4008-508-928

基于硼酸/二醇识别的新型糖囊泡荧光传感器

发表时间:2016-06-08 09:48作者:李广全,于景生,李国文来源:万方数据网址:http://www.wanfangdata.com.cn/

设计和制备检测生物物质的化学荧光传感器是超分子化学领域中具有挑战性的研究课题.糖是生物体内能量的传递物,是维持细胞生存的重要物质.如果糖的传递受到破坏,则将直接导致某些疾病(如糖尿病)的发生.因此连续跟踪监测血糖浓度对于糖尿病的诊断、控制和治疗极为重要.血糖的监测通常采取针刺取样,这种跟踪血糖的途径既不方便,又不连续,而只有连续跟踪监测血糖浓度的变化,才能获得糖尿病患者血糖的即时反馈,及时帮助患者把血糖控制在适当的浓度范围.因此,研发长期与血液接触并能连续给出葡萄糖浓度数据的监测体系具有重要的理论意义和实际应用前景.

 化学传感器(如电化学传感器和药物传感器)在连续监测方面具有独特的功效.发展基于连续监测装置的化学传感器,特别是具有高选择性和适度亲和性的葡萄糖传感器具有广阔的实际应用前景.基于硼酸与含高亲和性的二醇化合物(如糖)可以形成硼酸脂,可考虑将这种通过共价结合并选择性识别葡萄糖的功能基团用于制备糖传感器,但上述水溶性传感器无法植入体内,即无法即时检测人体血糖浓度.双亲化合物可以在水溶液中自组织成双分子层结构的类似磷脂脂质体结构的囊泡,可被用于药物载体、基因治疗和人工血液等方面.如果将硼酸和荧光基团同时引入到双亲化合物中,就可利用硼酸与二醇的相互作用以及双亲物自组织成囊泡的性质,制备具有较高的糖选择性和适度亲和性的荧光囊泡传感器.本文合成了,一硼苄基.8一16烷慕溴化喹啉(BHQB)双亲化合物,其在水溶液中自组织成囊泡,通过囊泡在识别糖前以及识别后的荧光强度的变化,制备了可植入体内的囊泡传感器,为制备可植入和连续检测血糖浓度的生物传感器提供了可行的信息和实验基础.

1 实验部分

1.1试剂与仪器
 8一羟基喹啉(8-Hydroxyquinoline,分析纯)购于Fluka公司,溴代十六烷(1-Bromohexadecane,分析纯)购于Sigma公司,其它化学试剂均为国产分析纯.溶剂也均为分析纯.水为二次去离子水.Brucker UltraShildm AVANCE 500型(500 MHz)核磁共振波谱仪(德国Brukker公司)测试1 H NMR谱,囊泡形态由JSM-6700F型场发射扫描电镜观测,荧光光谱用RF-5301PC型荧光光谱仪(日本岛津公司)测定,囊泡的相变用Netzsch DSC 204型差式扫描量热仪测定,元素分析用Flash EAl 1 12型元素分析仪(美国热电公司)测试.

1.2双亲物的合成
  含有喹啉读取单元和苯硼酸识别单元的双亲性荧光化合物(Ⅳ-硼苄基一8-16烷基溴化喹啉)的合成路线如图1所示,在碱性条件下,将1—溴带十六烷与8-羟基喹啉反应得到8位带有烷氧链取代的喹啉,再与对溴甲基苯硼酸混合溶于乙腈中加热得到目标产物BHQB。

 化合物2[Propane-1,3-diyl(p-tolylbor-nate)]和化合物3{Propane-1,3-diyl[P-(bromomrthyl)phenyl]bornate}参照文献的方法合成。

 化合物4[p-(Bromomethyl)phenylbo-ronic acid]的合成:将化合物3(1.27g,5mmol)溶于1mL丙酮中,然后加入10mL氢溴酸.将混合物搅拌反应过夜,过滤得到白色粉末状固体.反复水洗除去氢溴酸(10 mL×3),然后用氯仿/正己烷重结晶得到白色固体0.96 g,产率90%.m.P.158℃;1H NMR(DMSO—d6,500 MHz),艿:4.7(2H,s),4.09—4.’12(4H,m),4.7(2H,s),7.4~7.41(2H,d),7.63~7.64(2H,d).

