicarboxylate ligand of formula:
  • t1 and t2 independently represent an integer from 0 to 4 with the proviso that t1 and t2 are not both 0, preferably t1 and / or t2 is 1, more preferably t1 or t2 is 1; is used in the self-assembly process, including the following ligand
  • the process B) can be carried out according to the method described in the patent documents WO 201 1/48283 (FR2951723) [6] and the patent application FR2958945 [5] from any MOF carrying, on at least its ligands, NH 2 groups capable of being chemically transformed into N 3 group.
  • MOFs may be the following MOFs: AI / Cr / Fe-MIL-101-NH2, In / AI-MIL-68-NH2, AI / Fe-MIL-53-NH2, DMOF-1-NH2, CAU-1, CAU-10-NH 2 , Zr-UiO-66-NH 2, or UMCM-1-NH 2 .
  • MOF is reacted with trimethylsilyl azide and tert-butyl nitrite in a suitable polar solvent (eg, tetrahydrofuran).
  • a suitable polar solvent eg, tetrahydrofuran
  • the reaction can be carried out at room temperature for 12 hours.
  • the isolated solid after filtration is then washed with a suitable solvent or solvent mixture (for example it may be the synthetic solvent (eg tetrahydrofuran) and then dichloromethane) and dried under primary vacuum at room temperature.
  • a suitable solvent or solvent mixture for example it may be the synthetic solvent (eg tetrahydrofuran) and then dichloromethane
  • AI / Cr / Fe-MIL-101-NH 2 Fe 3 OX [C 6 H 3 (CO 2 ) 2 -NH 2 ] 3 , Al 3 OX [C 6 H 3 (CO 2 ) 2 -NH 2 ] 3, Cr 3 OX [ C 6 H 3 (CO 2 ) 2 -NH 2 ] 3, wherein X represents F, Cl or OH
  • DMOF-1 -NH2 Zn 2 (C 6 H 12 N 2 ) [C 6 H 3 (C0 2 ) 2 -NH 2 ] 2
  • UO-66-NH2 Zr 6 O 4 (OH) 4 [C 6 H 3 (CO 2 ) 2 -NH 2 ] 6
  • MOF Metal Organic Framework
  • CAU is an abbreviation of the term “Christian Albrechts University” (Christian Albrechts University)
  • Process C) can be carried out according to the method published by Kim et al. in Chemical Science 2012, 3, 126 [21] according to which an MOF of which at least one of the ligands is a terephthalate, preferably ln-MIL-68 or Zr-UiO-66 or AI-MIL-53 or AI-MIL-101 , is reacted with 2-azide terephthalic acid in a polar solvent such as dimethylformamide, an alcohol or water at a suitable temperature (generally room temperature) for a suitable period of time to effect the reaction (e.g. 5 days).
  • a suitable temperature generally room temperature
  • the isolated solid after filtration can then be washed with a solvent, or mixture of solvents, suitable (for example the synthesis solvent, then dichloromethane) and dried under primary vacuum at room temperature.
  • MOF materials may preferably be carried out in the presence of energy which may be provided, for example, by heating, for example hydrothermal or solvothermal conditions, but also by microwaves, ultrasonics, grinding, a process involving a supercritical fluid, etc.
  • energy which may be provided, for example, by heating, for example hydrothermal or solvothermal conditions, but also by microwaves, ultrasonics, grinding, a process involving a supercritical fluid, etc.
  • the corresponding protocols are those known to those skilled in the art. Nonlimiting examples of protocols that can be used for hydrothermal or solvothermal conditions are described, for example, in international applications WO 2009/077670 and WO 2009/077671, and in the references cited therein for this purpose. [11, 12]
  • the hydrothermal or solvothermal conditions whose reaction temperatures can vary between 0 and 220 ° C, are generally carried out in glass (or plastic) containers when the temperature is below the boiling point of the solvent.
  • Teflon bodies inserted in metal bombs are used.
  • the solvents used are generally polar.
  • the following solvents may be used: water, alcohols, dimethylformamide, dimethylsulfoxide, acetonitrile, tetrahydrofuran, diethylformamide, chloroform, cyclohexane, acetone, cyanobenzene, dichloromethane, nitrobenzene, ethylene glycol, dimethylacetamide or mixtures of these solvents.
  • One or more co-solvents may also be added at any stage of the synthesis for better solubilization of the compounds of the mixture.
  • These may include monocarboxylic acids, such as acetic acid, formic acid, benzoic acid, and the like.
  • the co-solvent is a monocarboxylic acid
  • the latter in addition to a solubilizing effect, also makes it possible to stop the crystalline growth of the MOF solid.
  • the carboxylic function coordinates with the metal ion of the MOF, which will not be able to bind to another metal atom for lack of the presence of a second -COOH function on the co-solvent molecule.
  • the growth of the crystal lattice is slowed down and stopped.
  • a monocarboxylic co-solvent such as acetic acid, formic acid, benzoic acid, etc., thus makes it possible to reduce the size of the MOF solid particles obtained.
  • the use of a monocarboxylic co-solvent can therefore promote the production of nanoparticles (particles of size ⁇ 1 ⁇ ).
  • the MOF-N 3 used in the context of the present invention may be chosen from among the MOFs AI / Cr / Fe-MIL-101 -N 3 , In / AI-MIL-68-N 3 , Al / Fe-MIL -53-N 3 , DMOF-1-N 3 , CAU-1-N 3 , CAU-10-N 3 , Zr-UiO-66-N 3 , or UMCM-1-N 3 ; advantageously the MOFs 1n-MIL-68-N 3 , Zr-UiO-66-N 3 or AI-MIL-101 -N 3 ; preferably Al-IL-101 -N 3 .
  • the method according to the invention makes it possible to measure / quantify H 2 S concentrations in vitro in a range that is appropriate for pathological / physiological diagnostics.
  • the traces of H 2 S present in the sample analyzed are between 0.01 ⁇ and 1000 ⁇ , preferably 2 to 400 ⁇ .
  • any laser source or LED capable of irradiating between 300-400 nm may be used in step b) or b1).
  • the laser used in step b) or b1) may be a pulsed or continuous laser.
  • it may be a femtosecond pulsed laser with ytterbium, such as the Mikan model (Amplitude Systems), emitting the excitation wavelength of 343 nm at the average power of the order of 3 mW, with an excitation time ⁇ 250 fs and a repetition frequency of 54 MHz.
  • a continuous UV laser with a power of about 100W can be used.
  • the photoluminescence signal emitted by the irradiated MOF solid may advantageously be detected at 500-600 nm, advantageously with a maximum peak located around 560-580 nm.
  • the photoluminescence measuring step c) or c1) can be carried out at a suitable temperature, for example at room temperature.
  • the detection of the photoluminescence signal can be done using a conventional camera (CCD camera) in the form of imagery.
  • CCD camera a conventional camera
  • the spectral decomposition of the photoluminescence signal can be performed with a spectrometer (eg Horiba JobinYvon iHR-320) and can be detected by a CCD camera (eg Horiba Symphony 1024x256) cooled under nitrogen.
  • a spectrometer eg Horiba JobinYvon iHR-320
  • CCD camera eg Horiba Symphony 1024x256
  • the measurement of the photoluminescence signal can be performed by integrating the signal detected by the usual methods.
  • the collected raw photoluminescence spectrum is typically corrected by an optical transfer function characteristic of the installation. This method is known to those skilled in the art.
  • the integral photoluminescence signal is given by the value of the area under the photoluminescence spectrum collected between 500 and 600 nm.
  • the excitation by a laser allows a stronger signal intensity and a gain in sensitivity.
  • the excitation at 300-400 nm (advantageously 320-360 nm, preferably 330-350 nm, preferably 335-355 nm, preferably 340-345 nm, more preferably 343 nm) allows the detection at 500-600 nm of a maximum peak (located around 560-580 nm) characteristic for low concentrations, relevant for physiological endogenous H 2 S concentrations (healthy subject) and pathological (subject suffering from Alzheimer type disease ) which are in the range of nanomolar to 100 micromolar
  • irradiation using a UV or LED laser suppresses the maximum photoluminescence at 400-500 nm typically obtained with a conventional UV lamp for concentrations> 400 micromolar and shows a new maximum at 500-600 nm for concentrations ⁇ 400 micromolar.
  • This peak at 500-600 nm is characteristic of another type of electronic transition within the ligand of MOF-N 3 and allows calibration for concentrations of 2 to 400 micromolar, and therefore a measurement / determination of H 2 concentration. S ⁇ 100 micromolar.
  • the electron transition observed with the peak at 500-600 nm is not visible with a conventional UV lamp.
  • the two-dimensional support used in step b) or b1) can be any stable support for laser and LED irradiations, in particular in the 300-400 nm range.
  • it may be a silicon support.
  • quantum dots may optionally be deposited on the two-dimensional support used in step b) or b1).
  • Quantum dots have the Characteristically, by adjusting the size and chemistry of the quantum dots, the optical properties of the material, such as light absorption or light emission, can be matched to the desired characteristics.
  • the use of quantum dots can increase the intensity of the MOF photoluminescence signal due to larger quantum dots absorption coefficients than MOFs and the transfer of excitatory energy to the luminescent site. MOFs. This can be particularly advantageous in the case where the light source used is an LED, which is of lower power than a laser (pulsed or continuous).
  • the quantum dots may be metallic and / or semiconducting nanoparticles.
  • the two-dimensional support used in step b) or b1 may for example be a silicon support, on which metallic and / or semiconducting nanoparticles are optionally deposited.
  • SiC nanoparticles which are chemically, thermally and mechanically stable.
  • the use of silicon nanoparticles (quantum dots) for photoluminescence imaging is known, and this technology can be adapted / applied in the context of the present invention.
  • the SiC nanoparticles may be obtained by a method of etching an SiC substrate, the etching being obtained by electrochemical etching of the SiC substrate, advantageously a solid SiC substrate.
  • Solid SiC substrate means any chemical compound consisting of silicon (Si) and carbon (C) atoms chemically bonded to one another and at least one of which is linear in size (height, width, length, diameter, etc.). is greater than 1 mm SiC nanoparticles can be obtained by a process of laser ablating an SiC substrate through a volume of water or another solvent, and the SiC nanoparticles can be deposited on the SiC nanoparticle.
  • two-dimensional support according to the present invention by any known method for doing this. It may be for example dip coating.
  • Metal particles can also be used as quantum dot. It may be, for example, particles of silver and / or gold.
  • the metal particles may be deposited on the two-dimensional support according to the present invention, by any known method to do this. It may be, for example, an electrodeposit, chemical deposition such as "electroless deposition" in English or dip-coating.
  • the two-dimensional support used in step b) or b1) is coated with a thin layer of the MOF obtained at the end of step a) or a1), respectively (that is to say after reaction azide groups present on the MOF with the H 2 S present in the sample to be analyzed (optionally in the form of S 2 " ))
  • the MOF solid can be isolated by centrifugation and dried under primary vacuum at room temperature This solid can then be spread as a thin layer on the two-dimensional support (for example a silicon support), which can be placed in the optical photoluminescence measuring system for the implementation. step b or b1).
  • the transparent-walled container used in step b) or b1) may be a parallelepipedic or cylindrical quartz cuvette conventionally used in UV spectrometry.
  • the present invention also relates to a device for detecting and measuring traces of H 2 S in a liquid sample, allowing the implementation of the method according to the invention, in all the variants described above.
  • the device can comprise:
  • a receptacle adapted to receive a two-dimensional support coated with a thin layer of a porous hybrid hybrid type MOF ("Metal Organic Framework") having -N 3 groups on its outer surface or in its pores; or a transparent-walled container containing a liquid medium in which a porous hybrid solid of the MOF (“Metal Organic Framework”) type having -N 3 groups at its outer surface or in its pores is suspended;
  • a light source selected from a laser or LED, preferably a pulsed laser, allowing irradiation at 300-400 nm, preferably 343 nm; and
  • a detector adapted to the detection of a photoluminescence signal at 500-600 nm.
  • the laser or LED light source may allow irradiation at 300-400 nm, advantageously 320-360 nm, preferably 330-350 nm, preferably 335-355 nm, preferably 340-345 nm, more preferably 343 nm. .
  • the device can be of small size, so that it is suitable for use in "portable” mode.
  • the device is advantageously adapted for carrying out simple tests (such as a blood or urine test) on the treatment site of a patient (at the bedside, for example) to determine easily and quickly the content of H 2 S in a patient sampling sample ("point-of-care testing" (POCT) or "bed-side testing”).
  • POCT point-of-care testing
  • the present invention also relates to the use of a laser or LED for the detection or measurement of H 2 S concentrations in a liquid sample between 0.01 ⁇ and 1000 ⁇ , preferably 2 to 400 ⁇ .
  • the present invention also relates to the use of a porous hybrid solid of the MOF ("Metal Organic Framework") type having -N 3 groups on its external surface or in its pores, for the detection or measurement of H concentrations.
  • 2 S in a liquid sample between 0.01 ⁇ and 1000 ⁇ , preferably 2 to 400 ⁇ .
  • the liquid sample may be a biological sample, or may come from a biological sample, and the concentration of H 2 S is indicative of a disease, which may be cancer, diabetes, Down syndrome (trisomy 21), Alzheimer's disease or cardiovascular diseases such as hypertension.
  • a disease which may be cancer, diabetes, Down syndrome (trisomy 21), Alzheimer's disease or cardiovascular diseases such as hypertension.
  • the present invention offers many advantages, including:
  • the MOF-N3 solid does not present any problems of toxicity, and thus allows the implementation of the present invention for the diagnosis of human or animal subjects
  • FIG. 1 Examples of MOF-N3 may be used in the method and the device according to the invention.
  • Figure 3 Photoluminescence measurement with a continuous Xe lamp of MOF AI-MIL-101 -N3 exposed to high concentrations of Na 2 S (see Comparative Example 3).
  • Figure 4 Photoluminescence measurement with a laser AI-MIL-101 -N3 exposed to low concentrations of Na 2 S, according to the method of the invention (see Example 4).
  • Figure 5 Example of photoluminescence spectrum harvested for the MOF In-MIL-68-N3 according to the method of the invention.
  • FIG. 6 Examples of photoluminescence spectra harvested for Zr-UiO-66-N3 MOF according to the method of the invention.
  • Figure 7 Diagram of an example of optical assembly that can be used to implement the method according to the invention 1. source, 2. monochromator, 3. collimator, 4. mirror, 5. sample holder, 6. collector with parabolic mirror, 7. optical fiber, 8. spectrometer / CCD sensor, 9. computer signal processing.
  • the monochromator 2 is not necessary when one excites with a laser; this one is used when the excitation is done with a lamp emitting the white light.
  • the protocol below is generalizable to any type of MOF solid having -N 3 groups on its outer surface or in its pores.
  • MOF-N 3 10 mg is suspended in 0.8 ml of a liquid sample to be analyzed. After 2 minutes of reaction, the solid is isolated by centrifugation, washed with the solvent of the analyte and then with chloromethane, and dried under primary vacuum at room temperature. This dry solid is then spread in the form of a thin layer of about 1 cm 2 of thickness between 0.1 and 0.5 mm on a silicon support of 1 ⁇ 10 cm (Neyco) and placed in the optical system. photoluminescence measurement shown in FIG. 7. The thin layer of MOF is irradiated with a laser at an excitation wavelength of 343 nm (in this case the elements 2 and 3 can be omitted in FIG.
  • Photoluminescence measurements are carried out at room temperature under laser irradiation.
  • the laser used is a femtosecond pulsed laser with ytterbium (Mikan model, Amplitude Systems). Its average power is 3 mW, at the excitation wavelength of 343 nm, the irradiation time is ⁇ 250 fs with a repetition frequency of 54 MHz.
  • the spectral decomposition of the photoluminescence signal was carried out with a spectrometer (Horiba JobinYvon iHR-320) and is detected by a CCD camera (Horiba Symphony 1024x256) cooled under nitrogen.
  • the collected raw photoluminescence spectrum is corrected by an optical transfer function characteristic of the installation.
  • the transfer function is obtained by dividing the signal measured by the detector from a source of white light by the theoretical spectrum of this source.
  • Example 1 The protocol of Example 1 is used. Briefly, 10 mg of MOF AI-MIL-101 -N 3 is suspended in 0.8 mL of a dimethylsulfoxide solution containing a known concentration of Na 2 S of 2 nM and 100 ⁇ (four calibration points at following concentrations: 2 ⁇ , 26 ⁇ , 100 ⁇ and 420 ⁇ ). This dry solid is then spread in the form of a thin layer on a silicon support and placed in the optical photoluminescence measuring system illustrated in FIG. 7 according to the protocol described in Example 1.
  • the calibration curve is drawn from the integral intensity of the collected photoluminescence spectrum (value of the area under the spectrum between 500 and 600 nm, calculated using the standard option proposed by the Origin software, for example.
  • Figure 2 We observe the calibration curve illustrating the function that links the integral intensity of the photoluminescence of MOF and the concentration of [Na 2 S].
  • Example 3 Comparative Example Photoluminescence measurement with a UV-exciting lamp of MOF AI-MIL-101-N3 exposed to strong
  • MOF AI-MIL-101 -N 3 10 mg is suspended in 0.8 ml of a dimethylsulfoxide solution containing a known concentration of Na 2 S in the range of 120 mM to 4 mM (following concentrations: 169 ⁇ , 6 , 47 mM, 37.69 mM, 47.81 mM, 56.25 mM).
  • This solid isolated by filtration and dried, is then spread as a thin layer on a silicon support and placed in an optical photoluminescence measuring system with a continuous Xe lamp, with an electric power of 450W and offering a range of wave ranging from 200 to 1000 nm.
  • the thin layer of MOF was irradiated, and the photoluminescence measurements were performed at room temperature using UV lamp excitation at 334 nm and emission measurement at 436 nm ( Figure 3).
  • Example 1 The protocol of Example 1 is used, with the following concentrations of
  • the peak at 500-600 nm is characteristic of another type of electronic transition within the MOF ligand AI-MIL-101 -N 3 and allows calibration for concentrations of 2 to 400 micromolar (Figure 4).
  • Example 6 Photoluminescence Measurement with a MOF Zr-UiO-66-N3 Laser
  • Example 1 The protocol of Example 1 is used, with 10 mg of MOF Zr-UiO-66-N3 and a concentration of [Na2S] of 0 ⁇ and 100 ⁇ ( Figure 6).

