蘇州醫(yī)工所在氰根離子熒光探針的檢測機理研究中取得進展

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曉木蟲

蘇州醫(yī)工所在氰根離子熒光探針的檢測機理研究中取得進展

摘要: 　　眾所周知，氰化物是一種劇毒的物質(zhì)。2015年8月，天津港爆炸事故導(dǎo)致的氰化物泄漏引起了群眾的極大關(guān)注，大家普遍關(guān)心空氣和水源是否被污染，周邊人群的健康是否會受到影響。因此，發(fā)展一套快速準確檢測氰化物的 ...

　　眾所周知，氰化物是一種劇毒的物質(zhì)。2015年8月，天津港爆炸事故導(dǎo)致的氰化物泄漏引起了群眾的極大關(guān)注，大家普遍關(guān)心空氣和水源是否被污染，周邊人群的健康是否會受到影響。因此，發(fā)展一套快速準確檢測氰化物的方法是生命醫(yī)學(xué)和環(huán)境檢測領(lǐng)域的迫切需求。
　　氰化物進入機體后分解出具有毒性的氰根離子，氰根離子能抑制組織細胞內(nèi)多種酶的活性，如細胞色素氧化酶、過氧化物酶、脫羧酶、琥珀酸脫氫酶及乳酸脫氫酶等。其中，細胞色素氧化酶對氰化物最為敏感，氰根離子能迅速與氧化型細胞色素氧化酶中的三價鐵結(jié)合，阻止其還原成二價鐵，使傳遞電子的氧化過程中斷，組織細胞不能利用血液中的氧而造成內(nèi)窒息。中樞神經(jīng)系統(tǒng)對缺氧最敏感，故大腦首先受損，導(dǎo)致中樞性呼吸衰竭而致人死亡。
　　目前，最常見的氰根離子濃度檢測手段是熒光探針法。然而，實驗上合成的熒光探針雖多，但是對檢測機理的學(xué)習(xí)還不夠，對探針如何特異性識別氰根離子以及如何引起探針熒光性質(zhì)的變化等微觀機理還知之甚少。
　　最近，中國科學(xué)院蘇州生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)學(xué)習(xí)所醫(yī)學(xué)檢驗室學(xué)習(xí)員董文飛課題組博士李力等人運用理論計算方法，學(xué)習(xí)了熒光探針與氰根離子的結(jié)合過程以及該過程帶來的熒光性能變化，從分子層面闡述了熒光探針對氰根離子的檢測機理。
　　該工作首先通過表面靜電勢分析（如圖1），尋找探針與陰離子的結(jié)合位點。接著，在該位點引入常見陰離子，通過電子云模擬，分析探針與各陰離子結(jié)合之后的化學(xué)鍵性質(zhì)（如圖2），得出探針與氰根離子具有最強的結(jié)合能力；同時，創(chuàng)新性地引入顯性溶劑模型對探針與其他陰離子（特別是鹵素離子）的反應(yīng)過程進行勢能面掃描，從能量角度排除了其他離子對氰根離子檢測過程的干擾（如圖3）。最后，通過探針與氰根離子反應(yīng)前后分子構(gòu)型和軌道能級的變化，闡明該識別過程帶來的熒光變化機制，為進一步設(shè)計新型熒光探針提供了理論依據(jù)。相關(guān)結(jié)果已經(jīng)發(fā)表在有機電子學(xué)（Organic Electronics 30 (2016) 1-11）上。