CN101430280A - 一种定性检测高半胱氨酸的磷光化学传感器及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及化学传感器技术领域，具体涉及一种定性检测高半胱氨酸的磷光化学传感器及其应用。该铱配合物的醛基能与高半胱氨酸中的氨基和巯基发生环化反应转变成六元杂环，转变成另一个化合物，最初的铱配合物中存在醛基与苯环共轭，表现为较弱的红色荧光，而在反应后形成的化合物中，无醛基的共轭存在，表现为强的绿色荧光。利用紫外、磷光光谱来检测该配合物对高半胱氨酸的识别结果表明，该配合物对高半胱氨酸有特异性的响应，灵敏度高，可进行肉眼识别，更重要的是配合物能将与高半胱氨酸结构非常相似的半胱氨酸区分开。
Description
技术领域
本发明涉及化学传感器技术领域，具体涉及一种定性检测高半胱氨酸的磷光化学传感器及其应用。
背景技术
近年来，高半胱氨酸在临床上的应用主要作为心血管疾病，尤其是冠状动脉粥硬化和心肌梗塞的危险指标，它的浓度升高程度与疾病的危险性成正比。另外，根据高半胱氨酸的代谢特点，维生素B12、叶酸缺乏症以及遗传性N5甲基四氢叶酸转甲基酶、胱硫醚-β-合成酶基因缺陷也与高半胱氨酸浓度有密切关系，但这些因素与心血管疾病的联系还有待进一步研究。
目前，同型半胱氨酸最主要的两种检测方法是高效液相(HPLC)方法以及荧光偏振免疫检测(FPLA)方法。目前已经商品化的Hcy检测仪是英国DREW公司DS30型HPLC检测仪和美国Abbott公司imx型FPIA分析仪，但是这两种仪器价格昂贵，短时期内不易普及。而且，这两家公司的Hcy试剂盒价格为120-130元/人次，作为一项常规的检测项目，这样的检测费用明显偏高。
目前，荧光技术由于其固有的灵敏度高而操作简单等优点已广泛应用于各种类型的、各种检测对象的光化学传感器的设计与研制之中。近两年来，人们开始关注设计合成对同型半胱氨酸(Hcy)及其类似物半胱氨酸(Cys)具有响应的荧光传感器，遗憾的是实验室目前发展的几类荧光探针均不能有效区分半胱氨酸和同型半胱氨酸，到目前为止还没有发现一种可以特异性识别高半胱氨酸的荧光化学传感器。因此设计、合成一种能够对高半胱氨酸具有特异性响应的荧光化学传感分子是一项具有挑战性的工作。
近年来，以磷光重金属配合物为化学传感器引起了人们的很大兴趣，这是因为磷光重金属配合物具有以下几个特点：发射波长随所处环境的变化而发生变化；与有机磷光材料相比，磷光重金属配合物具有较大的Stokes位移和较长的发射寿命，长的发射寿命有利于使用时间分辨技术使磷光信号与背景的磷光信号相区分。目前已有一些磷光重金属配合物，如铂、铼和钌配合物，被用作检测阴离子、氧浓度和金属离子的磷光化学传感器。然而作为性能最好的磷光材料，铱配合物却很少被用作化学传感器。这类配合物室温下就有很强的磷光，其磷光寿命(微秒级)比通常的磷光寿命(纳秒级)长几个数量级。到目前为止，只有少数铱配合物被用作检测氧浓度和钙离子，还没有关于检测氨基酸的铱配合物报道。
发明内容
本发明的目的在于用一种铱配合物作为磷光化学传感器定性检测半水溶液中的高半胱氨酸，以解决高半胱氨酸的实时检测的技术问题。
本发明提出的一种定性检测半水溶液中高半胱氨酸的磷光化学传感器是指配体含有醛基的铱配合物，其具体结构式如下：
本发明所提出的磷光化学传感器铱配合物的制备方法，其具体步骤如下：
1.首先制备铱二氯桥的配合物(pba)2Ir(μ-Cl)2Ir(pba)，称取IrCl3·3H2O和相应的环金属化C^N配体4-(2-吡啶)-苯甲醛加入到双颈瓶中，二者的摩尔比为0.2～2：1，最佳摩尔比为0.5：1。在双排管上抽真空-充氮气或者氩气-抽真空，循环三次，最后用氮气或者氩气保护反应体系。用注射器注入2-乙氧基乙醇和水的混合物，二者体积比为1～5：1，最佳体积比为3：1。然后将反应混合物加热至80～140℃，最佳反应温度为110℃。搅拌反应1～24小时，有沉淀生成。反应停止后将反应混合物降至室温，过滤得到沉淀。所得沉淀分别用水、乙醇洗，得到红色固体铱二氯桥化合物(pba)2Ir(μ-Cl)2Ir(pba)2，pba为4-(2-吡啶)-苯甲醛。