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)
  • Measuring Or Testing Involving Enzymes Or Micro-Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analysing Biological Materials (AREA)

Abstract

La présente invention se rapporte notamment à un procédé de détection et de mesure de traces d'H2S dans un échantillon liquide, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: a) mettre en contact un échantillon liquide à analyser avec un solide hybride poreux de type MOF (« Metal Organic Framework ») présentant des groupes –N3 à sa surface externe ou dans ses pores; b) soumettre le solide hybride poreux de type MOF à une irradiation laser ou LED de longueur d'onde 300-400 nm, de préférence 343 nm; le solide poreux hybride de type MOF étant préalablement isolé de l'échantillon liquide et disposé sur un support bidimensionnel, ou étant en suspension dans l'échantillon liquide à l'intérieur d'un récipient à parois transparentes aux ultraviolets adapté à contenir des liquides; c) mesurer l'intensité du signal de photoluminescence émis par le solide disposé sur le support ou dans le récipient dans la zone spectrale 500-600 nm; et d) déterminer la concentration de H2S présent dans l'échantillon à partir du signal de photoluminescence ainsi mesuré en utilisant une courbe de calibration préalablement établie. La présente invention se rapporte également à un dispositif de détection et de mesure de traces d'H2S dans un échantillon liquide, permettant la mise en œuvre dudit procédé. La présente invention concerne aussi l'utilisation d'un laser ou LED pour la détection ou la mesure de traces d'H2S dans un échantillon liquide, ainsi que l'utilisation d'un solide hybride poreux de type MOF (« Metal Organic Framework ») présentant des groupes –N3 à sa surface externe ou dans ses pores, dans ce même but.

