一種陽離子型黃光銥配合物的合成及性質研究*

于 坤，沈舒婷，王亞軒，胡 磊，王 慧

(皖南醫(yī)學院藥學院，安徽 蕪湖 241002)

作為材料領域的研究熱點之一的光功能材料，已在信息技術產業(yè)、新能源、生物醫(yī)藥、航天技術等領域廣泛應用。在諸多光功能材料中，無機/有機雜化光功能材料因兼具無機材料和有機材料的優(yōu)點，受到越來越多科研工作者的青睞[1]。配合物，作為重要的無機/有機雜化體系，特別是過渡金屬配合物和稀土金屬配合物，由于其獨特的光學性質和多樣的結構，已逐漸在生物成像、化學傳感等方面展現(xiàn)出獨特的優(yōu)勢[2]。其中，銥配合物因其量子產率高、穩(wěn)定性好、發(fā)光波段易受有機配體結構調節(jié)、壽命較長、斯托克斯位移較大等特點，已成為光功能材料領域的研究熱點[3-4]。根據(jù)配合物所帶電荷的不同，銥配合物分為中性配合物和離子型配合物。與中性銥配合物相比，離子型銥配合物具有易提純、合成路線簡單、氧化還原可逆等優(yōu)勢，在光動力學治療、發(fā)光材料、抗癌、生物傳感、化學探針、催化等領域已被廣泛應用[5]。在離子型銥配合物中，陽離子型銥配合物最常見，其結構中含有N^N雙齒配體，比如1,10-菲啰啉和聯(lián)吡啶。1,10-菲啰啉因其剛性平面性好、與金屬的配位能力強、結構容易修飾等特點，當其與金屬銥配位后形成的陽離子型配合物，已被廣泛用于生物成像、抗癌藥物、抗菌、有機發(fā)光二極管等諸多領域[6]。

基于上述思想，本文以4-(2-吡啶基)苯甲醛衍生物為主配體，1,10-菲啰啉為輔助配體，設計合成了一種陽離子型銥配合物IrL1(圖1)，在分子中引入醚氧鏈官能團，以提高分子的生物相容性，研究了配合物IrL1的光物理性能及其在活的和固定的HepG2細胞中的成像情況。

圖1 配合物IrL1的合成路線圖Fig.1 Synthetic route of complex IrL1

1 實 驗

1.1 試劑與儀器

儀器：Bruker Avance 600型核磁共振儀(TMS為內標)，德國Bruker；AB SCIEX MALDI-TOF基質輔助激光解析飛行時間質譜儀，SCIEX公司；Nicolet FTIR is5型傅里葉變換紅外光譜儀(KBr壓片)，美國賽默飛；UV-5900 PC型紫外可見分光光度計，上海元析；HITACHI F-4600型熒光分光光度計(測試參數(shù)：激發(fā)波長410 nm，狹縫寬度均為10 nm，電壓500 V)，日本日立；Leica TCS SP8共聚焦顯微鏡，德國徠卡；

試劑：三氯化銥水合物(Ir>52%)，4-(2-吡啶基)苯甲醛(98%)，四丁基溴化銨，三乙二醇單甲醚，對甲基苯磺酰氯，1,10-菲羅啉(99 %)，對苯二甲醛，其它試劑為分析純，購自上海阿拉丁試劑有限公司；人肝癌細胞株(HepG2)來源于皖南醫(yī)學院藥學院中心實驗室。

1.2 配合物IrL1的合成

中間體M2的合成見參考文獻[7]。

2 結果與分析

2.1 配合物的光物理性能

首先測試了配合物IrL1在不同溶劑中的紫外可見吸收光譜。測試波長范圍為250～750 nm，配合物IrL1的測試濃度為10 μM，溶劑分別為1,4-二氧六環(huán) (DOA)、乙酸乙酯(EA)、四氫呋喃(THF)、乙醇(EtOH)、乙腈(CH3CN)、二甲基亞砜(DMSO)和PBS緩沖溶液(pH=7.40)。圖2A是配合物IrL1在不同溶劑中的紫外可見光吸收光譜，由圖2可知，配合物IrL1的紫外可見吸收峰的位置隨著溶劑極性的增加沒有發(fā)生明顯的變化，說明在不同的溶液體系中，配合物IrL1的基態(tài)偶極矩相近，溶劑極性沒有明顯引起能級差的變化。配合物IrL1在小于310 nm處表現(xiàn)出強的吸收峰，可歸因于配體內自旋允許的π-π*躍遷，在310～450 nm范圍內表現(xiàn)出中等強度的吸收峰，可歸因于自旋軌道耦合產生的以配體為中心的3π-π*躍遷并混合單線態(tài)和三線態(tài)的金屬-配體間的電荷轉移(1MLCT和3MLCT)躍遷[9]。

