一種用于檢測(cè)硫化氫和生物硫醇化學(xué)傳感器的合成與應(yīng)用

夏玉婷,江 波,胡慶紅,袁澤利

(遵義醫(yī)學(xué)院 藥學(xué)院無機(jī)化學(xué)教研室，貴州 遵義 563099)

H2S和高半胱氨酸(Hcy)、半胱氨酸(Cys)及谷胱甘肽(GSH)等生物硫醇小分子在人的生理活動(dòng)中起著重要作用。如硫化氫(H2S)是繼一氧化氮(NO)和一氧化碳(CO)被發(fā)現(xiàn)后的第三種氣體信號(hào)分子，在許多生理過程中扮演著重要角色。一些疾病如肝硬化、肺動(dòng)脈高壓和阿爾茨海默病等均與細(xì)胞內(nèi)H2S的失衡有關(guān)[1-2]。而高/半胱氨酸是維持細(xì)胞和組織生長(zhǎng)，以及生物氧化還原平衡的重要物質(zhì)[3-5]，其體內(nèi)含量異常與帕金森綜合癥、各種心血管疾病、肝損傷、癌癥以及阿爾茲海默病等多種疾病密切相關(guān)[3-5]。谷胱甘肽在維持細(xì)胞還原環(huán)境的過程中起著氧化還原調(diào)節(jié)器的角色，具有維持細(xì)胞內(nèi)的還原環(huán)境和保護(hù)細(xì)胞器免受活性氧的損壞作用[6-7]。因此，對(duì)H2S和生物硫醇進(jìn)行檢測(cè)具有十分重要的作用。目前應(yīng)用毛細(xì)管電泳法[6-7]、質(zhì)譜法[8]、電化學(xué)法[9]等方法對(duì)這些生物硫醇小分子進(jìn)行含量測(cè)定。與上述方法相比，近年發(fā)展起來的化學(xué)傳感器為主體的分析法具有前處理簡(jiǎn)便、靈敏度高、信號(hào)可調(diào)、無損、實(shí)時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，成為對(duì)小分子檢測(cè)的研究熱點(diǎn)[10-11]。與普通熒光探針相比，比率熒光探針具有自參比特征，可有效避免來自環(huán)境的干擾，提高檢測(cè)的準(zhǔn)確度。為此，研究者們競(jìng)相設(shè)計(jì)開發(fā)新的化學(xué)傳感器分子應(yīng)用于生物硫醇的比率檢測(cè)，如劉長(zhǎng)輝等[12]最近制備了一個(gè)近紅外的花箐染料分子并成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)高/半胱氨酸的比率檢測(cè)，并將其應(yīng)用于血清中高/半胱氨酸的測(cè)定取得了良好的效果。但該方法僅能實(shí)現(xiàn)對(duì)高/半胱氨酸的雙功能檢測(cè)。為在同一傳感器分子能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)3個(gè)或以上的生物硫醇小分子的定性定量檢測(cè)，本文基于硝基苯呋喃基團(tuán)(NBD)極易與硫離子和生物硫醇的親核并反應(yīng)特性，以1,8-萘二甲酸酐為母核，設(shè)計(jì)合成了一個(gè)新的化學(xué)傳感器L(合成路線見圖1)，考察其對(duì)生物硫醇小分子的選擇性識(shí)別性能和識(shí)別機(jī)理，并將其應(yīng)用于人體血清樣品的測(cè)定。

圖1 傳感器L的合成路線

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑 Agilent 400 MR DD2核磁共振儀(美國(guó)安捷倫公司); Varian 1000 FT-IR紅外光譜儀(美國(guó)安捷倫公司)；Varian Carry熒光分光光度計(jì)(美國(guó)安捷倫公司)；Micromass LCT PremierXE高分辨質(zhì)譜儀(美國(guó)沃特世公司); TU-1901雙光束紫外可見分光光度計(jì)(北京普析通用儀器有限責(zé)任公司)；ABSCIEX QTRAP4000 LC-MS/MS質(zhì)譜儀(ABSCIEX公司); P230型高效液相色譜儀(大連伊利特分析儀器有限公司)。