Description

MÉTHODE DE DÉTECTION IN VITRO DE H2S À PARTIR DE MOF
LUMINESCENT
PRIORITÉ
La présente demande de brevet revendique la priorité de la demande de brevet français provisoire n ° 15/52431 déposée le 24 mars 2015 et de la demande de brevet français n ° 15/52769 déposée le 31 mars 201 le contenu desquelles est incorporé dans son intégralité par référence dans la présente.
DESCRIPTION
Domaine technique
La présente invention se rapporte notamment à un procédé de détection et de mesure de traces d'H2S dans un échantillon liquide.
La présente invention se rapporte également à un dispositif de détection et de mesure de traces d'H2S dans un échantillon liquide, permettant la mise en œuvre dudit procédé.
La présente invention concerne aussi l'utilisation d'un laser ou LED pour la détection ou la mesure de traces d'H2S dans un échantillon liquide, ainsi que l'utilisation d'un solide hybride poreux de type MOF («Métal Organic Framework») présentant des groupes -N3 à sa surface externe ou dans ses pores dans ce même but.
Dans la description ci-dessous, les références entre crochets [ ] renvoient à la liste des références présentée à la fin du texte.
État de la technique
Quatre principales maladies non transmissibles « MNT » (maladies cardio- vasculaires, le cancer, les maladies respiratoires chroniques et le diabète) sont responsables de 82% des décès dues aux MNT dans le monde, ce qui représente 31 millions de décès par an. A titre d'exemple, les maladies cardiovasculaires étaient la principale cause de décès des MNT en 2012 et étaient responsables de 17,5 millions de décès, soit 46% des décès attribués aux MNT. Par ailleurs, près de 36 millions de personnes sont atteintes de la maladie d'Alzheimer ou une affection connexe dans le monde, mais seulement une personne sur quatre a été diagnostiquée.
Le H2S endogène a récemment été révélé comme biomarqueur dans un certain nombre de maladies, y compris la maladie d'Alzheimer, le cancer, le syndrome de Down, le diabète, la bronchopneumopathie obstructive chronique (« chronic obstructive pulmonary disease » ou « COPD » en anglais) ou les maladies cardiovasculaires. Sa concentration physiologique, c'est-à-dire chez un individu sain, n'est que de quelques nanomoles (nmol) par litre de sang. Toutefois, pour certaines maladies (par exemple, Alzheimer, cancer, hypertension..), la concentration de H2S augmente dans le sang ou des organes cibles avant l'apparition des symptômes de la maladie. Typiquement, la concentration augmente de quelques nmol/L à quelques μηιοΙ/L et dans un sujet malade, la concentration en H2S peut varier du nanomolaire à 100 μηιοΙ/L.
La détection précoce d'une augmentation ou diminution soudaine de la concentration de H2S dans le sang permettrait le diagnostique précoce d'un risque de développer ces maladies. Or, les techniques existantes de mesure de concentration de H2S ne sont pas adaptées. Par exemple, les outils/techniques de mesure de H2S dans l'air ne permettent pas de mesurer la teneur en H2S dans des échantillons liquides, comme les liquides physiologiques (sang, sérum, ...) en raison de leur possible instabilité et des interactions possibles avec d'autres composants des fluides en question (p. ex. eau, autres produits soufrés, phosphates, etc.). Pour ce qui concerne le H2S en solution, les dispositifs d'analyse R&D actuels sont basés sur la réponse spectrale UV-Vis d'une molécule ou d'un matériau photoluminescent exposé à H2S et soumis à irradiation sous lampe UV, et sont eux aussi insuffisants et inadaptés pour la résolution du problème technique posé. Par exemple, des composés polyaromatiques - en particulier des chromophores organiques structurellement sophistiqués - portant des fonctions azotures ont été développés pour la détection de H2S en solution.
[1 ], [2] Cependant, cette approche souffre de sévères limitations techniques parmi lesquelles on compte : - Au contact de l'échantillon liquide aqueux, les molécules ne sont pas solubles, entraînant des difficultés techniques de manipulation et de mesure;
La majorité des composés reportés visent/concernent une application in vivo en imagerie médicale, entraînant des considérations de toxicité et d'applicabilité à l'humain.
Une autre méthode repose sur la détection de H2S à l'aide d'un matériau nanoporeux fonctionnalisé avec des azotures, mais là encore la technique n'est pas adaptée au problème soulevé car sa limite de détection (> 100 μΜ) est bien au-delà des concentrations pertinentes de H2S physiologique/pathologique. [3] En effet, les concentrations en H2S endogène physiologiques (sujet sain) et pathologiques (sujet atteint de maladie type Alzheimer) se situent sous le seuil de 100 μηιοΙ/L (de l'ordre du nanomolaire à 100 micromolaire). [4]
Ainsi, il n'existe pas à ce jour de méthode ni dispositif médical portable de test (« point-of-care testing » ( POCT) ou « bed-side testing » en anglais) sur le marché pour mesurer la concentration de H2S dans le sang ou autre fluide biologique, et permettre de réaliser de simples tests (comme un test sanguin ou d'urine (« urine strip test » en anglais)) sur le site de traitement d'un patient (au chevet de son lit par exemple) pour déterminer facilement et rapidement la teneur en H2S dans un échantillon de prélèvement du patient.
Il existe donc un réel besoin de disposer de procédés et dispositifs améliorés permettant la détection et mesure de traces d'H2S dans un échantillon liquide, en particulier des échantillons de source biologique, notamment à des fins de diagnostic.
EXPOSÉ DE L'INVENTION
La présente invention a précisément pour but de répondre à ces besoins et inconvénients de l'art antérieur en fournissant un procédé de détection et de mesure de traces d'H2S dans un échantillon liquide, ledit procédé comprenant les étapes suivantes: a) mettre en contact un échantillon liquide à analyser avec un solide hybride poreux de type MOF (« Métal Organic Framework ») présentant des groupes -N3 à sa surface externe ou dans ses pores ;
b) soumettre le solide hybride poreux de type MOF à une irradiation laser ou LED de longueur d'onde 300-400 nm, de préférence 343 nm ; le solide poreux hybride de type MOF étant préalablement isolé de l'échantillon liquide et disposé sur un support bidimensionnel, ou étant en suspension dans l'échantillon liquide à l'intérieur d'un récipient à parois transparentes aux ultraviolets adapté à contenir des liquides ;
c) mesurer l'intensité du signal de photoluminescence émis par le solide disposé sur le support ou dans le récipient dans la zone spectrale 500-600 nm; et
d) déterminer la concentration de H2S présent dans l'échantillon à partir du signal de photoluminescence ainsi mesuré en utilisant une courbe de calibration préalablement établie.
Avantageusement, dans l'étape b), le solide hybride poreux de type MOF peut être soumis à une irradiation laser ou LED de longueur d'onde 300-400 nm, avantageusement 320-360 nm, de préférence 330-350 nm, de préférence 335- 355 nm, de préférence 340-345 nm, de manière préférée 343 nm.
Dans la présente, l'expression « solide hybride poreux de type MOF » pourra être utilisée de manière interchangeable avec l'abréviation « MOF » ou « solide MOF ».
Par « traces d'H2S », on entend une concentration [H2S]<100 μηιοΙ/L, de préférence entre 1 nmol/L et 100 μηιοΙ/L.
Le principe de base repose sur le fait que le MOF fonctionnalisé avec des azotures MOF-N3 n'a pas de signal de luminescence exploitable à une longueur d'onde donnée (longueur d'onde de détection). Celui-ci réagit avec le H2S présent dans l'échantillon liquide à analyser pour donner un MOF contenant à la fois des groupes -N3 et -NH2 (le solide MOF étant avantageusement utilisé en excès par rapport à la faible teneur en H2S à mesurer). Avantageusement, la quantité de groupes -NH2 à la surface et dans les pores du MOF, après la mise en contact avec l'échantillon liquide, correspond de façon stœchiométrique à la quantité de H2S présente dans l'échantillon liquide. Le MOF-NH2 présente un signal de luminescence à une longueur d'onde de détection déterminée. L'intensité de ce signal augmente avec la croissance de la quantité de -NH2 présente à la surface et dans les pores du MOF, et permet donc de quantifier les traces de H2S présentes dans un échantillon liquide.
La présente invention pose ainsi le principe de l'utilisation d'un solide MOF (« Metal-Organic Framework ») fonctionnalisé (-N3), en combinaison avec une source lumineuse adéquate, qui "répond" à la concentration de H2S (capteur) dans un échantillon liquide donné par une émission d'une onde spécifique sous irradiation UV (en l'occurrence photoluminescence).
Avantageusement, l'étape a) de mise en contact est réalisée pendant un temps suffisant pour permettre la réaction des traces d'H2S présentes dans l'échantillon liquide avec les groupes -N3 du solide MOF conduisant à la formation de fonctions -NH2. Le temps de réaction nécessaire pour cette transformation chimique est faible, de l'ordre de la minute. Ainsi, l'étape a) de mise en contact peut être réalisée pendant 1 à 10 minutes, 1 à 5 minutes, de préférence 2 minutes.
Avantageusement, la courbe de calibration utilisée à l'étape d) peut être établie selon un procédé comprenant les étapes suivantes :
a1 ) mettre en contact un échantillon liquide contenant une concentration donnée de S2", avec une quantité M de solide hybride poreux de type MOF (« Métal Organic Framework ») présentant des groupes -N3 à sa surface externe ou dans ses pores ;
b1 ) soumettre le solide poreux hybride de type MOF à une irradiation laser de longueur d'onde de 300-400 nm, de préférence 343 nm; le solide poreux hybride de type MOF étant préalablement isolé de l'échantillon liquide et disposé sur un support bidimensionnel, ou étant en suspension dans l'échantillon liquide à l'intérieur d'un récipient à parois transparentes aux ultraviolets adapté à contenir des liquides ;
c1 ) mesurer l'intensité du signal de photoluminescence émis dans la zone spectrale 500-600 nm;
d1 ) répéter les étapes a1 ) à c1 ) avec une série d'au moins 4
concentrations [S2 ] différentes comprises entre 0.01 μΜ et 1000 μΜ, de préférence 2 à 400 μΜ ;
e1 ) dresser la courbe de calibration à partir des valeurs de l'intensité intégrale correspondant à l'aire sous le spectre de photoluminescence mesuré entre 500 et 600 nm, en faisant apparaître en abscisse la concentration en Na2S et en ordonnée la valeur de l'intensité intégrale de photoluminescence.
Avantageusement, dans l'étape b1 ), le solide hybride poreux de type MOF peut être soumis à une irradiation laser ou LED de longueur d'onde 300-400 nm, avantageusement 320-360 nm, de préférence 330-350 nm, de préférence 335- 355 nm, de préférence 340-345 nm, de manière préférée 343 nm.
Avantageusement, la quantité M de MOF est suffisante pour permettre d'établir une courbe de calibration pour le MOF donné. Le MOF pourra être utilisé en excès par rapport au niveau de concentration de H2S escompté dans l'échantillon liquide à analyser. Par exemple, s'il s'agit d'un échantillon provenant d'une source biologique (ordre de concentration escompté ~ 1 nanomolaire à 100 micromolaire) la quantité de MOF-N3 utilisée sera telle que les fonctions N3 seront en excès par rapport au H2S contenu dans l'échantillon à analyser, pour assurer la réaction complète du H2S présent (éventuellement sous forme de S2") avec les fonctions azoture présentes sur le MOF. Par exemple, une quantité de 0.1 à 50 mg de MOF-N3 pourra être utilisée pour 0.1 à 10 mL d'échantillon liquide, par exemple de 1 à 15 mg de MOF-N3 pourra être utilisée pour 0.5 à 2 mL d'échantillon liquide, voire 10 mg de MOF-N3 pourra être utilisé pour 0.8 mL d'échantillon liquide. Avantageusement, la même quantité de MOF-N3 pourra être utilisée pour chaque point de calibration utilisé pour établir la courbe de calibration.
Avantageusement, l'étape a1 ) de mise en contact est réalisée pendant un temps suffisant pour permettre la réaction des ions S2" présents dans l'échantillon liquide avec les groupes -N3 du solide MOF conduisant à la formation de fonctions -NH2. Le temps de réaction nécessaire pour cette transformation chimique est faible, de l'ordre de la minute. Ainsi, l'étape a) de mise en contact peut être réalisée pendant 1 à 10 minutes, 1 à 5 minutes, de préférence 2 minutes.
Avantageusement, les ions S2" présents dans l'échantillon liquide à analyser peuvent provenir de Na2S ou H2S. En effet, le sulfure d'hydrogène (H2S) étant un gaz dissout, sa manipulation dans des solvants organiques ou aqueux à température et pression standards, en particulier son prélèvement à l'aide d'une seringue dans une solution mère concentrée commerciale ou préparée après saturation du solvant avec H2S gazeux au-delà de 0,1 mole par litre, cause une diminution de sa concentration en solution par sa vaporisation.
Pour circonvenir à ce problème, le sulfure de sodium (Na2S) peut être utilisé en remplacement du sulfure d'hydrogène. Le Na2S est un solide plus facilement manipulable et la préparation de solutions à faible concentration se fait par simple pesée du solide puis par simple dilution d'une solution mère concentrée. Cette technique facilite l'établissement de courbes de calibrations permettant la mise en œuvre de la présente invention.
