咪唑基離子液體的結構光譜性能分析及蛋白質傳感

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。實驗結果表明， 隨離子液體咪唑環中烷基鏈長度增加，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，且在一定范圍內與蛋白質濃度成正比，據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，根據不同蛋白質對咪唑基離子液體熒光性能的影響，建立了陣列傳感系統用于8種蛋白質的區分與識別，在蛋白質濃度高于500 nmol/L時，識別正確率達到90%以上。

關鍵詞 咪唑基離子液體； 熒光性能； 烷基； 鹵素陰離子； 蛋白質； 傳感

1 引 言

離子液體（Ionic liquids， ILs）是由有機陽離子和無機/有機陰離子構成、在室溫或室溫附近呈液體狀態的鹽類。20世紀80年代，Wilkes等發現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]等領域獲得了廣泛應用。

隨著對離子液體的性質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和性質進行研究，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。早期的研究結果認為，離子液體在近紫外可見光區基本不產生光吸收，但Paul等發現咪唑基離子液體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由于其結構中咪唑環的存在，使得其在整個紫外可見區都表現出明顯的吸收[10]，但其吸收光譜受雜質（如水、無機陰離子、有色物質等）的影響較大[11]。

咪唑基離子液體EMimBF4、BMimBF4和BMimPF6在受紫外光激發后能發射出熒光，由于離子液體結構內存在不同的締合形式，其熒光強度與激發波長之間存在較強的依賴關系[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構對稱的咪唑基離子液體1，3二丁基咪唑氯代鹽BBimCl，在咪唑環上引入了對稱的丁基基團。離子液體的對稱結構使其ππ*共軛性能極大增強，因此其熒光量子產率顯著提高，達到0.523[13]。這種結構對稱型離子液體的優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構及其內部的相互作用，并探討了該類咪唑基離子液體在蛋白質分析檢測中的性能。

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/發射狹縫均為5 nm。

4 結 論

離子液體的結構可以進行人為的設計和改造，賦予離子液體一些獨特的性質，具有廣闊的應用前景。通過研究離子液體本身結構與其光譜性能之間的構效關系，深入了解有關離子液體結構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計和制備以及實際應用提供理論依據和指導，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分析中的應用提供了基礎，如離子液體能進入蛋白質的結構域III中[24]，但其詳細作用機理仍需進一步深入探討?；陔x子液體構建的熒光陣列傳感器對多組份蛋白質樣品具有一定識別能力，但其識別能力受熒光量子產率的限制，因此可考慮設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。

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