4-溴1,8-萘二甲酸酐(分析純)、對(duì)苯二酚(分析純)、4-氯-7-硝基苯并呋喃(分析純)、Na2S(分析純)、半胱氨酸(分析純)、高半胱氨酸(分析純)及還原谷胱甘肽(分析純)均購(gòu)自安奈吉或百靈威試劑公司，其他試劑及合成所需溶劑均為分析純，如未特殊說明使用前均未進(jìn)行純化處理。實(shí)驗(yàn)用水為超純水(電阻率：18.3 MΩ·cm)。血清樣品來自于遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科。

1.2 目標(biāo)傳感器L的合成 中間體1的合成：將2.76 g(10 mmol)的4-溴-1,8-萘二甲酸酐溶于30 mL吡啶，在氮?dú)庀戮徛渭雍?.18 g(20 mmol)間氨基酚的20 mL吡啶溶液，于30 min內(nèi)滴完，繼續(xù)在60 ℃下攪拌反應(yīng)20 min。另稱取1.22 g(10 mmol)醋酸鋅溶解于20 mL吡啶后加入上述反應(yīng)液中，60 ℃下攪拌反應(yīng)24 h，冷卻后將其傾倒入300 mL的水中，過濾，用水充分洗滌濾餅，真空干燥得咖啡色固體，產(chǎn)率79.2%。1H NMR(DMSO-d6，400 MHz)，δ:9.68 (s，1H，OH)，8.58(s，1H，Ar-H)，8.32～8.34 (d,1H，J=6.6 Hz，Ar-H)，8.24～8.25(d，1H，J=6.6 Hz，Ar-H),8.02 (s，1H，Ar-H),7.14 ～7.16 (d,2H，J=7.4 Hz，Ar-H)，6.87～6.89(d，2H,J=7.4 Hz，Ar-H);13C NMR (DMSO-d6，100MHz)δ:163.38,163.33,157.20,131.59,130.97,129.85，128.86，126.61，122.71,115.40; MS,C18H10BrNO3的理論計(jì)算值:368.2，實(shí)驗(yàn)值:368.3。

L的合成：將0.36 g(10 mmol)的4-氯-7-硝基苯并呋喃和0.19 g(10 mmol)的中間體1溶解于15 mL無水N,N-二甲基甲酰胺(DMF)中攪拌溶解，再加入250 μL 三乙胺，室溫下攪拌反應(yīng)3 h，將反應(yīng)液倒入50 mL 冰水中，有固體析出，用乙酸乙酯萃取，飽和 NaCl溶液洗滌，再經(jīng)無水硫酸鈉干燥后，減壓除去溶劑，所得固體用水、甲醇洗滌數(shù)次，得棕色粉末狀固體，產(chǎn)率37.5%，m.p.:314～316℃.1H NMR (DMSO-d6，400 MHz)δ:8.74～8.76 (d，2H，J=8.4 Hz，Ar-H)，8.61～8.65(t，2H，J=7.2Hz，Ar-H)，8.37～8.39(d，1H，J=7.9 Hz，Ar-H)，8.28-8.30(d， 1H,J=7.9 Hz，Ar-H),8.04-8.08 (m，1H，Ar-H),7.58～7.65 (dd，4H，J=18.6，8.9 Hz,Ar-H).13C NMR (DMSO-d6,100 MHz)δ:163.35,13.29,157.20,149.69,131.56,129.04,128.69,123.91,122.66,115.39.HR-MS(ESI-MS),C24H11BrN4O6+H+的計(jì)算值：530.994 0,實(shí)驗(yàn)值:530.994 8; FT-IR(4 000～400 cm-1,KBr):3 468,3 416,3 080,2 919,1 672,1 637,1 618,1 572,1 538,1 487,1 401,1 269,1 195,1 098,997,858,747。