Avantageusement, la courbe de calibration pourra être établie avec un nombre de points de calibration suffisant pour établir une calibration fiable. Un minimum de quatre points de calibration pourra être avantageusement utilisé, voire, 5, 6, 7, 8, 9, 10, voire plus. Chaque point de calibration est associé à une concentration particulière [S2 ]. Pour une meilleure fiabilité, chaque point de calibration pourra être établi à partir de plusieurs points de mesure de la même concentration [S2], par exemple 2, 3, 4 ou plus points de mesure. Chaque point de calibration pourra être la moyenne des points mesures pour chaque concentration [S2 ] particulière. De la même manière, pour une meilleure fiabilité, avantageusement la courbe de calibration pourra être dressée à partir d'une série de concentrations [S2 ] (au moins quatre différentes), espacées sur un domaine de concentration [S2] couvrant 0.01 μΜ à 1000 μΜ, voire 0.01 μΜ à 400 μΜ, plus avantageusement 0.01 μΜ à 300 μΜ, plus avantageusement 0.01 μΜ à 200 μΜ, encore plus avantageusement 0.01 μΜ à 100 μΜ.
Avantageusement, l'échantillon liquide des étapes a) et a1 ) (contenant H2S dissout ou dans lequel Na2S a été mis en solution) peut être une solution composée d'un solvant polaire tel que le diméthyle sulfoxide, diméthyle formamide, un alcool, de l'eau ou d'un mélange d'au moins deux d'entre eux en toutes proportions. Il peut s'agir par exemple d'une solution aqueuse contenant H2S et/ou des ions S2", qui peut additionnellement contenir un ou plusieurs sels de métal alcalin en solution, de préférence des sels de sodium ou de potassium tels que le chlorure de sodium, le chlorure de potassium, le phosphate de sodium et le phosphate de potassium. L'échantillon liquide peut éventuellement contenir également des résidus d'acides aminés comme la cystéine. L'échantillon liquide peut également être constitué d'un solvant issu d'un milieu biologique comme du sérum. L'échantillon liquide peut également provenir d'un échantillon biologique, lequel peut être conditionné (par ajout de solvant ou dilution) ou soumis à un traitement préalable, y compris des techniques de séparation préliminaire, pour les besoins de l'analyse.
Par "échantillon biologique" on entend, sans limitation, des cultures cellulaires ou des extraits de ceux-ci; un matériau de biopsie provenant d'un animal (par exemple, mammifère) ou des extraits de ceux-ci; et le sang, la salive, l'urine, les excréments, le sperme, les larmes, ou d'autres fluides corporels ou des extraits de ceux-ci. Par exemple, le terme "échantillon biologique" se réfère à tout échantillon solide ou liquide obtenu à partir de, excrété par ou sécrété par un organisme vivant, y compris les micro-organismes unicellulaires (tels que des bactéries et des levures) et des organismes multicellulaires (tels que des plantes et animaux, par exemple un vertébré ou un mammifère, et en particulier un sujet humain sain ou apparemment sain ou un patient humain atteint d'une maladie ou d'une maladie à diagnostiquer). L'échantillon biologique peut être sous n'importe quelle forme, comprenant un matériau solide, tel qu'un tissu, des cellules, un culot de cellules, un extrait cellulaire, des homogénats de cellules ou fractions de cellules; ou une biopsie, ou un fluide biologique. Le fluide biologique peut être obtenu à partir de n'importe quel source (par exemple le sang, la salive (ou d'un bain de bouche contenant des cellules buccales), les larmes, le plasma, le sérum, l'urine, bile, le liquide céphalo-rachidien, liquide amniotique, liquide péritonéal, et le liquide pleural, ou des cellules en provenant , aqueuse ou vitré, ou toute sécrétion corporelle), un transsudat, un exsudât (par exemple fluide obtenu d'un abcès ou tout autre site d'infection ou inflammation), ou le liquide obtenu à partir d'une articulation (par exemple une articulation normale ou d'une articulation touchée par les maladies telles que la polyarthrite rhumatoïde, l'arthrose, la goutte ou l'arthrite septique). L'échantillon biologique peut être obtenu à partir de n'importe quel organe ou tissu (y compris échantillon d'une biopsie ou d'autopsie) ou peut comprendre des cellules (si les cellules primaires ou des cellules en culture) ou un milieu conditionné par une cellule, un tissu ou un organe. Par exemple, il peut s'agir de cellules fibroblastes (p.ex. tissus conjonctif provenant du derme), lesquelles peuvent être testées par le procédé selon l'invention pour évaluer/déterminer leur production d'H2S. Les échantillons biologiques peuvent également inclure des sections de tissus tels que les coupes congelées prises à des fins histologiques. Les échantillons biologiques comprennent également des mélanges de molécules biologiques comprenant des protéines, des lipides, des glucides et des acides nucléiques générés par fractionnement partielle ou complète des homogénats de cellules ou de tissus. Bien que l'échantillon soit de préférence prélevé chez un sujet humain, les échantillons biologiques peuvent provenir de n'importe quel animal, plante, bactérie, virus, levures, etc. Le terme « animal » tel qu'utilisé ici, se réfère aux humains ainsi que des animaux non humains, en tout stade de développement, y compris, par exemple, mammifères, oiseaux, reptiles, amphibiens, poissons, des vers et des cellules individuelles. Les cultures cellulaires et des échantillons de tissus vivants sont considérés comme étant des pluralités d'animaux. Par exemple, l'animal « non humain » peut être un mammifère (par exemple un rongeur, une souris, un rat, un lapin, un singe, un chien, un chat, un mouton, les bovins, un primate, ou un porc). Un animal peut être un animal transgénique ou un clone humain. Si on le désire, l'échantillon biologique peut être soumis à un traitement préalable, y compris des techniques de séparation préliminaire.
Dans la présente invention, le MOF utilisé peut être tout solide MOF portant des groupes azoture (-N3) à sa surface externe ou dans ses pores, quel que soit son procédé d'obtention. De tels solides, ainsi que des méthodes pour leur synthèse, sont décrits par exemples dans les documents brevets suivants : FR2958945, WO 201 1/48283 (FR2951723), WO 201 1/48280 (FR2951725), WO 201 1/33185 (FR2950347) et WO 201 1/48282 (FR2951724). [5-9]
Le solide MOF selon l'invention peut comprendre des atomes de métaux di-, tri- ou tétravalents. Les atomes métalliques peuvent avoir une géométrie octaédrique, pentaédrique, tétraédrique, voire être en coordinence supérieure dans la structure du matériau.
Par exemple, il peut s'agir d'un MOF à base d'ion métallique choisi dans le groupe comprenant Fe2+, Fe3+, Zn2+, Zr4+, Ti4+, Ca2+, Mg2+ , ln3+ , Cr3+ et Al3+; de préférence Fe2+, Fe3+, Zn2+, Zr4+, ln3+ et Al3+, plus avantageusement ln3+, Zr4+, et Al3+.
Avantageusement, il pourra s'agir d'un MOF dont au moins un ligand comprend un groupement aromatique portant une fonction azoture (N3). Avantageusement, il pourra s'agir d'un ligand di-, tri-, tétra- ou hexa-carboxylate aromatique portant une fonction azoture (N3). Par exemple, le ligand peut être choisi dans le groupe com renant :
Figure imgf000012_0001
Figure imgf000013_0001
dans lesquels :
chaque occurrence de t représente indépendamment un entier de 1 à 4 en fonction de la valence du radical aromatique, et
chaque occurrence de RL3 représente indépendamment H, un halogène (de préférence F, Cl ou Br), OH, N3, NH2, N02 ou un alkyle en Ci à C6 (de préférence méthyle ou éthyle) ; sous réserve qu'au moins une occurrence de RL3 représente N3.
Avantageusement, le solide MOF contient au moins un ligand azoture- téréphtalate de formule suivante:
Figure imgf000014_0001
dans laquelle t représente un entier de 1 à 4, de préférence 1 .
Avantageusement, le solide MOF contient au moins un ligand azoture-biphényl- dicarboxylate de formule suivante:
Figure imgf000014_0002
dans laquelle t1 et t2 représentent indépendamment un entier de 0 à 4 sous réserve que t1 et t2 ne soient pas tous les deux égaux à 0, de préférence t1 et/ou t2 représente(nt) 1 , plus avantageusement t1 ou t2 représente 1 . Par exemple, le solide MOF peut contenir au moins un ligand azoture-biphényl-dicarboxylate de formule suivante :
Figure imgf000014_0003
Par « coordinence » ou « nombre de coordination », on entend le nombre de liaisons pour laquelle les deux électrons partagés dans la liaison proviennent du même atome. L'atome donneur d'électrons acquiert une charge positive alors que l'atome accepteur d'électrons acquiert une charge négative.
De plus, le solide MOF selon l'invention peut se présenter sous différentes formes ou « phases » compte tenu des divers possibilités d'organisation et de connections des ligands au métal ou au groupement métallique. On entend par « phase » au sens de la présente invention une composition hybride comprenant au moins un métal et au moins un ligand organique possédant une structure cristalline définie.
Avantageusement, le ligand L du motif de formule (I) des solides MOF de la présente invention peut être un ligand portant plusieurs fonctions complexantes comprenant les carboxylates, phosphonates, sulfonate, imidazolates, de préférence le groupe carboxylate est un di-, tri-, tétra- ou hexa-carboxylate.
On entend par « solide » au sens de la présente invention tout type de matériau cristallin. Ledit solide peut par exemple se présenter sous forme de cristaux, de poudre, de particules de formes variées, par exemple de forme sphérique, cubique, parallélépipédique, rhomboédrique, lamellaire, etc. Les particules peuvent être sous la forme de nanoparticules.
Par « nanoparticule », on entend une particule de taille inférieure à 1 μηι. En particulier, les nanoparticules de solide MOF selon l'invention peuvent avoir un diamètre inférieur à 1000 nanomètres, de préférence inférieur à 500 nm, de manière plus préférée inférieur à 250 nm, tout particulièrement inférieur à 100 nm.
De manière générale, le terme « substitué », précédé ou non du terme « éventuellement », et les substituants décrits dans les formules de la présente demande, désignent le remplacement d'un radical hydrogène dans une structure donnée avec le radical d'un substituant spécifié. Le terme « substitué » désigne par exemple le remplacement d'un radical hydrogène dans une structure donnée par un radical désigné « substituant ». Lorsque plus d'une position peut être substituée, les substituants peuvent être les mêmes ou différents à chaque position.
On entend par « ligand» au sens de la présente invention, un ligand (incluant par exemple les espèces neutres et les ions) coordiné à au moins deux sites métalliques du MOF, participant à l'éloignement entre ces sites métalliques et à la formation d'espaces vides ou pores. Le ligand peut comprendre plusieurs fonctions complexantes comprenant carboxylates, phosphonates, sulfonates, imidazolates, de préférence de 2 à 6 groupements fonctionnels qui peuvent être mono, bi tri ou tétradentates, c'est à dire comprendre 1 , 2, 3 ou 4 points d'attachement au site métallique. On entend par « alkyle » au sens de la présente invention, un radical carboné linéaire, ramifié ou cyclique, saturé ou insaturé, éventuellement substitué, comprenant 1 à 25 atomes de carbone, par exemple 1 à 10 atomes de carbone, par exemple 1 à 8 atomes de carbone, par exemple 1 à 6 atomes de carbone. Avantageusement, le MOF utilisé dans le contexte de la présente invention peut être obtenu par tout procédé connu de l'homme du métier. Notamment, le MOF peut être obtenu selon l'une des trois stratégies suivantes :
A) Procédé de préparation par auto-assemblage de solide poreux hybride type MOF à partir d'au moins un ligand portant un groupe azoture (-N3) - B) Procédé de transformation chimique post-synthétique des fonctions NH2 d'un solide poreux hybride type MOF-NH2 en groupe azoture (-N3) - C) Procédé de fonctionnalisation post-synthétique de solide poreux hybride type MOF par un groupe azoture (-N3) par échange de ligand. A titre d'exemple, le procédé A) peut être réalisé suivant tout procédé connu de préparation de MOF dans lequel au moins un ligand azoture-téréphtalate de formule:
Figure imgf000016_0001
dans laquelle t représente un entier de 1 à 4, de préférence 1 ; est utilisé dans le processus d'auto-assemblage. Dans un autre exemple, le procédé A) peut être réalisé suivant tout procédé connu de préparation de MOF dans lequel au moins un ligand azoture-biphényl-dicarboxylate de formule:
(N3)ti (N3)t2
dans laquelle t1 et t2 représentent indépendamment un entier de 0 à 4 sous réserve que t1 et t2 ne soient pas tous les deux égaux à 0, de préférence t1 et/ou t2 représente 1 , plus avantageusement t1 ou t2 représente 1 ; est utilisé dans le rocessus d'auto-assemblage, notamment le ligand suivant
Figure imgf000017_0001
Par exemple, il peut s'agir d'une variation de la méthode publiée par Goto et al. dans Journal of the American Chemical Society 2008, 130, 14354 [10] suivant lequel un sel métallique tel que le nitrate d'indium, le nitrate de zinc, le chlorure de fer, le chlorure de zirconium ou le chlorure l'aluminium est mis en réaction l'acide 2-azoture-téréphtalique dans un solvant polaire tel que le dimethyl formamide, un alcool ou l'eau à une température adéquate (généralement comprise entre 50 et 150 °C) pendant une période adaptée pour réaliser la réaction (par exemple 18 à 72 heures). Le solide isolé après filtration peut être ensuite lavé avec un solvant, ou mélange de solvants, adéquat (par exemple le solvant de synthèse, puis du dichlorométhane) et séché sous vide primaire à température ambiante.
