长链脂肪酸影响胆红素-人血清蛋白复合物的激发态分化

胆红素与人血清白蛋白结合后会发生光异构和光诱导环化反应,其中后一反应将最终形成一种名为光红素的产物,这些光诱导化学反应是临床上治疗新生儿黄疸的基本原理. 据前人研究报道,长链脂肪酸的加入有利于光红素的生成,但其背后的机理,特别是其激发态动力学尚不明确. 本文利用飞秒瞬态吸收和飞秒荧光转换技术,探究了棕榈酸对胆红素在血清蛋白中的光化学反应的影响. 研究表明,随着棕榈酸的加入,光激发后的胆红素更倾向于通过4 ps的衰减通道返回热基态,而不是通过固有的超快激发态衰减途径(小于1 ps). 这一效应促进了热基态的胆红素发生由Z-Z到E-Z构型的异构化,从而提高了光红素的产率. 这是首次利用飞秒时间分辨光谱技术对长链脂肪酸在光疗过程中的作用进行表征,其结果可为相关临床研究提供有利的信息.     

胆绿素二甲酯金属锌配合物超快激发态动力学研究

胆绿素(BV)及其二甲酯(BVE)是一种生物内源色素，他们在溶液中具有极弱的荧光，量子产率小于0.01%。然而，随着锌离子的加入，情况发生了变化. BVE-Zn²⁺配合物的荧光强度大大增强，荧光QY可提高到∽5%. 本文研究了BVE-Zn²⁺络合物在乙醇、正丙醇和二甲基亚砜溶液中的超快激发态动力学，以揭示其荧光增强的机理. 结果表明，BVE能与锌离子在溶液中形成1:1的稳定配合物，BVE分子结构在复合物中较为刚性，能量上更稳定. 利用皮秒时间分辨荧光光谱和飞秒瞬态吸收光谱技术，发现BVE-Zn²⁺配合物在二甲基亚砜中具有较小的非辐射速率常数，这是其高荧光量子产率关键原因.     

Zn2+-胆红素络合物的超快激发态动力学研究

胆红素(Bilirubin, BR)是脊椎动物分解代谢血红素的最终产物之一,具有抗氧化和消炎等作用。体内保持正常含量的胆红素对人类的健康起着非常重要的作用,被认为有利于预防癌症、中风、糖尿病和心血管等疾病的发生[1-2]。然而胆红素过量则被认为是肝功能障碍的征兆,同时也是引起新生儿严重脑损伤的原因[3]。因此,对人体中胆红素含量的快速精准检测具有十分重要的应用价值。目前为止,用于检测血清样品中胆红素含量的方法主要有重氮法、过氧化物酶法、光纤传感检测法和荧光光谱法等[4]。其中,荧光光谱法具有检测迅速和操作简便的优势[5],吸引了越来越多研究人员的关注。但是,由于胆红素自身的荧光量子产率通常低至10-4量级[6],直接荧光测量难度很大,因此通常采用间接方式解决胆红素含量测量的难题。例如, Wabaidur等[7]通过胆红素猝灭Ru(bopy)2+₃荧光的方式来测量胆红素的含量;Aparna等[8]通过胆红素猝灭铜纳米团簇荧光的方式来测量胆红素的含量;Iwatani等[9]通过UnaG蛋白结合胆红素增强荧光的方式来测量胆红素的含量。UnaG与胆红素具有极高的亲和力,且自身几乎不发射荧光,其与胆红素结合后,会将胆红素的荧光提高三个数量级[10],可以用作人体内的荧光传感器[11]。然而,由于蛋白的制备和保存的成本十分高昂,人们更希望使用有机小分子或无机分子对胆红素的荧光进行增强。例如,Yang等[12]发现Zn2+有助于显著增强胆红素的荧光,Kotal等[13]提出了将Zn2+用于胆红素代谢物（尿胆素原）含量测量的方法。为了研究Zn2+增强胆红素荧光的机理并用于胆红素含量的测量,研究首先使用了稳态荧光光谱和紫外-可见吸收光谱表征了不同Zn2+浓度下胆红素的光学特性,并采用相对法测量了其量子产率。通过分析Zn2+-胆红素络合物在不同探测波长下的激发谱,提出了该络合物具有两个发光基团的设想。为了进一步验证关于发光基团的设想,使用了飞秒瞬态吸收光谱的手段研究分析了Zn2+-胆红素络合物的超快光动力学过程,分析结果与之前发表的对胆红素和Zn2+配位方式的结论有很好的吻合。根据瞬态吸收光谱和稳态荧光光谱的数据以及所提出的模型,得到了在有无Zn2+条件下胆红素的平均激发态寿命,进一步计算出了其辐射跃迁速率和非辐射跃迁速率的理论值。通过数据对比,得出了络合物相对单纯胆红素有更大的消光系数而具有更高的辐射跃迁速率的结论,同时发现胆红素与Zn2+的配位方式增加了胆红素以锥型交叉退激发态的效率。     