1.4 紫外-可見吸收光譜和熒光光譜的測(cè)定 本文依據(jù)文獻(xiàn)慣例以S2-作為H2S識(shí)別性能考察[13]。將傳感器L及其分別與1.3中所述及的陰離子或氨基酸配置成所需濃度的溶液10 mL。測(cè)其紫外-可見光譜和熒光光譜(狹縫寬度均為5 nm，電壓為中等)。

1.5 氫核磁共振滴定及質(zhì)譜測(cè)試 分別稱取0.53 g傳感器L置于5 支核磁管中，分別用少量DMSO-d6:D2O(v∶v=9∶1)溶解后，再分別加入0.2倍、0.5 倍、1.0 倍、2.0倍的硫化鈉、半胱氨酸、高半胱氨酸和谷胱甘肽，用DMSO-d6:D2O (v∶v=9∶1)補(bǔ)足核磁管內(nèi)溶液均為600 μL。搖勻后分別于室溫下立即測(cè)定其核磁共振氫譜圖。將上述測(cè)試物的最后一支核磁管于液質(zhì)聯(lián)用上以乙腈為流動(dòng)相測(cè)其質(zhì)譜。

1.6 HPLC測(cè)試 分別稱取5 mg傳感器L置于3支5 mL容量瓶中，分別用色譜純DMSO:甲醇(v:v=11)溶解后定容至5 mL。再分別取1.5 mL傳感器L溶液置于3支5 mL容量瓶中，再分別加入1.0倍的硫化鈉、半胱氨酸、高半胱氨酸和谷胱甘肽，用色譜純甲醇補(bǔ)足容量瓶?jī)?nèi)溶液均為5 mL。搖勻后分別于室溫下靜置0.5 h時(shí)后，用甲醇:水(v∶v=9∶1)為流動(dòng)相測(cè)其高效液相色譜。

1.7 血清樣品中S2-和生物硫醇的測(cè)定 將血清樣品用Tris-HCl緩沖溶液(20 mmol/L,pH 7.4)稀釋1倍,經(jīng)蛋白沉淀后置于5 ℃?zhèn)溆?。測(cè)定時(shí)取上層清液500 μL,加入1.0 μmol/L的傳感器L儲(chǔ)備液，混勻后再加入一定量的硫化鈉、半胱氨酸、高半胱氨酸和谷胱甘肽儲(chǔ)備液。對(duì)H2S和GSH的測(cè)定以Tris-HCl緩沖溶液為參比分別在576 nm和426 nm處測(cè)其吸光度。高/半胱氨酸的測(cè)定以481 nm激發(fā)，測(cè)試543 nm處熒光強(qiáng)度,激發(fā)和發(fā)射狹縫均為5 nm，電壓為中等并保持不變。

2 結(jié)果

2.1 傳感器L識(shí)別性能

2.1.1 傳感器L選擇性 傳感器L分別與1.3中述及的陰離子和氨基酸混合后的紫外-可見光譜和熒光光譜示于圖2。由圖2A可以看出，在受試范圍內(nèi)的陰離子中僅有S2-與傳感器混合后紫外-可見光譜在576 nm處產(chǎn)生了一個(gè)新的且強(qiáng)度很大的吸收峰，這說明L與S2-發(fā)生了某種作用。同時(shí)，L與S2-混合后的溶液顏色也迅即由無色變?yōu)樽霞t色，而其余受試范圍內(nèi)的陰離子未見變化(見圖3)。說明L對(duì)S2-具有高的特異選擇性，且能實(shí)現(xiàn)裸眼快速定性對(duì)S2-的比色檢測(cè)。上述體系在熒光光譜測(cè)試卻未有熒光發(fā)射光譜產(chǎn)生。由圖2B可以看出，在受試范圍內(nèi)的18種氨基酸與傳感器L混合物中，高半胱氨酸和半胱氨酸在481 nm處引起了顯著的吸光度增強(qiáng)，而L與谷胱甘肽作用后在426 nm處產(chǎn)生了顯著的吸光度增強(qiáng)。有趣的是，半胱氨酸與L混合物的溶液顏色由無色變?yōu)槌赛S色，且該現(xiàn)象與半胱氨酸的濃度相關(guān)，隨著Cys濃度的逐漸增加，溶液顏色由無色變?yōu)榫萍t色，最后達(dá)到2.0倍于L后變?yōu)槌壬?見圖3),在相同條件下，Hcy和GSH與L混合后溶液顏色無變化(見圖3)。表明L可以用于半胱氨酸的裸眼快速比色檢測(cè)。因此，傳感器L可用于H2S、GSH和Hcy/Cys具有高的選擇性和特異性檢測(cè)，尤其能對(duì)H2S和Cys進(jìn)行裸眼比色定性檢測(cè)。