2.而后制备目标配合物。称取铱二氯桥化合物和乙酰丙酮配体加入到双颈瓶中，摩尔比为1～0.25：1，最佳摩尔比为0.5：1。在双排管上抽真空-充氮气或者氩气-抽真空，循环三次，最后用氮气或氩气保护反应体系。用注射器注入2-乙氧基乙醇，将反应混合物加热至40～110℃，搅拌反应1～24小时，最佳反应时间为12小时，有沉淀生成。反应停止后将反应混合物降至室温，过滤得到沉淀，晾干后柱层析(二氯甲烷/丙酮＝45：1)分离得到所述磷光化学传感器铱配合物的纯品。
该铱配合物的醛基能与高半胱氨酸中的氨基和巯基发生环化反应转变成六元杂环，转变成另一个化合物，反应式如下。最初的铱配合物中存在醛基与苯环共轭，表现为较弱的红色
荧光，而在反应后形成的化合物中，无醛基的共轭存在，表现为强的绿色荧光。
铱配合物对高半胱氨酸响应的紫外光谱测试：紫外光谱的测定是在DMSO(二甲亚砜)和HEPES(4-羟乙基哌嗪乙磺酸)缓冲溶液中进行的，将铱配合物溶于DMSO和HEPES缓冲溶液的混合溶液中，再加入不同浓度的用HEPES配制的高半胱氨酸溶液。达到平衡后测试。
铱配合物对高半胱氨酸响应的磷光光谱测试：磷光光谱的测定是在DMSO和HEPES的缓冲溶液中进行的，将铱配合物溶于DMSO和HEPES缓冲溶液的混合溶液中，再加入不同浓度的用HEPES配制的高半胱氨酸溶液。达到平衡后测试。
本发明提出的的磷光化学传感器其优点在于，对高半胱氨酸具有特异性，无其它氨基酸、尤其是半胱氨酸的干扰，因为在铱配合物与半胱氨酸(Cys)反应所形成的产物中，存在硫原子到铱发光中心的光诱导电子的转移，从而淬灭了铱配合物的发光。铱配合物的溶液在365nm激发时发出微弱的红光，而在与高半胱氨酸作用后发出很强的绿色磷光，其它的氨基酸对之没有干扰，发光寿命达750ns。
附图说明
图1为铱配合物对高半胱氨酸响应的紫外光谱及颜色变化。最大吸收峰下降，颜色由桔红色变为黄色。横坐标为吸收波长，纵坐标为吸收强度。
图2为铱配合物对高半胱氨酸响应的磷光光谱变化。最大发射波长蓝移约100nm，荧光强度增强13倍。横坐标为发射波长，纵坐标为发射强度。
图3为铱配合物对21种氨基酸及一种小肽响应的磷光光谱选择性测试。只有高半胱氨酸使得体系的发光显著增强。横坐标代表不同氨基酸及小肽，1—22分别是高半胱氨酸，L-半胱氨酸，谷胱甘肽，L-组氨酸，L-亮氨酸，L-天冬氨酸，L-精氨酸，L-色氨酸，L-苏氨酸，L-脯氨酸，L-异亮氨酸，L-酪氨酸，L-蛋氨酸，L-缬氨酸，L-丙氨酸，L-苯丙氨酸，L-谷氨酰胺，L-谷氨酸，L-丝氨酸，L-羟脯氨酸，L-赖氨酸及L-甘氨酸。纵坐标代表磷光发射强度。
图4为铱配合物对21种氨基酸及一种小肽响应的磷光照片。与高半胱氨酸作用后在365nm紫外光激发下发光颜色由红色变为很强的绿色，而对于其它氨基酸，体系发光没有明显变化。
具体实施方式
实施例1
铱配合物的制备：称取IrCl3·3H2O(5.52mmol)和相应的环金属化C＾N配体4-(2-吡啶)-苯甲醛(11.04mmol)加入到双颈瓶中，在双排管上抽真空-充氮气-抽真空，循环三次，最后用氮气保护反应体系。用注射器注入2-乙氧基乙醇和水的混合物(3:1，v/v)后，将反应混合物加热至110℃，搅拌反应约24小时，有沉淀生成。反应停止后将反应混合物降至室温，过滤得到沉淀。所得沉淀分别用水、乙醇洗，得到红色固体铱二氯桥化合物(pba)2Ir(μ-Cl)2Ir(pba)2。