Le procédé B) peut être réalisé suivant la méthode décrite dans les documents brevets WO 201 1/48283 (FR2951723) [6] et la demande de brevet FR2958945 [5] à partir de tout MOF portant, sur au moins de ses ligands, des groupes NH2 susceptibles d'être transformés chimiquement en groupe N3. Par exemple, il peut s'agir des MOFs suivants : AI/Cr/Fe-MIL-101 -NH2, ln/AI-MIL-68-NH2, AI/Fe-MIL- 53-NH2, DMOF-1 -NH2, CAU-1 , CAU-10-NH2, Zr-UiO-66-NH2, ou UMCM-1 -NH2. Le MOF est mis en réaction avec de l'azoture de triméthylsilyl et du tert-butyl nitrite dans un solvant polaire adapté (par exemple le tétrahydrofurane). La réaction peut être réalisée à température ambiante pendant 12 heures. Le solide isolé après filtration est ensuite lavé avec un solvant, ou mélange de solvants, adéquat (par exemple il peut s'agir du solvant de synthèse (p. ex. tétrahydrofurane) puis du dichlorométhane) et séché sous vide primaire à température ambiante.
Les formules chimiques de ces composés sont :
AI/Cr/Fe-MIL-101 -NH2 = Fe3OX[C6H3(C02)2-NH2]3, AI3OX[C6H3(C02)2-NH2]3, Cr3OX[C6H3(C02)2-NH2]3, dans laquelle X représente F, Cl ou OH
ln/AI-MIL-68-NH2 = lnOH[C6H3(C02)2-NH2], AIOH[C6H3(C02)2-NH2] AI/Fe-MIL-53-NH2 = AIOH[C6H3(C02)2-NH2], FeOH[C6H3(C02)2-NH2]
DMOF-1 -NH2 = Zn2(C6H12N2)[C6H3(C02)2-NH2]2
CAU-1 = AI4(OH)2(OCH3)4[C6H3(C02)2-NH2]3
CAU-10-NH2 = [AI(OH)(C8H304NH2)]
UÏO-66-NH2 = Zr604(OH)4[C6H3(C02)2-NH2]6
UMCM-1-NH2 = (Zn40)3[C6H3(C6H4C02)3]4[C6H3(C02)2-NH2]3
Les propriétés de certains de ces solides MOFs sont décrites par exemple dans les demandes internationales WO 2009/77670 [11] et WO 2009/77671 . [12]
La synthèse et les propriétés des divers MOFs référencés ci-dessus sont décrites dans les références suivantes :
- Fe-MIL-101 -NH2, AI-MIL-53-NH2 et Fe-MIL-53-NH2 : Inorganic C emistry 2008, 47, 7568. [13]
- Cr-MIL-101 -NH2 : Chemical Communications 2011 , 47, 2838. [14]
- AI-MIL-101 -NH2 : Microporous and Mesoporous Materials 2012, 164, 38.
[15]
- ln-MIL-68-NH2 : WO 201 1 /048284. [16]
- AI-MIL-68-NH2 : Journal of Material Chemistry 2012, 22, 10210. [17]
- DMOF-1 -NH2 et UMCM-1 -NH2 : Inorganic Chemistry 2009, 48, 296-306.
[18]
- CAU-1 : Angewandte Chemie - International Edition 2009, 48, 5163. [19]
- UiO-66-NH2 : Chemistry of Materials 2010, 22, 6632-6640. [20]
- CAU-10-NH2 : Chem. Mater., 2012, 25, 17-26 [23]
Différents matériaux MOF ont été élaborés à l'Institut Lavoisier de Versailles avec des phases variées, nommées « MIL » (pour « Matériau Institut Lavoisier »). L'appellation « MIL » de ces structures est suivie d'un nombre arbitraire n donnée par les inventeurs pour identifier les différentes phases.
Dans le présent document, le sigle « UiO » est l'abréviation du terme anglais « University of Oslo » (Université d'Oslo). Dans le présent document, le sigle « DMOF » est l'abréviation du terme « DABCO métal organic framework » dans lequel l'acronyme DABCO signifie 1 ,4- diazabicyclo[2.2.2]octane.
Dans le présent document, le sigle « CAU » est l'abréviation du terme « Christian Albrechts University » (Université Christian Albrechts)
Dans le présent document, le sigle « UMCM » est l'abréviation du terme « University of Michigan Crystalline Material » (matériau cristallin de l'université du Michigan)
Le procédé C) peut être réalisé suivant la méthode publiée par Kim et al. dans Chemical Science 2012, 3, 126 [21] suivant laquelle un MOF dont au moins un des ligand est un téréphthalate, de préférence ln-MIL-68 ou Zr-UiO-66 ou AI-MIL- 53 ou AI-MIL-101 , est mis en réaction avec l'acide 2-azoture-téréphtalique dans un solvant polaire tel que le dimethyl formamide, un alcool ou l'eau à une température adéquate (généralement température ambiante) pendant une période adaptée pour réaliser la réaction (par exemple 5 jours). Le solide isolé après filtration peut être ensuite lavé avec un solvant, ou mélange de solvants, adéquat (par exemple le solvant de synthèse, puis du dichlorométhane) et séché sous vide primaire à température ambiante.
La synthèse de matériaux MOFs peut être de préférence réalisée en présence d'énergie qui peut être apportée par exemple par le chauffage, comme par exemple des conditions hydrothermales ou solvothermales, mais également par micro-ondes, par ultrasons, par broyage, par un procédé faisant intervenir un fluide supercritique, etc. Les protocoles correspondants sont ceux connus de l'homme du métier. Des exemples non limitatifs de protocoles utilisables pour les conditions hydrothermales ou solvothermales sont décrits par exemple dans les demandes internationales WO 2009/077670 et WO 2009/077671 , et dans les références qui y sont citées à cet effet. [11 , 12]
Les conditions hydrothermales ou solvothermales, dont les températures de réactions peuvent varier entre 0 et 220 °C, sont généralement effectuées dans des récipients en verre (ou en plastique) lorsque la température est inférieure à la température d'ébullition du solvant. Lorsque la température est supérieure ou lorsque la réaction s'effectue en présence de fluor, des corps en téflon insérés dans des bombes métalliques sont employés.
Les solvants utilisés sont généralement polaires. Notamment les solvants suivants peuvent être utilisés : l'eau, les alcools, le diméthylformamide, le diméthylsulfoxide, l'acétonitrile, le tétrahydrofurane, le diéthylformamide, le chloroforme, le cyclohexane, l'acétone, le cyanobenzène, le dichlorométhane, le nitrobenzène, l'éthylèneglycol, le diméthylacétamide ou des mélanges de ces solvants.
Un ou plusieurs co-solvants peuvent également être ajoutés à n'importe quelle étape de la synthèse pour une meilleure solubilisation des composés du mélange. Il peut s'agir notamment d'acides monocarboxyliques, tels que l'acide acétique, l'acide formique, l'acide benzoïque, etc.
Lorsque le co-solvant est un acide monocarboxylique, celui-ci, outre un effet solubilisateur, permet également d'arrêter la croissance cristalline du solide MOF. En effet, la fonction carboxylique se coordonne avec l'ion métallique du MOF, lequel ne pourra pas se lier à un autre atome métallique faute de la présence d'une seconde fonction -COOH sur la molécule de co-solvant. Ainsi, la croissance du réseau cristallin s'en trouve ralentie, puis arrêtée. L'ajout d'un co- solvant monocarboxylique, tel que l'acide acétique, l'acide formique, l'acide benzoïque, etc., permet ainsi de réduire la taille des particules de solide MOF obtenues. L'utilisation d'un co-solvant monocarboxylique peut donc favoriser l'obtention de nanoparticules (particules de taille < 1 μηι).
Sauf indication contraire, les divers modes de réalisation décrits dans la présente concernant les matériaux MOF-N3, et les matériaux MOF en général, s'appliquent autant à leurs utilisations qu'à leur procédé de préparation selon la présente invention.
Avantageusement, le MOF-N3 utilisé dans le cadre de la présente invention pourra être choisi parmi les MOFs AI/Cr/Fe-MIL-101 -N3, ln/AI-MIL-68-N3, Al/Fe- MIL-53-N3, DMOF-1 -N3, CAU-1 -N3, CAU-10-N3, Zr-UiO-66-N3, ou UMCM-1 -N3 ; avantageusement les MOFs ln-MIL-68-N3, Zr-UiO-66-N3 ou AI-MIL-101 -N3 ; de préférence AI- IL-101 -N3. Avantageusement, le procédé selon l'invention permet de mesurer/quantifier in vitro des concentrations d'H2S dans une gamme qui est appropriée pour les diagnostiques pathologiques/physiologiques. Avantageusement, les traces de H2S présentes dans l'échantillon analysé sont comprises entre 0.01 μΜ et 1000 μΜ, de préférence 2 à 400 μΜ.
Avantageusement, toute source laser ou LED capable d'irradier entre 300-400 nm peut être utilisée dans l'étape b) ou b1 ). Le laser utilisé à l'étape b) ou b1 ) peut être un laser puisé ou continu. Par exemple, il peut s'agir d'un laser puisé femto- seconde à l'ytterbium, tel que le modèle Mikan (Amplitude Systems), émettant la longueur d'onde d'excitation de 343 nm à la puissance moyenne de l'ordre de 3 mW, avec une durée d'excitation < 250 fs et une fréquence de répétition de 54 MHz. Alternativement, un laser continu UV d'une puissance de 100W environ peut être utilisé.
Dans l'étape c) ou c1 ), le signal de photoluminescence émis par le solide MOF irradié peut être avantageusement détecté à 500-600 nm, avantageusement avec un pic maximum situé vers 560-580 nm.
Avantageusement, l'étape c) ou c1 ) de mesure de photoluminescence peut être réalisée à une température adaptée, par exemple à température ambiante.
La détection du signal de photoluminescence peut se faire à l'aide d'une caméra classique (caméscope à capteur CCD) sous forme d'imagerie. Par exemple, La décomposition spectrale du signal de photoluminescence peut être réalisée avec un spectromètre (p.ex. Horiba JobinYvon iHR-320) et peut être détectée par une caméra CCD (p. ex. Horiba Symphony 1024x256) refroidie sous azote.
Dans l'étape c) ou c1 ), la mesure du signal de photoluminescence peut être réalisée en intégrant le signal détecté par les méthodes usuelles. De façon standard, le spectre de photoluminescence brut collecté est typiquement corrigé par une fonction de transfert optique caractéristique de l'installation. Cette méthode est connue de l'homme de l'art. Le signal intégrale de photoluminescence est donné par la valeur de l'aire sous le spectre de photoluminescence récolté entre 500 et 600 nm.
De manière particulièrement avantageuse, l'excitation par un laser permet une intensité du signal plus forte et un gain en sensibilité. En particulier, l'excitation à 300-400 nm (avantageusement 320-360 nm, de préférence 330-350 nm, de préférence 335-355 nm, de préférence 340-345 nm, de manière préférée 343 nm) permet la détection à 500-600 nm d'un pic maximum (situé vers 560-580 nm) caractéristique pour de faibles concentrations, pertinentes pour les concentrations en H2S endogène physiologiques (sujet sain) et pathologiques (sujet atteint de maladie type Alzheimer) qui sont de l'ordre du nanomolaire à 100 micromolaires
[4].
L'irradiation d'un MOF-N3 avec une lampe UV classique permet la restitution d'un signal avec un maximum d'intensité de photoluminescence à 400-500 nm. Cependant le pic à 400-500 nm ne permet pas une calibration de la quantité de Na2S/H2S en solution pour de faibles concentrations, inférieures à 100 micromolaires. Le lecteur pourra se référer sur ce point à l'article de 2014 Sci Report 7053 [3] qui rapporte l'utilisation d'un MOF fonctionnalisé par des azotures (N3) pour détecter sélectivement Na2S à une concentration de 1 18 micromolaire à 4 millimolaire (excitation par lampe UV à 334 nm et une mesure d'émission à 436 nm), soit 2 à 3 ordres de grandeur au-delà des concentrations pertinentes pour un diagnostique in vitro. Dans ces travaux, les auteurs ont utilisé un spectromètre Horiba Fluorolog standard, muni d'une lampe xénon à arc de 450W (lampe UV classique).
De manière inattendue, les inventeurs ont découvert qu'une irradiation à l'aide d'un laser UV ou LED supprime le maximum de photoluminescence à 400-500 nm typiquement obtenu avec une lampe UV classique pour des concentrations >400 micromolaires et fait apparaître un nouveau maximum à 500-600 nm pour des concentrations <400 micromolaires. Ce pic à 500-600 nm est caractéristique d'un autre type de transition électronique au sein du ligand du MOF-N3 et permet une calibration pour des concentrations de 2 à 400 micromolaires, et donc une mesure/détermination de concentration en H2S < 100 micromolaire. La transition électronique observée avec le pic à 500-600 nm n'est pas visible avec une lampe UV classique.
Avantageusement, le support bidimensionnel utilisé dans l'étape b) ou b1 ) peut être tout support stable aux irradiations laser et LED, en particulier dans la gamme 300-400 nm. Par exemple, il peut s'agir d'un support en silicium.
Avantageusement, des quantum dots peuvent éventuellement être déposés sur le support bidimensionnel utilisé dans l'étape b) ou b1 ). Les quantum dots ont la caractéristique que par réglage de la taille et de la chimie des particules de quantum dots, les propriétés optiques du matériau, telles que l'absorption de lumière ou d'émission de lumière, peuvent être adaptés aux caractéristiques désirées. Par exemple, l'usage des quantum dots peut permettre d'augmenter l'intensité du signal de photoluminescence de MOFs due aux coefficients d'absorption de quantums dots plus importants que ceux des MOFs et le transfert de l'énergie excitatrice vers le site luminescent des MOFs. Ceci peut être particulièrement avantageux dans le cas où la source lumineuse utilisée est une LED, qui est de plus faible puissance qu'un laser (puisé ou continu). La plus faible puissance des LED par rapport au laser serait compensée par l'augmentation du signal due à l'utilisation d'un support bidimensionnel sur lequel sont déposés des quantum dots. Dans le cadre de la présente invention, les quantum dots peuvent être des nanoparticules métalliques et/ou semi-conductrices. Ainsi, le support bidimensionnel utilisé dans l'étape b) ou b1 peut être par exemple un support en silicium, sur lequel sont éventuellement déposées des nanoparticules métalliques et/ou semi-conductrices.
Avantageusement, parmi les nanoparticules semi-conductrices, on peut utiliser des nanoparticules de SiC qui sont chimiquement, thermiquement et mécaniquement stables. L'utilisation des nanoparticules de silicium (quantum dots) pour l'imagerie par photoluminescence est connue, et cette technologie peut être adaptée/appliquée dans le cadre de la présente invention. On pourra se référer par exemple à l'enseignement du document brevet WO 2010/43832 [22] sur ce point. On pourra se référer en particulier à la figure 6 de ce document, et les parties du texte y relatives. Les nanoparticules de SiC peuvent être obtenues selon un procédé de gravure d'un substrat de SiC, la gravure étant obtenue par attaque électrochimique du substrat de SiC, avantageusement, un substrat de SiC massif. Par "substrat massif de SiC, on entend tout composé chimique constitué des atomes de silicium (Si) et de carbone (C) liés chimiquement entre eux et dont au moins une dimension linéaire de la taille (hauteur, largeur, longueur, diamètre, etc.) est supérieure à 1 mm. Les nanoparticules de SiC peuvent être obtenues selon un procédé par ablation laser d'un substrat de SiC à travers un volume d'eau ou d'un autre solvant. Les nanoparticules de SiC peuvent être déposées sur le support bidimensionnel selon la présente invention, par toute méthode connue pour ce faire. Il peut s'agir par exemple le dépôt par trempage («dip-coating » en anglais).