圖2 傳感器L與不同陰離子(A)和不同氨基酸(B)作用前后的紫外-可見光譜圖

從左往右：L,L+S2-,L+Hcy,L+Cys和L+GSH。圖3 傳感器L及其分別與S2-、Hcy、Cys和GSH作用前后的顏色變化

在上述條件下，進(jìn)一步測(cè)試了傳感器L與18種陰離子和18種氨基酸作用前后的熒光光譜(見圖4)。結(jié)果表明：傳感器L僅與Hcy、Cys及GSH作用后在543 nm產(chǎn)生了新的熒光發(fā)射峰，熒光強(qiáng)度分別增加了148、58和9倍，而剩余氨基酸及陰離子均未見新的熒光發(fā)射峰產(chǎn)生。這表明3種生物硫醇與L發(fā)生的反應(yīng)順序?yàn)镠cy>Cys>GSH。此外，從圖5可見，在365 nm紫外燈照射下，L與Hcy作用后的溶液顯示出非常顯著的黃色熒光。因此，可將傳感器L對(duì)Hcy具有熒光識(shí)別的高選擇性。

圖4 傳感器L(5 μM)與S2-及不同氨基酸(每個(gè)濃度均為50 μM)作用前后的熒光光譜圖

從左往右：L,L+S2-,L+Hcy,L+Cys和L+GSH。圖5 傳感器L(5 μM)及其分別與S2-、Hcy、Cys和GSH(每個(gè)濃度均為50 μM)作用前后溶液在365 nm紫外燈照射下的顏色變化

以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，傳感器L可以作為紫外-可見光譜響應(yīng)識(shí)別S2-、Cys和GSH，而熒光光譜可作為對(duì)Hcy的特異響應(yīng)識(shí)別，且對(duì)S2-和Cys可以實(shí)現(xiàn)裸眼的紫紅色和橙黃色定性檢測(cè)，對(duì)Hcy可以實(shí)現(xiàn)紫外燈照射下的綠色定性檢測(cè)。

2.1.2 傳感器L識(shí)別H2S、Hcy、Cys和GSH的抗干擾性能 為驗(yàn)證L對(duì)其余陰離子和氨基酸的抗干擾能力，將L分別與待測(cè)的H2S、Hcy、Cys和GSH混合后，再分別加入干擾離子或氨基酸進(jìn)行競(jìng)爭(zhēng)性實(shí)驗(yàn)，結(jié)果示于圖6中。從圖6可以看出，研究范圍內(nèi)的干擾物除Hcy和Cys會(huì)對(duì)GSH的識(shí)別以及Cys會(huì)對(duì)Hcy的識(shí)別帶來一定干擾外，對(duì)測(cè)試的H2S、Hcy、Cys和GSH均無顯著干擾，說明L對(duì)H2S、Hcy、Cys和GSH的測(cè)定具有較強(qiáng)的抗干擾能力。

