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金属卟啉是自然界中广泛存在的一类大环化合物,如血红素、叶绿素、VB12等,它们在生命体的新陈代谢以及很多基本生物过程中都起着不可忽视的作用6。

卟啉分子由4个吡咯环通过次甲基连结,形成一四配位卟啉核。

卟啉环非常稳定,可与直径为

317!

的金属发生配位7;

它与过渡态金属形成的络合物尤其稳定,比如,Zn四苯基卟啉（ZnTPP,其稳定

常数为1029。

大部分金属都与卟啉形成1∶1的络合物,只有Na、K、Li络合物的配合比为2∶1,两个金属

原子分别位于卟啉环平面的上方和下方。

卟啉的电子吸收光谱主要有Soret带（又名B带和Q带6。

Soret带位于400～450nm之间,摩尔吸光系数高（2～5×

105mol-1・L・cm-1。

而金属卟啉的Soret带吸收较弱,当环侧有亲电子基团时,Soret带将向长波方向移动。

卟啉的Q带一般在450～650nm之间,有4个相关峰;

当吡咯环氮上的氢被金属离子取代形成金属卟啉后,4个相关峰减弱或消失。

卟啉和金属卟啉由于具有18电子大π离域结构,所以,以其B带或Q带作为激发波长,均在600～700nm间（或更长的波长范围有不同程度的荧光发射;

一般情况下,金属卟啉的荧光强度要弱于卟啉。

室温下,卟啉本身不发　光,当与某些金属形成络合物并与有序介质（如:

表面活性剂、蛋白质和核酸等生物大分子共存时才在近红外区发射　光;

但只有极少数的金属卟啉发　光,最常见的为钯Π铂卟啉。

第30卷

2002年12月　　　　　　　　　分析化学（FENXIHUAXUE　评述与进展ChineseJournalofAnalyticalChemistry　　　　　　　　　第12期1515～1520

3　钯Π铂卟啉室温　光探针的特点

Eastwood和Gouterman8

首次合成并研究了钯Π铂卟啉,发现它们具有极强的室温　光,其特点是长

寿命（ms,长波长（600～1000nm。

之后,才出现了各种发射室温　光的钯Π铂卟啉9～12;

最常见的有水

溶性meso2四（42磺酸苯基卟啉（H2TSPP4-和meso2四（42N2三甲氨基苯基卟啉（H2TMAP4+的钯ΧΠ铂Χ络合物,以及非水溶性的八乙基卟啉（OEP和四苯基2四苯并卟啉（Ph4TBP的钯ΧΠ铂Χ络合物等。

600～1000nm的近红外区是研究生物物质发光探针和光化学传感器的一个极为有用的区域。

所以,具有特殊室温　光特性的钯Π铂卟啉便成为生物分析方面非常有效的探针分子,结合一些简单的设

置便可提供很高的灵敏度和选择性。

与传统的紫外可见光探针相比,钯Π铂卟啉探针具有如下特点13:

（1Stokes位移大（150～170nm,激发和发射区分明显;

而且可根据光源特点选择Soret带和Q带作激发波长,光谱灵敏度高;

（2寿命长,量子产率高（0.1～0.6;

（3在大于μs范围内可进行时间分辨测量,并有效避免由散射、吸收和样品内源荧光引起的背景干扰,特别是当样品中含有复杂的生化物质时;

（4近红外发光探针测量所用仪器价格低,易于微型化。

这些特点预示了钯Π铂卟啉室温　光探针在生物医学领域有着极大的应用前景,比如通过探针的　光猝灭进行临床监测,诸如氧;