Des particules métalliques peuvent également être utilisées en guise de quantum dot. Il peut s'agir, par exemple, de particules d'argent et/ou d'or. Les particules métalliques peuvent être déposées sur le support bidimensionnel selon la présente invention, par toute méthode connue pour ce faire. Il peut s'agir par exemple d'une électrodépositon, déposition chimique comme « électroless déposition » en anglais ou de dépôt par trempage («dip-coating » en anglais). Avantageusement, le support bidimensionnel utilisé dans l'étape b) ou b1 ) est revêtu d'une couche mince du MOF obtenu à l'issue de l'étape a) ou a1 ), respectivement (c'est-à-dire après réaction des groupes azoture présents sur le MOF avec le H2S présent dans l'échantillon à analyser (éventuellement sous forme de S2")). Par exemple, après l'étape a) ou a1 ), le solide MOF peut être isolé par centrifugation et séché sous vide primaire à température ambiante. Ce solide peut ensuite être étalé sous forme de couche mince sur le support bidimensionnel (par exemple un support en silicium), lequel peut être placé dans le système optique de mesure de photoluminescence pour la mise en œuvre de l'étape b ou b1 ).
Avantageusement, le récipient à parois transparentes utilisé dans l'étape b) ou b1 ) peut être une cuvette parallélépipédique ou cylindrique en quartz conventionnellement utilisée en spectrométrie UV.
La présente invention concerne également un dispositif de détection et de mesure de traces d'H2S dans un échantillon liquide, permettant la mise en œuvre du procédé selon l'invention, dans toutes les variantes décrites ci-dessus.
Avantageusement, le dispositif peut comprendre:
i) un réceptacle adapté à recevoir un support bidimensionnel revêtu d'une couche mince d'un solide hybride poreux de type MOF (« Métal Organic Framework ») présentant des groupes -N3 à sa surface externe ou dans ses pores ; ou un récipient à parois transparentes contenant un milieu liquide dans lequel un solide hybride poreux de type MOF (« Métal Organic Framework ») présentant des groupes -N3 à sa surface externe ou dans ses pores est suspendu; ii) une source lumineuse choisie parmi un laser ou LED , de préférence un laser puisé, permettant une irradiation à 300-400 nm, de préférence 343 nm ; et
iii) un détecteur adapté à la détection d'un signal de photoluminescence à 500-600 nm.
Avantageusement, la source lumineuse laser ou LED peut permettre une irradiation à 300-400 nm, avantageusement 320-360 nm, de préférence 330-350 nm, de préférence 335-355 nm, de préférence 340-345 nm, de manière préférée 343 nm.
Toutes les variantes décrites ci-dessus, notamment pour le type d'échantillon liquide, le MOF, le support bidimensionnel, le récipient à parois transparentes, la source lumineuse, la détection du signal de photoluminescence, et rétablissement d'une courbe de calibration, sont applicables mutadis mutandis audit dispositif. Avantageusement, le dispositif peut être de petite dimension, de sorte qu'il soit adapté à une utilisation en mode « portatif ». En particulier, le dispositif est avantageusement adapté pour la réalisation de simples tests (comme un test sanguin ou urinaire) sur le site de traitement d'un patient (au chevet de son lit par exemple) pour déterminer facilement et rapidement la teneur en H2S dans un échantillon de prélèvement du patient (« point-of-care testing » ( POCT) ou « bed-side testing » en anglais).
La présente invention concerne également l'utilisation d'un laser ou LED pour la détection ou la mesure de concentrations d'H2S dans un échantillon liquide entre 0.01 μΜ et 1000 μΜ, de préférence 2 à 400 μΜ.
La présente invention concerne également l'utilisation d'un solide hybride poreux de type MOF (« Métal Organic Framework ») présentant des groupes -N3 à sa surface externe ou dans ses pores, pour la détection ou la mesure de concentrations d'H2S dans un échantillon liquide entre 0.01 μΜ et 1000 μΜ, de préférence 2 à 400 μΜ.
Avantageusement, dans les utilisations précitées, l'échantillon liquide peut être un échantillon biologique, ou peut provenir d'un échantillon biologique, et la concentration d'H2S est indicative d'une maladie, laquelle peut être le cancer, le diabète, le syndrome de Down (trisomie 21 ), la maladie d'Alzheimer ou des maladies cardiovasculaires telles que l'hypertension. La présente invention offre de nombreux avantages, notamment :
- gain de signal/baisse de la limite de détection permettant la détection de concentrations en H2S/S2" pathologiques/physiologiques inférieures à 100 μηιοΙβ/Ι_
- mise en œuvre avec un solide poreux (MOF-N3), facilement isolable, manipulable, recyclable, et qui peut potentiellement être mis en forme (par exemple sous forme de couche mince, permettant ainsi une amélioration de la sensibilité du système)
- le solide MOF-N3 ne présente pas de problèmes de toxicité, et permet donc la mise en œuvre de la présente invention pour le diagnostique de sujets humains ou animaux
- système sélectif à H2S/S2" en présence de cystéine ou de phénylthiol.
- le temps de réponse en présence de H2S/S2" est de l'ordre de la minute - proportionnalité de la réponse vs. concentration en H2S
- reproductibilité de la méthode.
D'autres avantages pourront encore apparaître à l'homme du métier à la lecture des exemples ci-dessous, en référence aux figures annexées, donnés à titre illustratif, et non limitatif.
BRÈVE DESCRIPTION DES FIGURES
Figure 1 : Exemples de MOF-N3 susceptibles d'être utilisés dans le procédé et le dispositif selon l'invention.
Figure 2 : Courbe de calibration lntégrale=f([Na2S]) pour le MOF AI- IL-101 -N3, selon le procédé de l'invention.
Figure 3 : Mesure de photoluminescence avec une lampe Xe continue du MOF AI-MIL-101 -N3 exposé à de fortes concentrations en Na2S (cf. Exemple comparatif 3). Figure 4 : Mesure de photoluminescence avec un laser du AI-MIL-101 -N3 exposé à de faibles concentrations en Na2S, selon le procédé de l'invention (cf. Exemple 4).
Figure 5 : Exemple de spectre de photoluminescence récolté pour le MOF In-MIL- 68-N3 selon le procédé de l'invention.
Figure 6 : Exemples de spectres de photoluminescence récoltés pour le MOF Zr- UiO-66-N3 selon le procédé de l'invention.
Figure 7 : Schéma d'un exemple de montage optique susceptible d'être utilisé pour mettre en œuvre le procédé selon l'invention 1 . source, 2. monochromateur, 3. collimateur, 4. miroir, 5. porte-échantillon, 6. collecteur avec miroir parabolique, 7. fibre optique, 8. spectromètre/capteur CCD, 9. traitement informatique du signal. Le monochromateur 2 n'est pas nécessaire quand on excite avec un laser ; celui-ci est utilisé quand l'excitation se fait avec une lampe émettant la lumière blanche. EXEMPLES
Exemple 1 - Protocole général
Le protocole ci-dessous est généralisable à tout type de solide MOF comportant des groupes -N3 à sa surface externe ou dans ses pores.
10 mg de MOF-N3 est mis en suspension dans 0,8 mL d'un échantillon liquide à analyser. Après 2 minutes de réaction, le solide est isolé par centrifugation, lavé avec le solvant de l'analyte puis du chlorométhane, et séché sous vide primaire à température ambiante. Ce solide sec est ensuite étalé sous forme de couche mince d'environ 1 cm2 d'épaisseur comprise entre 0,1 et 0,5 mm sur un support en silicium de 1 x 10 cm (Neyco) et placé dans le système optique de mesure de photoluminescence illustré à la Figure 7. La couche mince de MOF est irradiée avec un laser à une longueur d'onde d'excitation de 343 nm (dans ce cas on peut omettre les éléments 2 et 3 sur la Figure 7), et son spectre de photoluminescence est récolté par un détecteur (longueurs d'onde d'émissions de 530 à 580 nm). Les mesures de photoluminescence sont menées à température ambiante sous irradiation laser. Le laser utilisé est un laser puisé femto-seconde à l'ytterbium (Mikan model, Amplitude Systems). Sa puissance moyenne est de 3 mW, à la longueur d'onde d'excitation de 343 nm, la durée d'irradiation est < 250 fs avec une fréquence de répétition de 54 MHz.
La décomposition spectrale du signal de photoluminescence a été réalisée avec un spectromètre (Horiba JobinYvon iHR-320) et est détectée par une caméra CCD (Horiba Symphony 1024x256) refroidie sous azote.
De façon standard, le spectre de photoluminescence brut collecté est corrigé par une fonction de transfert optique caractéristique de l'installation. La fonction de transfert est obtenue en divisant le signal mesuré par le détecteur issu d'une source de la lumière blanche par le spectre théorique de cette source.
Exemple 2 - Etablissement d'une courbe de calibration
Le protocole de l'Exemple 1 est utilisé. Brièvement, 10 mg de MOF AI-MIL-101 -N3 est mis en suspension dans 0,8 mL d'une solution de diméthylsulfoxide contenant une concentration connue de Na2S comprise en 2 nM et 100 μΜ (quatre points de calibration aux concentrations suivantes : 2 μΜ, 26 μΜ, 100 μΜ et 420 μΜ). Ce solide sec est ensuite étalé sous forme de couche mince sur un support en silicium et placé dans le système optique de mesure de photoluminescence illustré à la figure 7 selon le protocole décrit à l'Exemple 1 .
La courbe de calibration est dressée à partir de l'intensité intégrale du spectre de photoluminescence récolté (valeur de l'aire sous le spectre entre 500 et 600 nm, calculée en utilisant l'option standard proposée par le logiciel Origin, par exemple. Cf. Figure 2. On observe la courbe de calibration illustrant la fonction qui relie l'intensité intégrale de la photoluminescence de MOF et la concentration de [Na2S].
Exemple 3 - Exemple comparatif : Mesure de photoluminescence avec une lampe excitant en UV du MOF AI-MIL-101-N3 exposé à de fortes
concentrations en Na2S
10 mg de MOF AI-MIL-101 -N3 est mis en suspension dans 0,8 mL d'une solution de diméthylsulfoxide contenant une concentration connue de Na2S comprise en 120 mM et 4 mM (concentrations suivantes : 169 μΜ, 6,47 mM, 37,69 mM, 47,81 mM, 56,25 mM). Ce solide isolé par filtration et séché est ensuite étalé sous forme de couche mince sur un support en silicium et placé dans un système optique de mesure de photoluminescence avec une lampe Xe continue, d'une puissance électrique de 450W et offrant une gamme de longueur d'onde allant de 200 à 1000 nm. La couche mince de MOF est irradiée, et les mesures en photoluminescence se sont réalisées à température ambiante en utilisant une excitation par lampe UV à 334 nm et une mesure d'émission à 436 nm (Figure 3).
L'irradiation de l'échantillon du MOF AI-MIL-101 -N3, ayant réagit avec une solution contenant Na2S/H2S, avec une lampe UV permet la restitution d'un signal avec un maximum d'intensité de photoluminescence à 400-500 nm. Cependant le pic à 400-500 nm ne permet pas une calibration de la quantité de Na2S/H2S en solution pour de faibles concentrations, inférieures à 100 micromolaires. Pour des concentrations supérieures à 100 μΜ et avec une irradiation par une lampe UV, la réponse lntegrale=f([Na2S]) est linéaire.
Exemple 4 - Mesure de photoluminescence avec un laser du MOF AI-MI L- 101-N3 exposé à de faibles concentrations en Na2S
Le protocole de l'Exemple 1 est utilisé, avec les concentrations suivantes en
[Na2S] : 2 μΜ, 26 μΜ, 100 μΜ et 420 μΜ.
Sous une irradiation à l'aide d'un laser, le maximum de photoluminescence à 400- 500 nm disparaît et un nouveau maximum à 500-600 nm devient dominant.
Le pic à 500-600 nm est caractéristique d'un autre type de transition électronique au sein du ligand du MOF AI-MIL-101 -N3 et permet une calibration pour des concentrations de 2 à 400 micromolaires (Figure 4).
La transition électronique observée avec le pic à 500-600nm est visible avec une irradiation laser, mais pas avec une lampe UV (cf. exemple comparatif 3).
Exemple 5 -Mesure de photoluminescence avec un laser du MOF ln-MIL-68- N3
Le protocole de l'Exemple 1 est utilisé, avec 10 mg de MOF ln-MIL-68-N3 et une concentration en [Na2S] de 100 μΜ (Figure 5). Exemple 6 -Mesure de photoluminescence avec un laser du MOF Zr-UiO-66- N3
Le protocole de l'Exemple 1 est utilisé, avec 10 mg de MOF Zr-UiO-66-N3 et une concentration en [Na2S] de 0 μΜ et 100 μΜ (Figure 6).
LISTE DES RÉFÉRENCES
1 . Coordination Chemistry reviews 257 (2013) 2335-2347.
2. Scientific Reports 4 : 5870, 2014, pp. 1 -9
3. Scientific Reports 4 : 7053, 2014, pp. 1 -6
4. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 295 : R1479-1485, 2008
5. FR2958945
6. WO 201 1/48283 & FR2951723
7. WO 201 1/48280 & FR2951725
8. WO 201 1/33185 & FR2950347
9. WO 201 1/48282 & FR2951724
10. Goto et al. dans Journal of the American Chemical Society 2008, 130, 14354
1 1 . WO 2009/77670
12. WO 2009/77671
13. Inorganic Chemistry 2008 , 47, 7568
14. Chemical Communications 2011 , 47, 2838
15. Microporous and Mesoporous Materials 2012, 164, 38
16. WO 201 1/048284
17. Journal of Material Chemistry 2012, 22, 10210
18. Inorganic Chemistry 2009, 48, 296-306
19. Angewandte Chemie - International Edition 2009, 48, 5163
20. Chemistry of Materials 2010, 22, 6632-6640
21 . Kim et al., Chemical Science 2012, 3, 126
22. WO 2010/43832
23. CAU-10-NH2 : Chem. Mater., 2012, 25, 17-26