A：在Tris-HCl溶液中干擾離子(2.0×10-5 mol/L)和S2-(2.0×10-5 mol/L)共存時(shí)L(1.0×10-5 mol/L)在576 nm處的吸光度值變化; 1:L+S2-; 2:L+S2- +F; 3:L+S2- +Cl-; 4:L+S2- +Br-; 5:L+S2- +I-; 6:; 7:; 8:; 9:; 10:; 11:; 12:; 13:; 14:; 15:L+S2- +SCN-; 16:; 17:L+S2- +CN-; 18:L+S2- +AcO-。B:在Tris-HCl溶液中干擾氨基酸(2.0×10-5 mol/L)和Hcy(2.0×10-5 mol/L)共存時(shí)L(1.0×10-5 mol/L)在552 nm處的熒光強(qiáng)度的變化。1:L+Hcy; 2:L+Hcy +GSH; 3:L+Hcy +Tyr; 4:L+Hcy +Glu; 5:L+Hcy +Arg; 6:L+Hcy +Gly; 7:L+Hcy +Trp; 8:L+Hcy +Asn; 9:L+Hcy +Val; 10:L+Hcy +Cys; 11:L+Hcy +Met; 12:L+Hcy +Ser; 13:L+Hcy +Phe; 14:L+Hcy +Phg; 15:L+Hcy +His; 16:L+Hcy +Ala; 17:L+Hcy +Mts;18:L+Hcy +Leu; 19:L+Hcy +HCy。 圖6 傳感器L識(shí)別H2S、Hcy、Cys和GSH的抗干擾性能

2.1.3 傳感器L識(shí)別H2S和生物硫醇的機(jī)理

2.1.3.1 核磁共振氫譜滴定 為闡明L識(shí)別S2-和生物硫醇小分子的機(jī)理，在一定濃度下L中滴加S2-或生物硫醇小分子后測(cè)核磁共振氫譜實(shí)驗(yàn)考察，實(shí)驗(yàn)結(jié)果示于圖7中。由圖可以看出，隨著待識(shí)別的S2-或生物硫醇小分子濃度的逐漸增加，在8.74～8.76 ppm的芳環(huán)質(zhì)子化學(xué)位移逐漸消失，而在7.10～7.12 ppm和6.95 ppm出現(xiàn)了一組新的質(zhì)子化學(xué)位移，結(jié)合文獻(xiàn)報(bào)道，該峰為硝基苯呋咱基團(tuán)(NBD)與硫離子或生物硫醇發(fā)生親核反應(yīng)后的芳環(huán)質(zhì)子化學(xué)位移[14-15]，其余芳環(huán)質(zhì)子均向高場(chǎng)發(fā)生微小移動(dòng)。說明L識(shí)別硫離子或生物硫醇因發(fā)生親核反應(yīng)導(dǎo)致其分子結(jié)構(gòu)中的芳環(huán)質(zhì)子化學(xué)環(huán)境發(fā)生改變所致。

圖7 中間體1(頂端)、傳感器L(底端)及L與不同濃度S2-反應(yīng)后(中間)的部分1H NMR譜圖

2.1.3.2 質(zhì)譜和HPLC實(shí)驗(yàn) 為進(jìn)一步證實(shí)L識(shí)別硫離子和生物硫醇因發(fā)生親核反應(yīng)導(dǎo)致原來結(jié)構(gòu)中的醚鍵斷裂，將上述含傳感器L分別與S2-、Hcy、Cys和GSH的最后一管核磁溶液進(jìn)行質(zhì)譜測(cè)試。結(jié)果發(fā)現(xiàn)了m/z= 368.3 (計(jì)算值368.2)中間體1的碎片峰。同時(shí)，L與半胱氨酸混合后發(fā)現(xiàn)了m/z=283.2(計(jì)算值283.2)的NBD-NH-CH(COOH)-CH2S的碎片峰，而L與高半胱氨酸混合后發(fā)現(xiàn)了m/z= 283.2 (計(jì)算值283.2)的NBD-NH-CH(COO)-(CH2)2-S的碎片峰。進(jìn)一步證實(shí)了L識(shí)別S2-、Hcy、Cys和GSH是由于發(fā)生親核反應(yīng)導(dǎo)致原來結(jié)構(gòu)中的醚鍵斷裂進(jìn)行的反應(yīng)型識(shí)別機(jī)理。

