焦磷酸和核苷三磷酸陰離子熒光探針的制備及其分析應(yīng)用研究.pdf

1、焦磷酸(PPi)和核苷三磷酸陰離子（NTP，其中N=A，C，G,U）在生命體的正常運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)揮必不可少的作用，因此對(duì)它們的識(shí)別與檢測(cè)具有非常重要的意義。目前文獻(xiàn)報(bào)道的有效策略是利用金屬配合物中金屬離子和磷酸根的強(qiáng)配位作用實(shí)現(xiàn)焦磷酸和核苷三磷酸陰離子的識(shí)別與檢測(cè)。但是很多作為熒光探針的金屬配合物合成步驟繁瑣，水溶性不好，且不能從眾多的含磷酸根陰離子中特異性的識(shí)別某一種。因此，尋找合成方法簡(jiǎn)單、水溶性好、選擇性好的熒光探針很有必要。本文試圖通

2、過簡(jiǎn)單的試劑制備一系列熒光探針，包括金屬配合物、金屬有機(jī)骨架和金屬納米簇，依次實(shí)現(xiàn)PPi和核苷三磷酸陰離子的高選擇性識(shí)別與檢測(cè)，具體的研究?jī)?nèi)容分為三部分。
　　 1.金屬配合物識(shí)別與檢測(cè)PPi
　　 這部分主要是利用金屬離子和PPi的強(qiáng)配位作用，包括兩個(gè)方面的內(nèi)容:
　　 (1)利用竹紅菌甲素(HA)的鋅離子配合物實(shí)現(xiàn)了選擇性識(shí)別PPi。鋅離子與HA反應(yīng)形成HA-Zn2+配合物，HA在604nm處的熒光發(fā)生猝滅，

3、同時(shí)在629nm處產(chǎn)生一個(gè)新的熒光發(fā)射峰，但該熒光發(fā)射隨著PPi的加入逐漸降低，而604nm處的熒光得以恢復(fù)，說明PPi和HA發(fā)生了配體的交換。其它的核苷酸陰離子如ATP,UTP,CTP,GTP,GDP和GMP等都不會(huì)引起HA-Zn2+產(chǎn)生類似的光譜變化，據(jù)此可以選擇性識(shí)別PPi。布爾計(jì)算(Booleancalculations)顯示，該體系可以成功用于設(shè)計(jì)分子邏輯門，且可以區(qū)分PPi和其它的核苷酸陰離子。該方法非常簡(jiǎn)單，不需要復(fù)雜的有

4、機(jī)合成。
　　 (2)2，6-雙（2-苯咪唑）吡啶(bbimp)與銅離子形成的配合物可以用于選擇性檢測(cè)PPi。該配體分子bbimp只需一步合成，簡(jiǎn)單易得，它能和銅離子形成1∶1的配合物，此時(shí)，bbimp的熒光發(fā)生猝滅。在PPi存在時(shí)，bbimp的熒光逐漸恢復(fù)，且恢復(fù)程度與PPi的濃度在一定范圍內(nèi)成線性關(guān)系，以此實(shí)現(xiàn)PPi的檢測(cè)。選擇性實(shí)驗(yàn)證明，bbimp-Cu2+配合物對(duì)PPi具有良好的選擇性。相比之下，各核苷酸陰離子，如ATP

5、,GTP,CTP,UTP,GDP等響應(yīng)較小，其它的無(wú)機(jī)陰離子幾乎無(wú)響應(yīng)。
　　 2.金屬有機(jī)骨架(MOFs)識(shí)別核苷三磷酸陰離子
　　 MOFs是一種新興的基于有機(jī)配體和金屬離子的配位作用形成的材料，在氣體的儲(chǔ)存和分離、藥物的運(yùn)載以及小分子的傳感方面有了廣泛的應(yīng)用。本論文首次將MOFs用于核苷三磷酸陰離子的識(shí)別，解決了傳統(tǒng)的金屬配合物識(shí)別核苷三磷酸陰離子時(shí)選擇性差的問題。
　　 (1)利用鋅離子和對(duì)苯二甲酸構(gòu)建的

6、發(fā)光MOF-[Zn(BDC)(H2O)2]n實(shí)現(xiàn)了腺苷三磷酸陰離子(ATP)的選擇性識(shí)別。該MOF的水分散體系在427.6nm處有明顯的熒光發(fā)射。在ATP存在時(shí)，該發(fā)射峰發(fā)生紅移，但GTP,CTP,UTP,PPi，磷酸根，醋酸根以及其它的無(wú)機(jī)陰離子等都不會(huì)引起[Zn(BDC)(H2O)2]n的熒光發(fā)射峰發(fā)生明顯紅移，說明該MOF對(duì)ATP的選擇性很好。核磁共振和拉曼光譜證明，[Zn(BDC)(H2O)2]n與ATP之間既有π-π堆垛，又有

