咪唑基離子液體的結(jié)構(gòu)光譜性能分析及蛋白質(zhì)傳感

陳旭偉等

摘 要 考察了對稱型鹵代咪唑基離子液體咪唑環(huán)上的烷基鏈長度和不同鹵素陰離子（Cl對其光譜性能的影響。實驗結(jié)果表明， 隨離子液體咪唑環(huán)中烷基鏈長度增加，離子液體的熒光強度增大； 隨離子液體中鹵素陰離子的電負性降低，其熒光強度減弱。加入血紅蛋白可導致咪唑型離子液體的熒光強度增強，且在一定范圍內(nèi)與蛋白質(zhì)濃度成正比，據(jù)此可對血紅蛋白進行定量檢測，線性范圍為0.03～1.0 μmol/L，檢出限為8 nmol/L。另外，根據(jù)不同蛋白質(zhì)對咪唑基離子液體熒光性能的影響，建立了陣列傳感系統(tǒng)用于8種蛋白質(zhì)的區(qū)分與識別，在蛋白質(zhì)濃度高于500 nmol/L時，識別正確率達到90%以上。

關(guān)鍵詞 咪唑基離子液體； 熒光性能； 烷基； 鹵素陰離子； 蛋白質(zhì)； 傳感

1 引 言

離子液體（Ionic liquids， ILs）是由有機陽離子和無機/有機陰離子構(gòu)成、在室溫或室溫附近呈液體狀態(tài)的鹽類。20世紀80年代，Wilkes等發(fā)現(xiàn)1，3二烷基咪唑氯鋁酸鹽比N烷基吡啶鹽具有更負的電化學還原電位，并在此基礎(chǔ)上合成了1，3二烷基咪唑類離子液體[1]。1992年，該課題組合成了第一個對水和空氣均穩(wěn)定的咪唑基離子液體1乙基3甲基咪唑四氟硼酸鹽EMimBF4[2]。自此，基于咪唑陽離子的新型離子液體相繼被合成，在催化[3]、分離分析[4，5]、電化學[6～8]和有機合成[9]等領(lǐng)域獲得了廣泛應用。

隨著對離子液體的性質(zhì)及其應用研究的深入，人們也開始逐漸從分子水平上對離子液體的本質(zhì)和性質(zhì)進行研究，主要研究方法包括廣延X射線吸收、X射線衍射、中子衍射、光譜學分析等。早期的研究結(jié)果認為，離子液體在近紫外可見光區(qū)基本不產(chǎn)生光吸收，但Paul等發(fā)現(xiàn)咪唑基離子液體EMimBF4、1丁基3甲基咪唑四氟硼酸鹽BMimBF4和1丁基3甲基咪唑六氟硼酸鹽BMimPF6由于其結(jié)構(gòu)中咪唑環(huán)的存在，使得其在整個紫外可見區(qū)都表現(xiàn)出明顯的吸收[10]，但其吸收光譜受雜質(zhì)（如水、無機陰離子、有色物質(zhì)等）的影響較大[11]。

咪唑基離子液體EMimBF4、BMimBF4和BMimPF6在受紫外光激發(fā)后能發(fā)射出熒光，由于離子液體結(jié)構(gòu)內(nèi)存在不同的締合形式，其熒光強度與激發(fā)波長之間存在較強的依賴關(guān)系[12]，但這些咪唑基離子液體共軛性較弱，熒光效率較低，其量子產(chǎn)率多在0.005～0.02之間。本課題組在前期研究中以N丁基咪唑和氯代正丁烷為原料制備了一種結(jié)構(gòu)對稱的咪唑基離子液體1，3二丁基咪唑氯代鹽BBimCl，在咪唑環(huán)上引入了對稱的丁基基團。離子液體的對稱結(jié)構(gòu)使其ππ*共軛性能極大增強，因此其熒光量子產(chǎn)率顯著提高，達到0.523[13]。這種結(jié)構(gòu)對稱型離子液體的優(yōu)良親水性及強熒光性能使其有望成為高靈敏、高選擇性傳感檢測生物大分子的新型熒光探針。

本研究在前期工作的基礎(chǔ)上，進一步考察了對稱型鹵代咪唑基離子液體分子中咪唑環(huán)上取代烷基碳鏈長度（n=2， 4， 6， 8）和不同鹵素陰離子（Cl Br ）

對其光譜性能的影響，通過光譜表征的方法確定離子液體的結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部的相互作用，并探討了該類咪唑基離子液體在蛋白質(zhì)分析檢測中的性能。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

F7000熒光分光光度計，U3900型紫外可見分光光度計（日本日立公司）。

咪唑基離子液體1，3二丁基咪唑鹵代鹽（X=Cl、I）和溴代咪唑離子液體1，3二乙基咪唑溴代鹽EEimBr、1，3二丁基咪唑溴代鹽BBimBr、1，3二己基咪唑溴代鹽HHimBr和1，3二辛基咪唑溴代鹽OOimBr均購于上海成捷化學有限公司；血紅蛋白（Hb）、細胞色素C（Cytc）、溶菌酶（Lys）、肌紅蛋白（Mb）、轉(zhuǎn)鐵蛋白（Trf）、卵清蛋白（OVA）、辣根過氧化酶（HRP）和牛血清白蛋白（BSA）購自美國Sigma公司，硫酸奎寧等購自國藥集團；所用試劑（除特別聲明外）為分析純，實驗用水為二次去離子水（18 MΩ cm）。