用时间分辨光谱研究一些大分子的慢动力学过程等。

4　钯Π铂卟啉室温　光探针在生物医学方面的应用研究

在近红外区,荧光背景信号和生物组织干扰小,测定被钯Π铂卟啉探针标记的物质有可能得到很高的灵敏度,而且可增强标记物测定的微秒分辨率。

因此,这些发　光的物质可作为　光免疫标记物、生物传感器材料用于离体或活体氧测量、肿瘤诊断以及研究核酸的有效探针分子。

4.1　免疫标记

光散射和背景荧光致使免疫测定灵敏度降低一直是生物学家的难题,所以选择具有合适激发2发射波长的高灵敏标记物,并用时间分辨测量技术来减少这种负面影响很有意义。

金属卟啉由于其独特的光学性质便成了合适的标记选择。

钯Π铂粪卟啉可以与抗体和抗原共价标记,运用固相时间分辨卟啉　光免疫测定方法,两个或更多

的金属卟啉（各有特征　光参数可用来同时测定样品中的几种抗原14。

Hendrix15用钯2八乙基卟吩α

异硫氰酸盐作为　光标记,测定了体液中的药物、激素、蛋白质等。

Savitsky16

等建立了钯Π铂粪卟啉和四苯基卟啉衍生物与蛋白质和低聚核苷酸通过共价键或非共价键结合的方法,被标记的蛋白质可冷冻储存相当长时间而保持其免疫特性不变;

该标记热动力学稳定,不受溶液中污染物和含有重金属离子样

品的干扰。

DeHass17等用钯Π铂粪卟啉标记了抗生蛋白链菌素和抗体,通过光谱分析（摩尔吸光系数、

量子产率及寿命和EISA方法测定了生物活性和免疫特性的保留值,并选择了合适的共轭物实验检测了前列腺特殊抗原（prostate2specificantigen、胰增血糖素（glucagon、人雄性激素受体（humanandrogenreceptor、P53和谷光肽转移酶（glutanthionetransferase;

另外还合成了钯Π铂卟啉标记dUTPS用作DNA探针的酶标记。

时间分辨　光检测技术（光显微分析,结合　光金属卟啉作为灵敏的标记物,是非常有效的免疫测定方法。

特别是钯Π铂粪卟啉及其衍生物都有高量子效率和很好的光化学稳定性,与生物分子形成共轭物在　光免疫测定和生物活性测定中有很大的应用潜力18,19。

将来,纳米金属卟啉更有望作为固相光免疫测定中的适宜标记物

。

4.2　肿瘤诊断光成像是一种基于氧猝灭结合到蛋白质上钯卟啉　光的光学测氧技术,已被应用于活体或离体

组织氧水平测量。

通过该技术有可以获得初期生长的肿瘤中以及主体组织周围氧分布的三维图像20。

通常肿瘤区要比主体组织中更缺氧,在新组织形成的区域氧压较低,因此,光信号强,寿命较长;

将　

光强度和寿命转换为图像后很易识别出肿瘤区和正常组织区21。

该方法不受体系中其他的生色团吸

光的影响;

它可以定量、快速（<

10ms、灵敏（<

10-5Torr测量悬浮细胞和亚细胞类脂质中的氧压;

大脑6151　　分析化学第30卷

皮层微管和其它组织微管中的氧压图说明了该方法只与体系光学性质有关,而且很容易得到μm级的

分辨率22。

目前,最佳的探针分子是钯的四羧基苯基卟吩络合物。

最近,有研究报道,钯的数种卟啉络合物可作为　光成像的探针分子

23,24,比如四苯并钯卟啉、以卟啉为中心的树枝状大分子等。

　光成像分析仍然是今后一段时期的热门课题,并有可能在单分子检测、单细胞分析方面得到应用。

4.3　DNA测定以及探测核酸与小分子药物的相互作用

小分子诸如染料、金属络合物与核酸的相互作用一直是人们的研究热点。

特别是水溶性金属卟啉与核酸相互作用方式的研究,为获得核酸（DNA的碱基序列和识别核酸的结构（或者进一步识别病毒,进而设计新型抗癌和抗病毒药物提供了非常有价值的信息。

核酸和　光Π荧光小分子的相互作用会使DNA和插入试剂的物理化学性质产生明显变化。

1995年,Diaz-Garcia等25

在研究钯卟啉与双链DNA的相互作用时发现钯卟啉在680nm处有一强的室温　

光发射;