7、配位作用，其中ATP中的腺嘌呤和磷酸根都參與了與鋅離子的配位反應(yīng)。相對(duì)于之前的金屬配合物，引入了金屬有機(jī)骨架，并以此建立了一種簡(jiǎn)單、選擇性良好的識(shí)別ATP的方法。
　　 (2)基于鋱離子的發(fā)光MOF用于高選擇性傳感胞苷三磷酸陰離子(CTP)。研究發(fā)現(xiàn)，2，3-吡嗪二羧酸和鋱離子在水熱條件下可以生成[Tb2(2，3-pzdc)2(ox)(H2O)2]n[2，3-pzdc2=2，3-吡嗪二羧酸鹽，ox2-=草酸根]。由于天線效應(yīng)的存

8、在，該MOF表現(xiàn)出強(qiáng)烈的Tb3+熒光發(fā)射。在CTP存在時(shí)，MOF的發(fā)射會(huì)逐漸被猝滅。GTP,UTP,ATP,PPi和其它無(wú)機(jī)陰離子，以及胞嘧啶、胞苷、CMP等對(duì)該MOF的熒光猝滅程度很小或者幾乎沒有猝滅，說明該發(fā)光MOF對(duì)CTP具有良好的選擇性。機(jī)理研究表明，胞嘧啶和三磷酸基團(tuán)是該選擇性響應(yīng)必不可少的兩部分。實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，與CTP反應(yīng)后，該MOF的拉曼光譜和X-射線衍射(XRD)光譜都沒有變化，說明，二者反應(yīng)后沒有明顯的化學(xué)鍵生成，而

9、且該MOF的結(jié)構(gòu)也沒有被破壞。氮?dú)馕綄?shí)驗(yàn)證明該MOF的孔徑很小，幾乎無(wú)氮?dú)馕剑ㄟ^計(jì)算得知，CTP的體積遠(yuǎn)大于氮?dú)獾捏w積，表明CTP不能進(jìn)入該MOF的孔徑，而是吸附在MOF的表面，通過阻止配體到Tb3+之間的天線效應(yīng)引起了熒光的猝滅。
　　 3.發(fā)光金屬納米簇用于核苷三磷酸陰離子的識(shí)別
　　 有機(jī)配體和金屬離子在一定條件下會(huì)發(fā)生配位反應(yīng)，當(dāng)條件改變時(shí)，二者也可能發(fā)生氧化還原反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，室溫下組氨酸和銅離子會(huì)發(fā)生配

10、位反應(yīng)，生成沒有熒光的藍(lán)色配合物。但該配合物在70℃攪拌反應(yīng)12小時(shí)后，溶液的顏色逐漸變成棕色，說明組氨酸和銅離子發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，銅離子被還原生成了銅納米簇。用350nm的紫外光激發(fā)時(shí)，有較強(qiáng)的藍(lán)綠色熒光發(fā)射;在GTP存在時(shí)，銅簇的熒光會(huì)發(fā)生一定程度的猝滅。與ATP,CTP和UTP相比，GTP對(duì)銅納米簇的猝滅程度最大，其它的無(wú)機(jī)陰離子包括PPi、磷酸根、醋酸根等都不會(huì)猝滅銅簇的熒光，據(jù)此可實(shí)現(xiàn)GTP的選擇性識(shí)別。該體系報(bào)道了一種一步

11、法合成發(fā)光銅納米簇的方法，不需要氮?dú)獗Ｗo(hù)，不需要模板分子;利用堿基還原性的差異，首次將發(fā)光銅簇用于核苷三磷酸陰離子的識(shí)別。
　　 總而言之，本論文建立了簡(jiǎn)單而高選擇性的識(shí)別與檢測(cè)PPi和核苷三磷酸陰離子的分析方法。除了金屬配合物，還引入了兩種新的熒光探針——金屬有機(jī)骨架和發(fā)光銅納米簇，并成功用于含磷酸根陰離子的選擇性識(shí)別中。本文解決了探針合成步驟繁瑣以及選擇性差的問題。實(shí)驗(yàn)證明，通過一步法合成的探針一樣可以高選擇性的識(shí)別含磷酸根