2.1.3.3 HPLC實(shí)驗(yàn) 以中間體為對(duì)照品，還測(cè)試了傳感器L分別與S2-、Hcy、Cys和GSH混合后溶液的HPLC實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，中間體出峰時(shí)間在t=3.32 min，而當(dāng)L分別與S2-、Hcy、Cys和GSH混合后也分別在t=3.31 min出現(xiàn)了中間體的峰，這更加證實(shí)了L識(shí)別硫離子、Hcy和Cys是由于發(fā)生親核反應(yīng)導(dǎo)致原來結(jié)構(gòu)中的醚鍵斷裂生成了中間體和NBD與硫醇物質(zhì)。

基于上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果和文獻(xiàn)，推測(cè)L識(shí)別S2-、Hcy、Cys和GSH是因發(fā)生親核反應(yīng)導(dǎo)致原來結(jié)構(gòu)中的醚鍵斷裂的化學(xué)反應(yīng)型傳感器，且L和Hcy和Cys的硫醇反應(yīng)后發(fā)生重排所致[15]。推測(cè)的識(shí)別機(jī)理如圖8所示。

圖8 傳感器L對(duì)S2-和Hcy及Cys的識(shí)別機(jī)理

2.2 傳感器L測(cè)定H2S、Hcy、Cys和GSH

2.2.1 負(fù)載L的試紙比色定性定量測(cè)定H2S和Cys 負(fù)載傳感器的裸眼比率檢測(cè)是化學(xué)傳感器實(shí)用性的重要性能，具有方便攜帶、操作簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)。鑒于L識(shí)別H2S和Cys表現(xiàn)出的裸眼顏色變化特性，將濾紙侵泡在含L(20 μM)的DMSO溶液中，取出晾干，再噴灑40 μM的1.3中所述的18種陰離子或18種氨基酸于濾紙上，得到圖9所示的裸眼快速定性檢測(cè)H2S和Cys結(jié)果，并能顯著區(qū)分受試范圍內(nèi)的其余物種，說明L可作為負(fù)載于試紙的快速裸眼檢測(cè)H2S和Cys工具。

為進(jìn)一步驗(yàn)證負(fù)載L的試紙能夠?qū)2S和Cys的裸眼比率定量檢測(cè)，將不同濃度的H2S和Cys噴灑于負(fù)載L的試紙上，得到如圖10所示結(jié)果，能夠通過試紙顏色逐漸加深的裸眼顏色變化檢測(cè)S2-和Cys濃度，這說明L還可作為負(fù)載于試紙的快速裸眼比率定量檢測(cè)H2S和Cys工具。

此外，為了證實(shí)傳感器L能識(shí)別H2S氣體，往含20 μM傳感器L的溶液中通入H2S氣體(由Na2S和濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生)，隨著通入H2S氣體的增加，溶液顏色也由無色變?yōu)樽霞t色，表明L確實(shí)能夠作為H2S的高選擇性比色傳感器。

2.2.2 血清樣品中S2-、Hcy、Cys和GSH的測(cè)定 為檢驗(yàn)傳感器L對(duì)于臨床血清樣本中生物硫醇小分子的實(shí)用性，對(duì)遵義醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)學(xué)院檢驗(yàn)科血清樣本進(jìn)行了生物硫醇小分子加標(biāo)樣品檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果列于表1中。由表1可以看出，傳感器L可應(yīng)用于臨床血清樣本中生物硫醇小分子的微量測(cè)定，對(duì)生物硫醇小分子的加標(biāo)回收率為95.3%～102.5%，RSD小于8%，獲得滿意的測(cè)定結(jié)果。因此，傳感器L可應(yīng)用于實(shí)際樣品中H2S、Hcy、Cys和GSH生物硫醇小分子含量的測(cè)定。