Claims

REVENDICATIONS
1 . Procédé de détection et de mesure de traces d'H2S dans un échantillon liquide, ledit procédé comprenant les étapes suivantes:
a) mettre en contact pendant 1 à 10 minutes, de préférence 2 minutes, un échantillon liquide à analyser avec un solide hybride poreux de type MOF (« Métal Organic Framework ») présentant des groupes -N3 à sa surface externe ou dans ses pores ;
b) soumettre le solide poreux hybride de type MOF à une irradiation laser ou LED de longueur d'onde 300-400 nm, de préférence 343 nm ; le solide poreux hybride de type MOF étant préalablement isolé de l'échantillon liquide et disposé sur un support bidimensionnel, ou étant en suspension dans l'échantillon liquide à l'intérieur d'un récipient à parois transparentes aux ultraviolets adapté à contenir des liquides ;
c) mesurer l'intensité du signal de photoluminescence émis par le solide disposé sur le support ou dans le récipient dans la zone spectrale 500-600 nm; et
d) déterminer la concentration de H2S présent dans l'échantillon à partir du signal de photoluminescence ainsi mesuré en utilisant une courbe de calibration préalablement établie.
2. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel la courbe de calibration utilisée à l'étape d) est établie selon un procédé comprenant les étapes suivantes :
a1 ) mettre en contact pendant 1 à 10 minutes, de préférence 2 minutes, un échantillon liquide contenant une concentration donnée de S2", avec une quantité M de solide hybride poreux de type MOF (« Métal Organic Framework ») présentant des groupes -N3 à sa surface externe ou dans ses pores ;
b1 ) soumettre le solide poreux hybride de type MOF à une irradiation laser de longueur d'onde de 300-400 nm, de préférence 343 nm; le solide poreux hybride de type MOF étant préalablement isolé de l'échantillon liquide et disposé sur un support bidimensionnel, ou étant en suspension dans l'échantillon liquide à l'intérieur d'un récipient à parois transparentes aux ultraviolets adapté à contenir des liquides ;
c1 ) mesurer l'intensité du signal de photoluminescence émis dans la zone spectrale 500-600 nm;
d1 ) répéter les étapes a1 ) à c1 ) avec une série d'au moins 4
concentrations [S2 ] différentes comprises entre 0.01 μΜ et 1000 μΜ, de préférence 2 à 400 μΜ ;
e1 ) dresser la courbe de calibration à partir des valeurs de l'intensité intégrale correspondant à l'aire sous le spectre de photoluminescence mesuré entre 500 et 600 nm, en faisant apparaître en abscisse la concentration en Na2S et en ordonnée la valeur de l'intensité intégrale de photoluminescence.
3. Procédé selon la revendication 1 , dans lequel les traces de H2S présentes dans l'échantillon analysé sont comprises entre 0.01 μΜ et 1000 μΜ, de préférence 2 à 400 μΜ.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le support bidimensionnel est un support en silicium, sur lequel sont éventuellement déposées des nanoparticules métalliques et/ou semi-conductrices.
5. Procédé selon la revendication 4, dans lequel le support bidimensionnel est revêtu d'une couche mince de MOF.
6. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le récipient à parois transparentes est une cuvette parallélépipédique ou cylindrique en quartz.
7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel l'irradiation laser est produite par un laser puisé ou continu, de préférence puisé.
8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le signal photoluminescent est détecté au moyen d'une caméra à capteur CCD.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel l'échantillon à analyser est un échantillon biologique.
10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel au moins un des ligands organiques du MOF est choisi dans le groupe comprenant :
Figure imgf000034_0001
33
Figure imgf000035_0001
dans lesquels :
chaque occurrence de t représente indépendamment un entier de 1 à 4 en fonction de la valence du radical aromatique, et
chaque occurrence de RL3 représente indépendamment H, un halogène (de préférence F, Cl ou Br), OH, N3, NH2, N02 ou un alkyle en Ci à C6 (de préférence méthyle ou éthyle) ; sous réserve qu'au moins une occurrence de RL3 représente N3.
1 1 . Procédé selon la revendication 10, dans lequel ledit au moins un des ligands organiques du MOF est choisi parmi
un ligand azoture-téréphtalate de formule suivante:
Figure imgf000036_0001
dans laquelle t représente un entier de 1 à 4, de préférence 1 ; et un ligand azoture-biphényl-dicarboxylate de formule suivante :
Figure imgf000036_0002
dans laquelle t1 et t2 représentent indépendamment un entier de 0 à 4 sous réserve que t1 et t2 ne soient pas tous les deux égaux à 0, de préférence t1 et/ou t2 représente(nt) 1 , plus avantageusement t1 ou t2 représente 1 .
12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel le MOF est choisi parmi AI/Cr/Fe-MIL-101 -N3, ln/AI-MIL-68-N3, AI/Fe-MIL- 53-N3, DMOF-1 -N3, CAU-1 -N3, CAU-10-N3, Zr-UiO-66-N3, ou UMCM-1 -N3 ; de préférence ln-MIL-68-N3, Zr-UiO-66-N3 ou AI-MIL-101 -N3 ; de préférence AI-MIL- 101 -N3.
13. Dispositif de détection et de mesure de traces d'H2S dans un échantillon liquide, comprenant la mise en œuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12.
Dispositif selon la revendication 13, comprenant:
un réceptacle adapté à recevoir un support bidimensionnel revêtu d'une couche mince d'un solide hybride poreux de type MOF (« Métal Organic Framework ») présentant des groupes -N3 à sa surface externe ou dans ses pores ; ou un récipient à parois transparentes contenant un milieu liquide dans lequel un solide hybride poreux de type MOF (« Métal Organic Framework ») présentant des groupes -N3 à sa surface externe ou dans ses pores est suspendu;
une source lumineuse choisie parmi un laser ou LED, de préférence un laser puisé, permettant une irradiation à 300-400 nm, de préférence 343 nm ; et
un détecteur adapté à la détection d'un signal de photoluminescence à 500-600 nm.
15. Utilisation d'un laser ou LED pour la détection ou la mesure de concentrations d'H2S dans un échantillon liquide entre 0.01 μΜ et 1000 μΜ, de préférence 2 à 400 μΜ.
16. Utilisation d'un solide hybride poreux de type MOF (« Métal
Organic Framework ») présentant des groupes -N3 à sa surface externe ou dans ses pores, pour la détection ou la mesure de concentrations d'H2S dans un échantillon liquide entre 0.01 μΜ et 1000 μΜ, de préférence 2 à 400 μΜ.
17. Utilisation selon la revendication 15 ou 16, dans laquelle l'échantillon liquide est un échantillon biologique, et la concentration d'H2S est indicative d'une maladie.
18. Utilisation selon la revendication 17, dans laquelle la maladie est le cancer, le diabète, le syndrome de Down (trisomie 21 ), la maladie d'Alzheimer, ou des maladies cardiovasculaires telles que l'hypertension.
PCT/FR2016/050640 2015-03-24 2016-03-23 Méthode de détection in vitro de h2s à partir de mof luminescent Ceased WO2016151245A1 (fr)

