以石英晶體微天平研究尿液中三聚氰胺與三聚氰酸層層自組裝相互作用

謝云峰，黃嫣嫣，王蔚芝，劉國詮，趙 睿

（活體分析化學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，中國科學(xué)院化學(xué)研究所，北京100190）

近年來發(fā)生的三聚氰胺食品污染事件引起了人們的廣泛關(guān)注，動(dòng)物實(shí)驗(yàn)證實(shí)三聚氰胺與其共存物三聚氰酸結(jié)合生成難溶于水的超分子復(fù)合物是導(dǎo)致泌尿系統(tǒng)結(jié)石的可能原因[1]。因此，研究三聚氰胺與三聚氰酸在生理環(huán)境下的動(dòng)態(tài)結(jié)合特性將有助于在分子水平理解三聚氰胺結(jié)石的形成機(jī)理。

石英晶體微天平（QCM）是一種基于壓電效應(yīng)的高靈敏質(zhì)量傳感器，無需標(biāo)記即可檢測(cè)電極表面納克級(jí)的質(zhì)量變化。將其與流動(dòng)注射分析（FIA）相結(jié)合，通過監(jiān)測(cè)QCM的質(zhì)量感應(yīng)變化可對(duì)分子間相互作用進(jìn)行實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)跟蹤與分析[2]。該文采用流動(dòng)注射-石英晶體微天平（FIA-QCM）開展了三聚氰胺（M）與三聚氰酸（CA）在人工尿液中的動(dòng)態(tài)相互作用研究。將M分子固定于QCM傳感器表面作為識(shí)別元件，基于M與CA結(jié)構(gòu)高度對(duì)稱的特性，通過層層自組裝的方式在QCM電極表面成功構(gòu)筑了具有多層結(jié)構(gòu)的MCA復(fù)合物以模擬體內(nèi)結(jié)石的形成過程。利用FIA-QCM技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)了層層自組裝過程中M與CA的相互作用，并測(cè)定了相關(guān)的動(dòng)力學(xué)常數(shù)。考察了pH值對(duì)M與CA相互作用的影響，發(fā)現(xiàn)在pH5.5～pH6.5條件下，M與CA可以形成穩(wěn)定的多層復(fù)合物，并且在生理尿液環(huán)境中（pH6.0），M與CA的結(jié)合能力最強(qiáng)，其結(jié)合常數(shù)在102L mol-1水平，遠(yuǎn)大于常見互補(bǔ)氫鍵分子在水溶液中的結(jié)合常數(shù)[3]。此外，還采用X-光電子能譜（XPS）、傅立葉紅外光譜（FT-IR）和原子力顯微鏡（AFM）等多種表面分析技術(shù)對(duì)M-CA復(fù)合物的性質(zhì)、形貌進(jìn)行了表征。通過測(cè)定CA與M作用前后N、O元素結(jié)合能的變化，確認(rèn)了QCM電極表面M-CA復(fù)合物的形成；由QCM電極表面M-CA復(fù)合物的FT-IR光譜證實(shí)了氫鍵作用是M-CA層層自組裝的主要驅(qū)動(dòng)力；AFM觀察到M與CA容易聚集形成團(tuán)簇并且隨著M與CA依次交替吸附，M-CA復(fù)合物顆粒尺寸呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)。該研究直接觀測(cè)了生理?xiàng)l件下M與CA的動(dòng)態(tài)相互作用，表明M-CA多層復(fù)合物的形成主要是M與CA分子間氫鍵相互作用的結(jié)果，為三聚氰胺相關(guān)腎臟結(jié)石的機(jī)理研究提供了有價(jià)值的信息。

（略）