2.2 實驗方法

2.2.1 紫外可見吸收光譜測定

配制0.001 mol/L 離子液體溶液，移取2 mL于光程為10 mm的石英比色皿中，在200～500 nm波長范圍內(nèi)掃描其吸收光譜。

2.2.2 熒光光譜測定

配制0.01 mol/L 離子液體溶液，移取500 μL于10 mm石英比色皿中測定其熒光光譜。電壓600 V，掃描速度1200 nm/min，激發(fā)/發(fā)射狹縫均為5 nm。

4 結(jié) 論

離子液體的結(jié)構(gòu)可以進行人為的設(shè)計和改造，賦予離子液體一些獨特的性質(zhì)，具有廣闊的應用前景。通過研究離子液體本身結(jié)構(gòu)與其光譜性能之間的構(gòu)效關(guān)系，深入了解有關(guān)離子液體結(jié)構(gòu)和其它分子間相互作用方面的信息，可為離子液體的功能化設(shè)計和制備以及實際應用提供理論依據(jù)和指導，以進一步拓展離子液體的應用范圍。離子液體與蛋白質(zhì)之間的相互作用及其對離子液體的光譜性能影響為其在蛋白質(zhì)分析中的應用提供了基礎(chǔ)，如離子液體能進入蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)域III中[24]，但其詳細作用機理仍需進一步深入探討。基于離子液體構(gòu)建的熒光陣列傳感器對多組份蛋白質(zhì)樣品具有一定識別能力，但其識別能力受熒光量子產(chǎn)率的限制，因此可考慮設(shè)計多種功能化離子液體及其復合物，增強或改善離子液體與生物大分子之間的相互作用，拓展其在生命分析中的應用范疇。

References

1 Wilkes J S， Levisky J A， Wilson R A， Hussey C L. Inorgan. Chem.， 1982， 21（3）： 1263-1264

2 Wilkes J S， Zaworotko M J. Chem. Commun.， 1992， 13： 965-966

3 Zhang B， Yan N. Catalysts， 2013， 3： 543-562

4 TrujilloRodriguez M J， RocioBautista P， Pino V， Afonso A M. TRACTrend. Anal. Chem.， 2014， 51： 87-106

5 HUO JiangBo， WANG XiaoYi， SUN DongLing， ZHAO JingQiang， LIN XingTao. Chinese J. Anal. Chem.， 2014， 42（4）： 531-535

霍江波， 王小逸， 孫東玲， 趙靖強， 林興桃. 分析化學， 2014， 42（4）： 531-535

6 Niedermeyer H， Hallett J P， VillarGarcia I J， Hunt P A， Welton T. Chem. Soc. Rev.， 2012， 41： 7780-7802

7 WANG Huan， YE XiaoHe， CHEN LiMing， LU JiaXing， HE MingYuan. Chem. J. Chinese Universities， 2005， 26（2）： 326-329

王 歡， 葉小鶴， 陳黎明， 陸嘉星， 何鳴元. 高等學校化學學報， 2005， 26（2）： 326-329

8 FU HaiYing， WANG JianXiu， DENG Liu. Chinese J. Anal. Chem.， 2014， 42（3）： 441-445

付海瑩， 王建秀， 鄧 留. 分析化學， 2014， 42（3）： 441-445

9 Quveshi Z S， Deshmukh K M， Bhanage B M. Clean. Techn. Environ. Policy， 2014， 16： 1487-1513

10 Paul A， Mandal P K， Samanta A. Chem. Phys. Lett.， 2005， 402： 375-379

11 Shen Y F， Zhang Y J， Han D X， Wang Z J， Kuehner D， Niu L. Talanta， 2009， 78： 805-808

12 Mandal P K， Paul A， Samanta A. J. Photochem. Photobiol. A， 2006， 182： 113-120

13 Chen X W， Liu J W， Wang J H. J. Phys. Chem. B， 2011， 115： 1524-1530

14 ZHAO YanLai， HE SenLiang， XU ChangDe. An Introduction to the Chemistry of Heterocyclic Compounds， Beijing： Higher Education Press， 1992： 210-230

趙雁來， 何森良， 徐長德. 雜環(huán)化學導論， 北京： 高等教育出版社， 1992： 210-230

15 Joseph B L， Herbert F S， David A L. Organic Structural Spectroscopy， New Jersey， PrenticeHall Inc， 1998

16 Samanta A. J. Phys. Chem. B， 2006， 110： 13704-13716

17 Paul A， Mandal P K， Samanta A. J. Phys. Chem. B， 2005， 109： 9148-9153

18 CHEN GuoZhen， HUANG ZhiXian， ZHEN ZhuZi， XU JinGou， WANG ZunBen. Fluorimetry（Third Edition）， Beijing： Science Press： 1990

陳國珍， 黃智賢， 鄭朱梓， 許金鉤， 王尊本. 熒光分析法 （第3版）， 北京： 科學出版社， 1990

19 Zhou H C， Baldini L， Hong J， Wilson A J， Hamilton A D. J. Am. Chem. Soc.， 2006， 128： 2421-2425

20 Li H， Bazan G C. Adv. Mater.， 2009， 21： 964-967

21 CHEN XuWei， MAO QuanXing， WANG JianHua. Prog. Chem.， 2013， 25（5）： 661-668

陳旭偉， 毛全興， 王建華. 化學進展， 2013， 25（5）： 661-668

22 Mao Q X， Wang H， Shu Y， Chen X W， Wang J H. RSC Adv.， 2014， 4： 8177-8182

23 Shu Y， Han L， Wang X F， Chen X W， Wang J H. ACS Appl. Mater. Inter.， 2013， 5： 12156-12162

24 Shu Y， Liu M L， Chen S， Chen X W， Wang J H. J. Phys. Chem. B， 2011， 115： 12306-12314