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1552431A FR3034199A1 (fr) 2015-03-24 2015-03-24 Methode de detection in vitro de h2s a partir de mof luminescent
FR1552431 2015-03-24
FR1552769A FR3034200A1 (fr) 2015-03-24 2015-03-31
FR1552769 2015-03-31

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2016151245A1 true WO2016151245A1 (fr) 2016-09-29

Family

ID=54608594

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/FR2016/050640 Ceased WO2016151245A1 (fr) 2015-03-24 2016-03-23 Méthode de détection in vitro de h2s à partir de mof luminescent

Country Status (2)

Country Link
FR (2) FR3034199A1 (fr)
WO (1) WO2016151245A1 (fr)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107029796A (zh) * 2017-06-15 2017-08-11 上海应用技术大学 一种复合可见光催化剂的制备方法
CN109632737A (zh) * 2018-12-19 2019-04-16 济南大学 一种功能MOFs化材料与g-C3N4的联用对H2S的超灵敏检测的方法
CN111872600A (zh) * 2020-07-08 2020-11-03 中国矿业大学 一种MOFs碳化产物及制备方法和在无铅钎料改性中的应用
CN113552116A (zh) * 2021-07-14 2021-10-26 四川农业大学 基于Ag@UiO-66-NH2/CsPbBr3的电致化学发光分子印迹传感器及应用

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107128998A (zh) * 2017-06-21 2017-09-05 华南理工大学 一种去除水体中荧光增白剂‑vbl的方法
CN107162091A (zh) * 2017-06-21 2017-09-15 华南理工大学 一种去除水体中荧光增白剂‑vbl的方法
CN108982478A (zh) * 2018-06-12 2018-12-11 华中师范大学 基于氮化碳电致化学发光检测铬含量的方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009077670A1 (fr) 2007-10-01 2009-06-25 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs Nanoparticules hybrides organiques inorganiques a base de carboxylates de fer
WO2009077671A1 (fr) 2007-10-01 2009-06-25 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs Solide hybride organique inorganique a surface modifiee
WO2010043832A1 (fr) 2008-10-17 2010-04-22 Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S) Nouvelles utilisations pharmaceutiques de nanoparticules
WO2011033185A1 (fr) 2009-09-18 2011-03-24 IFP Energies Nouvelles Nouveau solide hybride organique-inorganique dmof-1-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de preparation
WO2011048280A1 (fr) 2009-10-23 2011-04-28 IFP Energies Nouvelles Nouveau solide hybride organique-inorganique mil-53-al-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de préparation
WO2011048284A1 (fr) 2009-10-23 2011-04-28 IFP Energies Nouvelles Nouveau materiau hybride organique-inorganique ihm-2 et procedes de preparation
WO2011048283A1 (fr) 2009-10-23 2011-04-28 IFP Energies Nouvelles Nouveau solide hybride organique-inorganique ihm-2-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de preparation
WO2011048282A1 (fr) 2009-10-23 2011-04-28 IFP Energies Nouvelles Nouveau solide hybride organique-inorganique cau-1-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de preparation
FR2958945A1 (fr) 2010-04-16 2011-10-21 Inst Francais Du Petrole Nouveau solide hybride organique-inorganique mil-101-fe-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de preparation

Patent Citations (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009077670A1 (fr) 2007-10-01 2009-06-25 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs Nanoparticules hybrides organiques inorganiques a base de carboxylates de fer
WO2009077671A1 (fr) 2007-10-01 2009-06-25 Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs Solide hybride organique inorganique a surface modifiee
WO2010043832A1 (fr) 2008-10-17 2010-04-22 Centre National De La Recherche Scientifique (C.N.R.S) Nouvelles utilisations pharmaceutiques de nanoparticules
WO2011033185A1 (fr) 2009-09-18 2011-03-24 IFP Energies Nouvelles Nouveau solide hybride organique-inorganique dmof-1-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de preparation
FR2950347A1 (fr) 2009-09-18 2011-03-25 Inst Francais Du Petrole Nouveau solide hybride organique-inorganique dmof-1-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de preparation
WO2011048280A1 (fr) 2009-10-23 2011-04-28 IFP Energies Nouvelles Nouveau solide hybride organique-inorganique mil-53-al-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de préparation
WO2011048284A1 (fr) 2009-10-23 2011-04-28 IFP Energies Nouvelles Nouveau materiau hybride organique-inorganique ihm-2 et procedes de preparation
WO2011048283A1 (fr) 2009-10-23 2011-04-28 IFP Energies Nouvelles Nouveau solide hybride organique-inorganique ihm-2-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de preparation
WO2011048282A1 (fr) 2009-10-23 2011-04-28 IFP Energies Nouvelles Nouveau solide hybride organique-inorganique cau-1-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de preparation
FR2951725A1 (fr) 2009-10-23 2011-04-29 Inst Francais Du Petrole Nouveau solide hybride organique-inorganique mil-53-ai-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de preparation
FR2951723A1 (fr) 2009-10-23 2011-04-29 Inst Francais Du Petrole Nouveau solide hybride organique-inorganique ihm-2-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de preparation
FR2951724A1 (fr) 2009-10-23 2011-04-29 Inst Francais Du Petrole Nouveau solide hybride organique-inorganique cau-1-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de preparation
FR2958945A1 (fr) 2010-04-16 2011-10-21 Inst Francais Du Petrole Nouveau solide hybride organique-inorganique mil-101-fe-n3 pourvu d'une fonction azoture et son procede de preparation

Non-Patent Citations (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
AM. J. PHYSIOL. REGUL. INTEGR. COMP. PHYSIOL., vol. 295, 2008, pages R1479 - 1485
ANGEWANDTE CHEMIE - INTEMATIONAL EDITION, vol. 48, 2009, pages 5163
ANGEWANDTE CHEMIE - INTERNATIONAL EDITION, vol. 48, 2009, pages 5163
CHEM. MATER, vol. 25, 2012, pages 17 - 26
CHEM. MATER., vol. 25, 2012, pages 17 - 26
CHEMICAL COMMUNICATIONS, vol. 47, 2011, pages 2838
CHEMISTRY OF MATERIALS, vol. 22, 2010, pages 6632 - 6640
COORDINATION CHEMISTRY REVIEWS, vol. 257, 2013, pages 2335 - 2347
GOTO ET AL., JOURNAL OF THE AMERICAN CHEMICAL SOCIETY, vol. 130, 2008, pages 14354
INORGANIC CHEMISTRY, vol. 47, 2008, pages 7568
INORGANIC CHEMISTRY, vol. 48, 2009, pages 296 - 306
JOURNAL OF MATERIAL CHEMISTRY, vol. 22, 2012, pages 10210
KIM ET AL., CHEMICAL SCIENCE, vol. 3, 2012, pages 126
MICROPOROUS AND MESOPOROUS MATERIALS, vol. 164, 2012, pages 38
SANJOG S. NAGARKAR ET AL: "Metal-organic framework based highly selective fluorescence turn-on probe for hydrogen sulphide", SCIENTIFIC REPORTS, vol. 4, 14 November 2014 (2014-11-14), pages 7053, XP055256273, DOI: 10.1038/srep07053 *
SCIENTIFIC REPORTS 4, no. 5870, 2014, pages 1 - 9
SCIENTIFIC REPORTS 4, vol. 7053, 2014, pages 1 - 6

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107029796A (zh) * 2017-06-15 2017-08-11 上海应用技术大学 一种复合可见光催化剂的制备方法
CN107029796B (zh) * 2017-06-15 2019-05-24 上海应用技术大学 一种复合可见光催化剂的制备方法
CN109632737A (zh) * 2018-12-19 2019-04-16 济南大学 一种功能MOFs化材料与g-C3N4的联用对H2S的超灵敏检测的方法
CN109632737B (zh) * 2018-12-19 2021-02-09 济南大学 一种功能化MOFs材料与g-C3N4的联用对H2S的超灵敏检测的方法
CN111872600A (zh) * 2020-07-08 2020-11-03 中国矿业大学 一种MOFs碳化产物及制备方法和在无铅钎料改性中的应用
CN111872600B (zh) * 2020-07-08 2021-06-08 中国矿业大学 一种MOFs碳化产物及制备方法和在无铅钎料改性中的应用
CN113552116A (zh) * 2021-07-14 2021-10-26 四川农业大学 基于Ag@UiO-66-NH2/CsPbBr3的电致化学发光分子印迹传感器及应用
CN113552116B (zh) * 2021-07-14 2023-08-18 四川农业大学 基于Ag@UiO-66-NH2/CsPbBr3的电致化学发光分子印迹传感器及应用

Also Published As

Publication number Publication date
FR3034199A1 (fr) 2016-09-30
FR3034200A1 (fr) 2016-09-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2016151245A1 (fr) Méthode de détection in vitro de h2s à partir de mof luminescent
Yang et al. Microwave-assisted synthesis of polyamine-functionalized carbon dots from xylan and their use for the detection of tannic acid
Naik et al. Nitrogen-doped carbon dots via hydrothermal synthesis: naked eye fluorescent sensor for dopamine and used for multicolor cell imaging
Shi et al. High-yield and high-solubility nitrogen-doped carbon dots: formation, fluorescence mechanism and imaging application
Stewart et al. Cathodic quantum dot facilitated electrochemiluminescent detection in blood
Guo et al. Coupling band structure and oxidation-reduction potential to expound photodegradation performance difference of biochar-derived dissolved black carbon for organic pollutants under light irradiation
CN110272734B (zh) 一种用于no检测的高量子产率碳量子点制备方法及其应用
CN110172344A (zh) 用于监测酸性环境pH的荧光碳量子点及其制备方法和应用
Tao et al. Implantable optical fiber microelectrode with anti-biofouling ability for in vivo photoelectrochemical analysis
Liu et al. A label-free fluorescent sensor based on silicon quantum dots–MnO 2 nanosheets for the detection of α-glucosidase and its inhibitor
CN109632731B (zh) 单一激发双发射的碳基生物质量子点及其制备方法和应用
US20140284528A1 (en) Semiconductor nanoparticles and fluorescent probe for biological labeling
Yang et al. Galli Gigerii Endothelium Corneum derived fluorescent carbon dots and their application as sensing platform for nitroimidazoles and cell imaging
CN112268882A (zh) 一种高选择性检测谷胱甘肽的碳点-二氧化锰纳米荧光探针的制备方法及其应用
CN108165267B (zh) 一种开关型pH荧光探针及其制备方法和应用
Niu et al. High-stability printable perovskite SERS substrates in an aqueous environment via plasmon-induced resonance energy transfer
CN102876328A (zh) 近红外体内荧光纳米粒探针及其制备方法
EP0418335B1 (fr) Procede d&#39;evaluation de l&#39;activite anti-oxydante d&#39;un agent chimique ou physique au moyen de radicaux libres
EP3765557A1 (fr) Procédé de dépôt de nanoobjets à la surface d&#39;un gel polymérique de rigidité uniforme
EP3015165A1 (fr) Matériau et procédé pour piéger, détecter et quantifier des composés soufrés volatils
Gao et al. Facile one-step photochemical synthesis of water soluble CdTe (S) nanocrystals with high quantum yields
CN110437245B (zh) 双激发双发射荧光探针CDs-COO-F及其在检测水和细胞中肼的应用
Ma et al. Improvement of the photostability of thiol-capped CdTe quantum dots in aqueous solutions and in living cells by surface treatment
KR102223267B1 (ko) 글루타티온 반응형 바이오 이미징 프로브
CN112008091A (zh) 一种高灵敏、低毒、具氧化模拟酶活性的金纳米簇制备方法与应用

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16718403

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16718403

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1