基于胆红素荧光增强效应的锌离子探针特性研究

锌离子Zn^2+对胆红素BR有着显著的荧光增强效应,基于该荧光特性,利用紫外可见光吸收和稳态荧光光谱技术提出了一种BR作为荧光探针用于Zn^2+浓度检测的新方法,特别是首次采用在波长663和600nm处的稳态荧光强度比值方法系统地研究了其与锌离子浓度在0~90μmol·L^-1范围内变化的关系,与常用的单波长荧光强度探测方法比较,有效地避免了探针浓度变化及激发光强度变化等非目标因素的影响。实验研究结果发现BR荧光探针对Zn^2+的识别行为在0~20μmol·L^-1范围内,探针BR的荧光强度比值I663 nm/I600 nm与Zn^2+的浓度之间具备线性增长关系,尤其是0~10μmol·L^-1有非常好的线性关系,线性相关系数r=0.999 87,同时Zn^2+检测限为0.1μmol·L^-1。在20~90μmol·L^-1范围内,荧光强度比值I663 nm/I600 nm趋于饱和。研究发现对实时检测人体内的Zn^2+具有很好的应用前景。     

基于Fluoral-P衍生物的新型甲醛探针的光谱特性研究

甲醛(HCHO)是目前室内空气主要污染物之一,长期暴露在过量甲醛环境中会对人的眼睛、皮肤、呼吸器官等产生严重危害,甚至可能导致神经系统功能的丧失[1]以及耳、鼻和喉癌[2]。因此,快速、高效、准确地实现甲醛气体的检测,对于保障人类健康具有重大的意义。当前有很多种方法可以用于甲醛气体的检测。例如,气相色谱法(GC)[3]和高效液相色谱法(HPLC)[4],色谱仪器能够提供低至μg·m-3级别的浓度检测,但是仪器较为大型笨重,并且检测非常耗时,难以实现实时连续地对甲醛气体浓度的监测;基于气敏薄膜的半导体气体传感器具备响应时间短,稳定性高以及可连续监测等优点,然而这类传感器通常检测限较高(>300 μg·m-3),并且选择性差[5];基于酶的生物传感器通常有较好的灵敏性和选择性,但是其热稳定性通常较差,这严重限制了其应用[6]。比色法和荧光法由于响应速度快,灵敏度高,检测限低,选择性好以及传感器简单便宜等特点,被广泛地应用于甲醛气体传感器的设计中去[7-9]。这种方法是利用探针分子与甲醛发生特异性结合,形成新的物质,从而引起探针吸收光谱的变化或者发出荧光,实现对甲醛的定量测量。Descamps等使用4-氨基-3-戊烯-2-酮(Fluoral-P)作为探针分子,设计了一种手提式的甲醛检测仪[10]。Fluoral-P是一种烯氨酮结构的物质,能与甲醛特异性结合形成环状化合物3,5-diacetyl-1,4-dihydrolutidine(DDL)。由于Fluoral-P自身的特征吸收带与DDL的吸收带相隔较远,同时与甲醛结合后能够产生大斯托克斯位移的荧光峰,因而被广泛应用于甲醛检测。然而,Fluoral-P在空气中有水分子存在的情况下极其不稳定,容易发生水解,形成乙酰丙酮和氨气,严重限制了Fluoral-P在甲醛检测上的应用[10]。采用紫外可见吸收光谱、稳态荧光光谱和气相色谱质谱(GC-MS)技术研究了Fluoral-P的一种衍生物,4-氨基-1,1,1-三氟-3-丁烯-2-酮(3F-FP),与甲醛溶液相互作用的光学和化学特性。实验发现,Fluoral-P的水解速率为k＝1.555 9×10-5 L2·mol-2·s-1,然而,3F-FP具有非常低(接近0)的水解速率,水溶液环境下表现出了极好的稳定性。同时,3F-FP可以与甲醛反应生成一种类似DDL的环状化合物6F-DDL,使得3F-FP在430 nm处出现了一个新的吸收带,并且在峰值489 nm处的荧光强度也得到了明显增强,增强因子为12,在峰值处的荧光增长速率为k=7.881×103 h-1。下一步我们将使用多孔玻璃作为3F-FP探针的载体,不仅可以提高3F-FP分子浓度,也可以增加探针分子与甲醛的接触表面积[11],荧光增长速率还可以得到进一步的提高,因此3F-FP分子在甲醛气体检测领域具备了良好的应用前景。