焦磷酸和核苷三磷酸陰離子熒光探針的制備及其分析應用研究.pdf

1、焦磷酸(PPi)和核苷三磷酸陰離子（NTP，其中N=A，C，G,U）在生命體的正常運轉(zhuǎn)中發(fā)揮必不可少的作用，因此對它們的識別與檢測具有非常重要的意義。目前文獻報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配位作用實現(xiàn)焦磷酸和核苷三磷酸陰離子的識別與檢測。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別某一種。因此，尋找合成方法簡單、水溶性好、選擇性好的熒光探針很有必要。本文試圖通

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

3、同時在629nm處產(chǎn)生一個新的熒光發(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，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等都不會引起HA-Zn2+產(chǎn)生類似的光譜變化，據(jù)此可以選擇性識別PPi。布爾計算(Booleancalculations)顯示，該體系可以成功用于設計分子邏輯門，且可以區(qū)分PPi和其它的核苷酸陰離子。該方法非常簡單，不需要復雜的有

4、機合成。
　　 (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PPi。該配體分子bbimp只需一步合成，簡單易得，它能和銅離子形成1∶1的配合物，此時，bbimp的熒光發(fā)生猝滅。在PPi存在時，bbimp的熒光逐漸恢復，且恢復程度與PPi的濃度在一定范圍內(nèi)成線性關系，以此實現(xiàn)PPi的檢測。選擇性實驗證明，bbimp-Cu2+配合物對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等響應較小，其它的無機陰離子幾乎無響應。
　　 2.金屬有機骨架(MOFs)識別核苷三磷酸陰離子
　　 MOFs是一種新興的基于有機配體和金屬離子的配位作用形成的材料，在氣體的儲存和分離、藥物的運載以及小分子的傳感方面有了廣泛的應用。本論文首次將MOFs用于核苷三磷酸陰離子的識別，解決了傳統(tǒng)的金屬配合物識別核苷三磷酸陰離子時選擇性差的問題。
　　 (1)利用鋅離子和對苯二甲酸構(gòu)建的

6、發(fā)光MOF-[Zn(BDC)(H2O)2]n實現(xiàn)了腺苷三磷酸陰離子(ATP)的選擇性識別。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，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機陰離子等都不會引起[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。相對于之前的金屬配合物，引入了金屬有機骨架，并以此建立了一種簡單、選擇性良好的識別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]。由于天線效應的存

8、在，該MOF表現(xiàn)出強烈的Tb3+熒光發(fā)射。在CTP存在時，MOF的發(fā)射會逐漸被猝滅。GTP,UTP,ATP,PPi和其它無機陰離子，以及胞嘧啶、胞苷、CMP等對該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CTP具有良好的選擇性。機理研究表明，胞嘧啶和三磷酸基團是該選擇性響應必不可少的兩部分。實驗進一步發(fā)現(xiàn)，與CTP反應后，該MOF的拉曼光譜和X-射線衍射(XRD)光譜都沒有變化，說明，二者反應后沒有明顯的化學鍵生成，而

9、且該MOF的結(jié)構(gòu)也沒有被破壞。氮氣吸附實驗證明該MOF的孔徑很小，幾乎無氮氣吸附，通過計算得知，CTP的體積遠大于氮氣的體積，表明CTP不能進入該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別
　　 有機配體和金屬離子在一定條件下會發(fā)生配位反應，當條件改變時，二者也可能發(fā)生氧化還原反應。研究發(fā)現(xiàn)，室溫下組氨酸和銅離子會發(fā)生配

10、位反應，生成沒有熒光的藍色配合物。但該配合物在70℃攪拌反應12小時后，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，銅離子被還原生成了銅納米簇。用350nm的紫外光激發(fā)時，有較強的藍綠色熒光發(fā)射;在GTP存在時，銅簇的熒光會發(fā)生一定程度的猝滅。與ATP,CTP和UTP相比，GTP對銅納米簇的猝滅程度最大，其它的無機陰離子包括PPi、磷酸根、醋酸根等都不會猝滅銅簇的熒光，據(jù)此可實現(xiàn)GTP的選擇性識別。該體系報道了一種一步

11、法合成發(fā)光銅納米簇的方法，不需要氮氣保護，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別。
　　 總而言之，本論文建立了簡單而高選擇性的識別與檢測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。實驗證明，通過一步法合成的探針一樣可以高選擇性的識別含磷酸根