CN103551098A

CN103551098A - 一种可见光调控羟基自由基的生成方法

Info

Publication number: CN103551098A
Application number: CN201310542087.0A
Authority: CN
Inventors: 徐芳; 姚日生; 何红波; 张俊楠; 朱庭庭; 李金�; 水胜雯
Original assignee: Hefei University of Technology
Current assignee: Hefei University of Technology
Priority date: 2013-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2014-02-05

Abstract

本发明公开了一种可见光调控羟基自由基的生成方法，该方法以细胞友好、价格廉价、来源广泛的核黄素为光敏剂，在铁离子催化条件下，采用可见光激发，引发光化学反应，生成羟基自由基。该方法具有精确可控、成本低、工艺简单、易操作等显著优点，可用于肿瘤光动力学疗法、污水处理等领域。本方法所用的原料来源广泛、价格低廉，对生物体无毒。本方法实验设备简单、流程简单、易操作。本方法采用可见光激发，羟基自由基的生成可调控，在肿瘤光动力学疗法、污水处理等领域有着广阔的应用前景。

Description

一种可见光调控羟基自由基的生成方法

技术领域

本发明涉及一种可见光调控的羟基自由基生成方法，属于光化学技术领域。

背景技术

羟基自由基具有高氧化电位(2.80V)，氧化能力极强，在环境科学、生命健康、分子生物学等领域均为研究重点。其具有明显“双刃剑”特征，一方面，生物体内的过高浓度的羟基自由基可能造成生物体内DNA、蛋白质和脂质等氧化损伤，导致一系列不良症状、疾病的发生；另一方面，羟基自由基在各学科研究中有着广泛应用，具体包括：(1) 分子生物学相关领域的DNA、蛋白质以及生物小分子结构鉴定;(2) 高分子科学领域的自由基聚合；(3) 医学健康领域的光动力学疗法等。其中，在癌症相关疾病的病因与治疗手段方面，羟基自由基的“双刃剑”特征，体现尤为明显。因此，精确控制羟基自由基的生成过程，对于羟基自由基的实际使用至关重要。

目前，最常用的羟基自由基生成方法为Fenton方法，广泛应用于处理难生物降解有机污染物；以二氧化钛为代表的半导体光催化技术，也是目前国内外重点发展的羟基自由基生成方法。这类方法具有效率高、操作简单等显著优点，但也存在不足之处，如难以精确控制羟基自由基生成过程，特别是不能满足细胞研究等精密实验的要求。在精确控制方面，基于同步辐射X-射线、γ射线的羟基自由基生成方法，具有明显优势，能够精确控制羟基自由基生成过程的发生和终止。但此类设施通常成本昂贵、操作严格，给实际应用带来诸多不便；另外， X-射线、γ射线均具有极高能量，给细胞组织、小分子化合物等研究对象带来损伤；这两点限制了此类方法的大范围推广应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可见光调控的羟基自由基的生成方法，该方法具有可调控、成本低、工艺简单、易操作的优点。

本发明采用的技术方案如下：

一种可见光调控羟基自由基的生成方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：首先配制浓度为0.01mM-0.05mM的核黄素水溶液, 加入催化剂Fe²⁺或Fe³⁺离子，保持Fe²⁺或Fe³⁺离子浓度为0.0005 mM -0.002mM，调节溶液pH=3-7，然后将该溶液置于可见光光源下照射，发生光化学反应，生成羟基自由基。

所述可见光光源加载有紫外滤光片以消除紫外光。

所述光源为氙灯光源。

本发明的有益效果在于：

(1) 本方法所用的原料来源广泛、价格低廉，对生物体无毒、细胞友好。

(2) 本方法实验设备简单、流程简单、易操作。

(3) 本方法采用可见光激发，羟基自由基的生成和终止可通过光源开关控制，在肿瘤光动力学疗法、污水处理等领域有着广阔的应用前景。

附图说明

图1为不同光照时间核黄素光敏化生成羟基自由基情况；(A) 0 秒；(B) 60 秒；(C) 120 秒；(D) 180 秒。

图2为不同pH条件下(3.0、7.0、11.0)，核黄素光敏化生成羟基自由基情况：(A) Background；(B) pH=3.0；(C) pH=7.0；(D) pH=11.0，光照时间为60 秒。

图3为在Fe²⁺催化条件下(pH= 3.0)，核黄素光敏化生成羟基自由基降解硝基苯。

具体实施方式

下述实施例是对于本发明内容的进一步说明以作为对本发明技术内容的阐释，但本发明的实质内容并不仅限于下述实施例所述，本领域的普通技术人员可以且应当知晓任何基于本发明实质精神的简单变化或替换均应属于本发明所要求的保护范围。