分析　光光谱数据得出钯卟啉可能插入到DNA中,缔合常数为1×

106mol-1・

L,同时提出运用钯卟啉的这种室温　光特性来分析测定DNA。

Montserrat等26研究发现小牛胸腺DNA（ctDNA与钯卟

啉结合会增强其室温　光,而同样浓度的小牛肝RNA存在下则观察到微弱的RTP发射。

这个发现为RNA存在下选择性测定DNA奠定了基础,并成功地对结肠组织中的DNA进行了选择性测量,并提出用钯卟啉络合物的RTP特性设计DNA生物传感器,或者发展基于金属卟啉2DNA时间分辨　光探针的新

诊断工具。

本实验室袁雯等27研究了Pd2TMAP光探针与ct2DNA的相互作用得出:

卟啉大分子选择

性地插入DNA的GC富集区,由于π2

π堆集或氢键相互作用,引起激发波长和吸收波长红移;

或者探针分子结合于DNA的浅沟槽处;

在过量DNA存在时,探针通过自身所带电荷与DNA分子磷酸二酯结构的静电缔合作用,使卟啉探针部分暴露于极性水介质而引起激发波长蓝移。

用　光探针在分子水平上进一步研究小分子药物与DNA的作用方式,对于了解抗癌药物的作用机理极为重要,也为开发新型抗癌剂提供了思路。

丝裂霉素C（MMC和更生霉素D是近年来临床上常用的抗癌药物,生物学实验表明,DNA是MMC在体内主要的靶分子,活化后的MMC和DNA结合,阻碍

DNA复制。

袁雯等28首次借助钯卟啉探针从室温　光角度系统研究了水溶液中这两种抗癌药物与小

牛胸腺DNA的作用机制,并得到与文献一致的实验结果,即MMC和DNA可能是以一种双烷基化交联反应的模式相互作用。

4.4　生物传感器

钯Π铂卟啉探针在生物传感器中的应用主要是基于氧猝灭探针　光的机理发展建立起来的29,既可

用发光强度作为响应信号,也可用寿命作为测量信号,后者更具有优越性。

金属卟啉的应用可分为水溶性和非水溶性两大类30。

水溶性钯Π铂卟啉被固定在分叉的石英光导

纤维束上,用聚丙乙烯薄膜覆盖后直接浸入溶液中监测氧浓度31,或者作为流动注射分析（flow2injection

analysis中的流动相,检测生物体液（如全血清中的葡萄糖32。

由于这类生物传感器与生物样品的直

接接触,不可避免地与一些生物大分子化合物（比如蛋白质等发生缔合作用,致使传感器响应信号的灵敏度和重现性降低。

这些缺点在固体基质生物传感器中得到了有效克服,常用的基质为聚苯乙烯,响应材料为非水溶性的铂八乙基卟啉（Pt2OEP。

目前应用较为广泛的是光导纤维酶生物传感器（fiber2optic

enzymebiosensors,有膜型（membranetype光导纤维生物传感器33和带氧电极头的流通池型（flow2cell

type生物传感器34两类。

前者用同一葡萄糖膜可连续至少5h监测葡萄糖浓度,或进行100次单测定

而不必校正;

用于尿液或稀释10倍的血清样品检测,分析范围为0～1.2×

10-3molΠL,检测限可达5×

10-5molΠL。

流通池型生物传感器以氧电极头作为转导器（transducer,适合于测量更高浓度的葡萄糖或者监控茶叶和白兰地酒中的邻苯二酚。

最近,Papkovsky和Riordan等35又介绍了两种铂卟啉　光猝灭的氧传感器,用来进行无损坏食品包装测氧和细胞生存耗氧实验。

在食品包装测氧上,以铂卟啉酮结合简单的光电装置作为传感探头,同肉类食品一同包装,然后通过相调制技术进行扫描,不损坏包装袋即可获知其中氧的含量。

该传感器本身

不耗氧,且操作温度范围宽（-15～40℃;