称取铱二氯桥化合物(0.16mmol)和乙酰丙酮配体(0.32mmol)加入到双颈瓶中，在双排管上抽真空-充氮气-抽真空，循环三次，最后用氮气保护反应体系。用注射器注入2-乙氧基乙醇，将反应混合物加热至110℃，搅拌反应约12小时，有沉淀生成。反应停止后将反应混合物降至室温，过滤得到沉淀，晾干后柱层析(二氯甲烷/丙酮＝45:1)分离得到纯品。1H NMR(400MHz，DMSO-d6，TMS)：δ 9.61(s，2H)，8.50(d，J)5.2Hz，2H)，8.35(d，J)8.0Hz，2H)，8.11-8.07(m，2H)，7.96(d，J)8.0Hz，2H)，7.58-7.54(m，2H)，7.33(dd，J)7.2and 1.6Hz，2H)，6.57(d，J)1.6Hz，2H)，5.31(s，1H)，1.74(s，6H).IR(KBr，cm-1)：1682(vHC＝o)，2705(vHC＝O).MS(ESI-MS)：m/z 656(M+)。
实施例2
铱配合物对高半胱氨酸响应的紫外光谱测试：将目标铱配合物溶于DMSO和HEPES的缓冲溶液当中，HEPES的浓度为50mmol/L，二者体积比为9：1，混合溶液pH值为7.2，铱配合物的浓度为20μmol/L，而后加入等体积的0—200eq的HEPES缓冲液配置的高半胱氨酸溶液。待平衡以后，测定紫外光谱。实验结果见图1。
实施例3
铱配合物对高半光氨酸响应的磷光光谱测试：将目标铱配合物溶于DMSO和HEPES的缓冲溶液当中，HEPES的浓度为50mmol/L，二者体积比为9：1，混合溶液pH值为7.2，铱配合物的浓度为20μmol/L，而后加入等体积的0—200eq的HEPES缓冲液配置的高半胱氨酸溶液。待平衡以后，测定磷光光谱。实验结果见图2。
实施例4
选择性测试：将铱配合物溶于DMSO中，浓度为20μmol/L，加入200倍当量的不同氨基酸及小肽，氨基酸分别是高半胱氨酸，L-半胱氨酸，谷胱甘肽，L-组氨酸，L-亮氨酸，L-天冬氨酸，L-精氨酸，L-色氨酸，L-苏氨酸，L-脯氨酸，L-异亮氨酸，L-酪氨酸，L-蛋氨酸，L-缬氨酸，L-丙氨酸，L-苯丙氨酸，L-谷氨酰胺，L-谷氨酸，L-丝氨酸，L-羟脯氨酸，L-赖氨酸及L-甘氨酸。达平衡后测试。实验结果见图3及图4。
Claims (3)
1.一种定性检测高半胱氨酸的磷光化学传感器，具体来说是一种含醛基的铱配合物，其特征在于结构式如下：
2.一种如权利要求1所述的磷光化学传感器的制备方法，其特征在于制备步骤如下：
(1)首先制备铱二氯桥的配合物(pba)2Ir(μ-Cl)2Ir(pba)，称取IrCl3·3H2O和相应的环金属化C^N配体4-(2-吡啶)-苯甲醛加入到双颈瓶中，二者的摩尔比为0.2～2：1，用氮气或者氩气保护反应体系，再注入2-乙氧基乙醇和水的混合物，二者体积比为1～5：1，将反应混合物加热至80～140℃，搅拌反应1～24小时，有沉淀生成，反应停止后将反应混合物降至室温，过滤得到沉淀，将沉淀分别用水、乙醇洗，得到红色固体铱二氯桥化合物(pba)2Ir(μ-Cl)2Ir(pba)2，其中pba为4-(2-吡啶)-苯甲醛；
(2)然后制备目标配合物，称取步骤(1)制得的铱二氯桥化合物和乙酰丙酮配体加入到双颈瓶中，摩尔比为1～0.25：1，用氮气或氩气保护反应体系，向体系中注入2-乙氧基乙醇，将反应混合物加热至40～110℃，搅拌反应1～24小时，有沉淀生成，反应停止后将反应混合物降至室温，过滤得到沉淀，晾干后用二氯甲烷/丙酮＝45:1作为洗脱剂柱层析分离得到所述磷光化学传感器铱配合物的纯品。
3.一种如权利要求1所述的磷光化学传感器在检测高半胱氨酸中的应用，其特征在于检测高半胱氨酸是在DMSO和HEPES的缓冲溶液中进行。
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