 化合物6(8-Hexadecyloxyquinoline)的合成:取8-羟基喹啉(0.29 g,2 mm01)和无水碳酸钾(0.28 g,2 mm01)加入到带有滴液漏斗的三颈瓶中,加入50 mL的乙腈溶液溶解,在氮气保护下加热回流l h.通过滴液漏斗将1一溴带十六烷(0.6l g,2 mm01)缓慢加入反应体系中,继续加热回流13 h.将反应液冷却后过滤,滤液加压蒸十得到白色固体粗产物.柱层析(展开剂为环已烷,R,=0.3)得到化合物6,O.55 g,产率75%,m.P.42~45℃.。H NMR(DMSO—d6,500 MHz),6:8.77(1 H,d),7.93—7.94(1H,d),7.17~7.26(3H,m),6.86—6.88(1H,d),4.03~4.06(2H,t),1.8l~1.87(2H,m),1.29~1.35(2H,m),1.06~1.22(24H,m),0.66~O.69(3H,t).

 化合物BHQB[N一(Boronobenzyl)一8-hexadecyloxyquinolinium bromide](7)的合成:分别取化合物6(3.67 g,0.01 t001)和化合物4(2.15 g,0.01 m01)溶于50 mL乙腈中,加热回流15 h.冷却后减压除去溶剂,先将固体粗产物用10 mL冷的乙腈洗涤后,再用氯仿/乙醚重结晶,得到目标产物BHQB(7)2.75 g.产率47.5%,m.P.117℃.1 H NMR(DMSO—d6,500 MHz),6:9.49~9.50(1H,d),9.34—9.36(1H,d),8.23~8.26(1H,t),8.05~8.07(1H,d),7.93~7.96(1H,t),7.76~7.77(3H,d),6.98~6.99(2H,d),6.56(2H,s),4.09~4.12(2H,t),1.86~1.91(2H,m),1.47~1.54(2H,m),1.24~1.27(24H,m),0.84—0.86(3H,t).元素分析实测值(%,c,:H。,BN03Br计算值):C 65.31(65.76),H 7.89(8.11),N 2.65(2.40).

1.3囊泡的制备

  用50 mL甲醇与50 mL pH=7.4缓冲溶液配制成妒=o.5的混合溶液.称取5.84 mg化合物7加入至10 mL容量瓶中,加氯仿,用氮气吹十成膜.加入妒=0.5的混合溶液,超声波振荡3 h,冰浴冷却0.5 h,体系温度恢复到室温,制成1×10。5 mol/L的选择性囊泡溶液.取上述溶液滴加于硅片上,在干
燥器中于室温干燥后用于形貌观测.

2结果与讨论
 BHQB双亲物的囊泡形态如图2所示.由图2可以看出,双亲物BHQB在水溶液中形成球形聚集体,直径在30~100 nm之间.聚集体的相变过程如图3所示,相变温度为52.4℃.实验结果表明,双亲物BHQB形成了囊泡.图4为BHQB双亲物的囊泡稀溶液在不同pH条件下的荧光光谱.可以看到,随着pH值从3增加到1 l,BHQB化合物囊泡溶液均表现出508 rim处的荧光发射峰下降而425 rim处的荧光发射峰增强的现象.508 nm处的峰归属于硼原子sp2杂化,425 nm处的峰归属于硼原子的sp3杂化.对于化合物BHQB囊泡溶液,在较高的pH值时,硼原子主要是以sp3杂化形式存在,所以可以看到425 nm处的发射峰;在较低的pH值时,硼原子主要是以印2杂化形式存在,所以以508nm左右的发射峰为主,而几乎看不到425 nm处的发射峰;囊泡溶液在中性pH值时,硼原子分别含有sp2杂化和矿杂化形式,表现为425和508 nm的发射峰同时存在.


 
 图5给出了化合物BHQB囊泡溶液的荧光光谱中的I425nm/I508nm比值与pH值的关系曲线.
 随着D.葡萄糖浓度的增加,BHQB囊泡溶液(10-5mol/L,妒=O.5,pH=7.4)的荧光光谱变化情况如图6所示.可以看出,囊泡溶液在425 nm处的峰强度逐渐增强,508 nm处的峰强度逐渐降低,表明该囊泡溶液可用于检测葡萄糖

 为了研究BHQB囊泡传感器的选择性,分别设I1和Ix为糖浓度为0和x时囊泡溶液425 am处与508 am处的荧光强度的比值.图7为,Ix/I0与糖浓度的关系曲线.可以看出,在糖的浓度相同时,葡萄糖的变化(曲线a)大于果糖的变化(曲线b),当体系中糖浓度为150 mmol/L时,BHQB囊泡溶液体系的Ix/Io值与不加糖时比较,葡萄糖变化了4.12倍,果糖变化了2.35倍.而作为血糖检测器要求的葡萄糖变化范围一般小于10 mmol/L,在BHQB囊泡溶液中,糖的浓度从0增加到10 mmol/L时,1/10值与不加葡萄糖时比较变化了1.58倍,果糖变化了1.38倍(图7中插图).作为血糖的主要成分的葡萄糖,其检测灵敏度的提高,对该囊泡传感器的临床应用提供了相对更好的依据.



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