实施例1（不同光照时间下羟基自由基的生成情况）

以超纯水为溶剂，以FeSO₄提供Fe²⁺离子。配制含核黄素浓度为0.05 mM、Fe²⁺浓度为0.001 mM、5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物浓度为100 mM的溶液，采用盐酸调节pH =3.0，装入石英样品管，进行原位电子顺磁共振谱分析检测。以氙灯光源(加载紫外滤光片，消除紫外光)照射条件下，监测羟基自由基的生成情况。在溶液体系中加入羟基自由基捕获剂(5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物)，通过电子顺磁共振谱捕获，通过电子顺磁共振谱谱图超精细分裂常数分析：a _H= a _N=14.96 G，确认羟基自由基的生成。在不同光照时间下分别采集电子顺磁共振谱光谱信号。检测结果如图1，图1 A是未光照背景信号；图1 B-D光照时间分别为60、120、180秒，可以看到在光照刚开始阶段，羟基自由基逐渐生成，电子顺磁共振谱信号增强；随着光照时间进一步延长，电子顺磁共振谱信号开始迅速下降。

造成信号下降的原因为：(1) 捕获剂在光照条件下不稳定，容易分解；(2) DMPO/羟基自由基形成的络合物，仍然不够稳定，稳定存在的寿命较短；(3) 羟基自由基极为活泼，会给捕获剂以及DMPO/羟基自由基带来一定的破坏。

实施例2（不同pH下羟基自由基的生成情况）

以超纯水为溶剂，以FeSO₄提供Fe²⁺离子。配制含核黄素浓度为0.05 mM、Fe²⁺浓度为0.001 mM、5,5-二甲基-1-吡咯啉-N-氧化物浓度为100 mM的溶液，采用盐酸和氢氧化钠调节pH值，分别为pH=3.0、7.0、11.0，装入石英样品管，进行原位电子顺磁共振谱分析检测。以氙灯光源(加载紫外滤光片，消除紫外光)照射条件下，监测羟基自由基的生成情况。光照时间为60秒，采集电子顺磁共振谱光谱信号。检测结果如图2. 试验结果表明，酸性条件或者中性条件下，在Fe²⁺离子催化条件下，核黄素光敏化能够生成羟基自由基；其中酸性条件促进羟基自由基的生成，碱性条件抑制羟基自由基的生成。

电子顺磁共振谱实验装置由电子顺磁共振波谱仪(JES-FA200，日本电子株式会社)和氙灯光源系统(500W，日本电子株式会社)组成，具体实验参数如下：

主要参数	数值
		微波频率	9.072 GHz
微波功率	2.02 mW
		扫描宽度	100 G
调制幅度	4.00 G
		可见光光强	50000 ±1000 Lux
温度	室温 (20^oC)

实施例3（通过降解硝基苯反映羟基自由基生成情况）

以超纯水为溶剂，以FeSO₄提供亚铁离子，配制含硝基苯0.025 mM、核黄素0.025 mM、Fe²⁺0.001 mM的溶液，用盐酸调节溶液至酸性条件下(pH=3.0)，以氙灯(加载紫外滤光片，消除紫外光)为光源。依次光照20分钟，避光保存30分钟，再光照20分钟；整个过程中，每隔5分钟取样，液相色谱分析溶液中硝基苯浓度的变化情况，通过硝基苯降解情况，反映羟基自由基生成情况。

液相分析实验条件：安捷伦1100型液相色谱仪，Hypersil ODS型色谱柱(5μm, 4.6*250 mm), 柱温箱温度设置为30^oC，洗脱流动相为体积比为65/35的甲醇/水，其中，水相中含0.1%的乙酸，流速设为1.0 mL/min，紫外-可见检测波长设为245 nm。检测结果如图3, 为试验过程中硝基苯浓度变化趋势，可以清晰的看到随着光照的开始，硝基苯浓度发生迅速下降，表明羟基化过程发生；光照停止，硝基苯浓度保持不变，表明羟基自由基生成停止；重新开始光照，硝基苯浓度下降趋势继续，显示羟基自由基过程重新开始。该硝基苯羟基化过程，进一步验证了羟基自由基的生成；同时，表明该羟基自由基生成方法具有可见光精确调控的显著优点。

Claims

1.一种可见光调控羟基自由基的生成方法，其特征在于，该方法具体步骤如下：首先配制浓度为0.01mM-0.05mM的核黄素水溶液, 加入催化剂Fe²⁺或Fe³⁺离子，保持Fe²⁺或Fe³⁺离子浓度为0.0005 mM -0.002mM，调节溶液pH=3-7，然后将该溶液置于可见光光源下照射，发生光化学反应，生成羟基自由基。

2.根据权利要求1所述的可见光调控羟基自由基的生成方法，其特征在于，所述可见光光源加载有紫外滤光片以消除紫外光。

3.根据权利要求1所述的可见光调控羟基自由基的生成方法，其特征在于，所述光源为氙灯光源。