A圖中，1:L; 2:L+F-; 3:L+Cl-; 4:L+Br-; 5:L+I-; 6:L+S2-; 7:; 8:; 9:; 10:; 11:; 12:; 13:; 14:; 15:; 16:L+SCN-; 17:; 18:L+CN-；B圖中，1:L; 2:L+Tyr; 3:L+Glu; 4:L+Arg; 5:L+Gly; 6:L+Trp; 7:L+Asn; 8:L+Val; 9:L+His.10:L+Mts; 11:L+Ser; 12:L+Phe; 13:L+Phg; 14:L+Ala; 15:L+cys; 16:L+Hcy; 17:L+GSH; 18:L+Leu; 19:L+Met。圖9 負(fù)載L的試紙用于定性探測(cè)S2-(A)和Cys(B)的結(jié)果

A圖中，1、2、3、4、5、6和7分別表示[S2-]= 0.0 μM、6.0 μM、12.0 μM、18.0 μM、24.0 μM、30.0 μM 和40.0 μM;B圖中，1、2、3、4、5、6和7分別表示[Cys]= 0.0 μM、10.0 μM、30.0 μM、40.0 μM、50.0 μM、60.0 μM和80.0 μM。圖10 負(fù)載L的試紙用于定量探測(cè)S2-(A)和Cys(B)的結(jié)果

表1傳感器L測(cè)定血清樣品中S2-、Hcy、Cys和GSH

測(cè)試物加標(biāo)量(μM)測(cè)得量(μM)平均回收率(%)RSD%(n=5)S2-4.03.996.42.06.06.3105.87.68.07.695.32.2Cys1.61.698.16.62.42.5104.94.03.23.196.14.0Hcy1.61.596.46.12.42.5102.58.03.23.196.13.4GSH4.03.894.51.76.06.099.53.98.07.998.41.9

3 討論

以4-溴-1,8-萘二甲酸酐為原料，經(jīng)與對(duì)羥基苯胺縮合，進(jìn)一步以三乙胺作為縛酸劑下將其與4-氯-7-硝基苯并呋喃通過威廉姆森成醚反應(yīng)制備得到目標(biāo)傳感器L。探針L為褐色粉末，易溶于二甲基亞砜(DMSO)和N,N-二甲基甲酰胺(DMF)溶劑中，微溶于氯仿、乙醇和甲醇中。L的結(jié)構(gòu)和組成經(jīng)1H NMR、13C NMR、HR-MS(ESI-MS)以及FT-IR證實(shí)為預(yù)期目標(biāo)分子結(jié)構(gòu)。

通過紫外-可見光譜和熒光光譜研究了新合成的傳感器L檢測(cè)H2S和生物硫醇的性能。表明本研究所構(gòu)建的新化學(xué)傳感器L可用作紫外-可見吸收光譜法分別在426 nm、481和576測(cè)定GSH、Cys和H2S，尤其是Cys和H2S可實(shí)現(xiàn)比色快速定性定量檢測(cè)。同時(shí)，可在543 nm處通過熒光分光光度法定性定量測(cè)定Hcy。分別用上述探尋的方法應(yīng)用于我校附屬醫(yī)院檢驗(yàn)科提供的血清加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)也取得了滿意的測(cè)定結(jié)果。

依據(jù)硝基苯呋喃形成的醚鍵易于與H2S及Hcy和Cys硫醇發(fā)生親核反應(yīng)而生成了新的硝基苯呋喃硫醇物質(zhì)，從而產(chǎn)生吸收光譜和熒光比色信號(hào)的機(jī)理，本研究制備了一個(gè)比色吸收光譜測(cè)定H2S、Cys和GSH、熒光檢測(cè)Hcy的檢測(cè)方法。該方法操作簡(jiǎn)單、選擇性高、抗干擾能力強(qiáng)，能應(yīng)用于血清樣品H2S、Hcy、Cys和GSH含量的測(cè)定。尤其是能通過比色定性定量測(cè)定H2S和Cys的顯著優(yōu)勢(shì)。 因此，L是一種高選擇性的反應(yīng)型優(yōu)異傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)際樣品中H2S、Hcy、Cys和GSH的單分子多功能準(zhǔn)確檢測(cè)。

[1] 張鵬,韓瀟碉,于法標(biāo),等.用于檢測(cè)多硫化氫和亞硝酰氫的小分子熒光探針[J].影像科學(xué)與光化學(xué),2016,34(5):402-426.