可用于实际包装或贮存食品中氧的测量,也为食品研究和生7151第12期李改茹等:

金属钯Π铂卟啉室温　光探针在生物医学领域的应用研究　　

物样品（如活体组织的呼吸研究提供了一个有力的工具。

在细胞生存能力实验中,消过毒的氧传感膜被置于含有生长介质和实验细胞的样品中,然后监测氧浓度的变化,从而获悉细胞的新陈代谢能力。

相调制技术扫描发现:

活性细胞的相移信号呈上升趋势,而变性剂存在时相移信号则趋于平稳。

与传统的细胞密度计量仪（完成需24h相比具有快速（10～15s、可信、耗费低等优点,且不受样品本身氧浓度的干扰,可用于实际样品（如全血的测量。

5　其　　它

除此以外,钯卟啉室温　光探针也可用作其它传感材料或重金属离子的测量。

Papkovsky36等研究表明,钯卟啉酮在室温下显示强的长波长　光（720～900nm,可以作为pH传感

材料;

钯粪卟啉可用于固态高分子膜或L2B涂层的SO2传感器材料。

同时还研究了铂粪卟啉ΠBSA的　光光谱特性,发现在酸性条件下亚硫酸盐对共轭体系的　光有猝灭作用,当pH<

4.0时,光被强烈地猝灭,这可能是由于SO2存在的缘故,基于此该　光探针可快速定量在线测定亚硫酸盐,检出限可达～10μmolΠL37。

Lee等38研究认为基于钯八乙基卟啉的　光猝灭,可作为适宜气体力学环境的氧传感器材料。

钯粪卟啉在非均相Triton2X100胶束中于其云点温度之上被加热20～30min而扩散、浓缩在表面活

性剂中,在室温下发射强　光;

基于这个研究结果建立了室温　光测钯（10-9molΠL,检测限（SΠN=3

达2×

10-9molΠL;

相对标准偏差为2.1%39。

6　结　　语

卟啉及其金属络合物种类很多,分子具有刚性结构,周边功能团的位置和方向可加控制,其分子有较大的表面,其轴向配体周围的空间大小和相互作用方向的控制余地较大,可进行分子大小、形状、功能团和手性异构体的识别,它的超分子功能已应用于生物相关物质的分析,且有文献评述了固定于聚合薄

膜中的金属卟啉在仿生和生物传感器方面的应用进展40。

已有很多金属卟啉络合物被应用于生物电

子转移模型、氧的传输和金属酶中。

卟啉光疗试剂在癌症治疗中具有很重要的用途,如果用　光探针方法对光疗剂进行定位,并检验治疗效果是非常有前景的

41。

此外,卟啉及其金属络合物作为重要的分析试剂,还被广泛用于分光光度法测定金属离子、电分析化学中离子选择膜的电活性试剂和HPLC中的固定相等42。

所以对各种金属卟啉的研究已引起人们越来越多的关注。

钯Π铂卟啉室温　光探针所具备的优势,以及它在生化和医学方面的重要应用,决定了它将使室温光分析与生命科学研究紧密结合,有望成为分析科学领域的一个新的亮点

References

1　HaidongK,StanleyRC.Anal.Chem.,1990,62（21:

2365～2369

2　LiuChangsong（刘长松,JinWeijun（晋卫军,ZhangShuzhen（张淑珍,WeiYansheng（魏雁声,DongChuan（董　川.

TheProgressofAnalyticalChemistry（分析化学新进展.Taiyuan（太原:

ShanxiScienceandTechnologyPress（山西科学技术出版社,1997:

54～55

3　MontserratRF,MariaJV,MartaDG.Anal.Chem.,1997,69:

2406～2410

4　VanderkooiJM,WrightWW,ErecinskaM.Biochem.,1990,29:

5332～5338

5　MaGuibin（马贵斌,GuoYulin（郭玉玲,ChenLiang（陈　亮,ZhaoJianguo（赵建国,YangPin（杨　频,ZhaoChungui

（赵春贵.Chem.J.ChineseUniversities（高等学校化学学报,1997,18:

688～690

6　ZhangPeiying（张佩英,YueBaozhen（岳保珍Ed.Bio2organicChemistry（生物有机化学.Beijing（北京:

BeijingMedicalUniversityandPekingUnionMedicalUniversityPress（北京医科大学和中国协和医科大学联合出版社,1stEd.（第一版,1992

7　FalkJE.PorphyrinsandMetalloporphyrins.NewYork:

Elsevier,1975

8　EastwoodD,GoutermanM.Mol.Specctrosc.,1970,35:

359～375

9　BlinovaIA,VasilevVV,ShagisultanovaGA.Zh.Fiz.Khin.,1994,68（5:

841～843

8151　　分析化学第30卷

10　SapunovVV.Opt.Spektrosk.,1994,77（5:

778～782

11　SavitskyAP,SavitskajaAV,LukjanetzEA,DoshkevichSN,MakarovaEA.Proc.SPIE2Int.Soc.Opt.Eng.,1997,2980:

352～357

12　VasileoVV.J.Appl.Spectrosc.,1999,66（4:

583～587

13　PapkovskyDB,PonomarevGV,WolfbeisOS.SpectrochimicaActa,PartA,1996,52:

1629～1638

14　SavitskyAP.Proc.SPIE2Int.Soc.Opt.Eng.,1993,1885:

138～148

15　HendrixJL.U.S.US5,464,741,1995,Appl.134,133,1993

16　SavitskyAP,PonomarevGV,LobanovOI,SodovskyNA.Proc.SPIE2Int.Soc.Eng.,1994,2136:

285～29817　DeHassRR.J.Histochem.Cytochem.,1999,47（2:

183～196

18　SavitskyAP,PonomarevGV,SoiniE.Proc.SPIE2Int.Soc.Opt.Eng.,1994,2329:

252～257

19　PonomarevGV,YashunskyDV,DmitryV,MeltdaNJ,SoiniAE.PCTInt.Appl.WO0027,847,2000,FIAppl,1998Π2,

422,1998

20　WilsonA,LahiriS,DewhirstMW.KeioUniv.Symp.LifeSci.Med.,1998,1:

377～387

21　YuanWen（袁　雯,JinWeijun（晋卫军,WeiYansheng（魏雁声,DongChuan（董　川,LiuChangsong（刘长松.J.

Anal.Sci.（分析科学学报,2000,16（5:

428～432

22　WilsonDF.Adv.Exp.Med.Biol.,1992,317:

195～201

23　VinogradovSA,WilsonDF.U.S.US5,837,865,1998,USAppl.137,624,1993

24　VinogradovSA,WilsonDF.J.Chem.Soc.,PerkinTrans.2,1995,（1:

103～111

25　Diza2GarciaME,Roza2FernandezM.Proc.SPIE2Int.Soc.Opt.Eng.,1995,2631:

29～36

26　MontserratRF,MariaJesusVG,MartaElenaDG.Anal.Chem.,1997,69:

27　YuanWen（袁　雯,JinWeijun（晋卫军,DongChuan（董　川.Chem.J.ChineseUniversities（高等学校化学学报,

2001,22（6:

922～924

28　YuanWen（袁　雯,JinWeijun（晋卫军.ChineseJournalofAnalysisLaboratory（分析试验室,2001,20（Suppl.:

220～

221

29　SinassappelM,InceC.J.Appl.Physio.,1996,81（5:

2297～2303

30　PapkovskyDB.Sensors&

Actuators,B,1993,B11（123:

293～300

31　PapkovskyDB,SavitskiiAP,YaropolovAI.Anal.Chem.（USSR,1990,45:

1441～1445

32　PapkovskyDB,Savti