圖2B是配合物IrL1在不同溶劑中的熒光發(fā)射光譜，測試條件與紫外可見吸收光譜相同。以410 nm為激發(fā)波長，配合物IrL1在DOA、EA、THF、EtOH、CH3CN、DMSO和PBS中的發(fā)射波長分別為574 nm，575 nm，573 nm，584 nm，581 nm，587 nm和581 nm，屬于黃光發(fā)射，而且隨著溶劑極性的增加，配合物IrL1的最大發(fā)射波長發(fā)生了輕微的紅移。從圖2B中發(fā)現(xiàn)配合物IrL1的發(fā)射光譜是一個寬的、沒有精細結構的譜圖，表明在此配合物中3LLCT或3MLCT躍遷在輻射躍遷過程中貢獻最大，而3LC的貢獻相對較少[10]。

圖2 配合物IrL1在不同溶劑中的紫外可見吸收光譜(A)和熒光發(fā)射光譜(B)Fig.2 UV-vis absorption (A) and fluorescence emission (B) spectra of complex IrL1 in different solvents

2.2 配合物的細胞成像研究

為了探究配合物IrL1對細胞的毒性作用，采用MTT法進行研究[11]。用不同濃度的配合物IrL1作用于人肝癌細胞(HepG2)24 h，根據(jù)細胞存活率公式進行計算，實驗結果如圖3B所示，可知，當配合物IrL1的濃度為25 μM時，細胞存活率仍在90%左右，表明配合物IrL1毒性較小，可用于活細胞成像研究。

圖3 配合物IrL1與各種分析物相互作用后的熒光光譜(A)和不同濃度的 配合物IrL1與HepG2細胞共孵育24 h后的細胞存活率(B)Fig.3 Fluorescence emission spectra of complex IrL1 interacting with various analytes(A); cell survival rate of HepG2 cells co-incubated with IrL1 at different concentrations for 24 h(B)

緊接著進一步研究了配合物IrL1在細胞內的分布情況，如圖4所示。將10 μM的配合物IrL1與活的HepG2細胞共培養(yǎng)30 min后，用PBS洗滌三遍，利用共聚焦顯微鏡直接觀察，發(fā)現(xiàn)配合物IrL1能夠穿過細胞膜著色細胞的細胞質區(qū)域。當用4%的多聚甲醛先固定HepG2細胞，然后再與配合物共培養(yǎng)30 min，發(fā)現(xiàn)配合物IrL1仍可著色于細胞的細胞質部位，并發(fā)出明亮的熒光信號，說明配合物IrL1無論在活細胞還是固定細胞中，都能夠進入細胞著色細胞質。

圖4 配合物IrL1與活的和固定的HepG2細胞共 培養(yǎng)30 min后的細胞成像圖Fig.4 Cell imaging of the complex IrL1 after 30 min co-culture with living and fixed HepG2 cells, respectively

3 結 論

以4-(2-吡啶基)苯甲醛衍生物為主配體，4-(1H-咪唑[4,5-f][1,10]鄰菲啰啉)苯甲醛為輔助配體，制備了一種陽離子型的銥配合物IrL1，通過1H NMR、13C NMR、IR和MALDI-TOF對配合物的結構進行了表征，系統(tǒng)研究了配合物IrL1在不同溶劑中的光物理性質，結果表明配合物IrL1的最大發(fā)射峰在573～587 nn范圍內，其發(fā)光波段處于黃光區(qū)域，屬于黃光發(fā)射的陽離子型銥配合物。由于配合物IrL1具有較低的細胞毒性和較好的生物相容性，其能夠進入細胞著色活細胞和固定細胞的細胞質區(qū)域。本研究為后期陽離子型黃光銥配合物的制備提供了實驗依據(jù)。