[2] Gupta N,Reja S I,Bhalla V,et al.Fluorescent probes for hydrogen polysulfides (H2Sn,n> 1):from design rationale to applications[J].Org Biomol Chem, 2017,15:6692-6701.

[3] 岳永康,霍方俊,陰彩霞.硫醇親核反應(yīng)及其熒光識(shí)別研究[J].中國(guó)科學(xué):化學(xué),2016,47(2):249-257.

[4] Sanskriti I,Upadhyay K K.Cysteine,homocysteine and glutathione guided hierarchical self-assemblies of spherical silver nanoparticles paving the way for their naked eye discrimination in human serum[J].New J Chem,2017,41(11):4316-4321.

[5] Zhang X,Yan Y C,Hang Y D,et al.A phenazine-barbituric acid based colorimetric and ratiometric near-infrared fluorescent probe for sensitively differentiating biothiols and its application in TiO2sensor devices[J].Chem Commun,2017,53(42):5760-5763.

[6] 郭靖,劉慶文,杜建時(shí),等.基于萘酰亞胺的生物硫醇探針的合成及對(duì)含硫醇氨基酸的檢測(cè)[J].分析化學(xué),2017,45(9):1330-1338.

[7] 楊潤(rùn)潔,唐堯,朱維平.用于檢測(cè)細(xì)胞內(nèi)谷胱甘肽的比率型熒光探針[J].高等學(xué)?；瘜W(xué)學(xué)報(bào),2016,37(4):643-647.

[8] Burford N,Eelman M D,Mahony D E,et al.Definitive identification of cysteine and glutathione complexes of bismuth by mass spectrometry:assessing the biochemical fate of bismuth pharmaceutical agents[J].Chem Commun,2002,9(1):146-147.

[9] Lee P T,Lowinsohn D,Compton R G.Simultaneous detection of homocysteine and cysteine in the presence of ascorbic acid and glutathione using a nanocarbon modified electrode[J].Electroanalysis,2014,26(7):1488-1496.

[10]何順莉,余光勤,袁澤利.基于脫單芳氨基反應(yīng)的一氧化氮熒光探針的合成及其在活細(xì)胞中成像的應(yīng)用[J].分析試驗(yàn)室,2016,35(12):1370-1374.

[11]周卿,周旭美,楊杰,等.高效液相色譜與共振散射光聯(lián)用方法測(cè)定家兔血漿中阿米卡星的含量[J].遵義醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào),2012,35(6):528-531.

[12]劉長(zhǎng)輝,李銀輝,齊風(fēng)佩,等.近紅外雙發(fā)射熒光探針比率檢測(cè)高/半胱氨酸[J].中國(guó)科學(xué):化學(xué),2017,47(8):1015-1021.

[13]Li K B,Chen F Z,Yin Q H,et al.A colorimetric and near-infrared fluorescent probe for hydrogenpolysulfides and its application in living cells[J].Sensors & Actuators B Chemical,2018,254:222-226.

[14]Montoya L A,Pearce T F,Hansen R J,et al.Development of selective colorimetric probes for hydrogen sulfide based on nucleophilic aromatic substitution[J].Journal of Organic Chemistry,2013,78(13),6550 -6557.

[15]Bae J,Choi J,Park T J,et al.Reaction-based colorimetric and fluorogenic signaling of hydrogen sulfide using a 7-nitro-2,1,3-benzoxadiazole-coumarin conjugate[J].Tetrahedron Letters,2014,55(6):1171-1174.