Застосування 5-(хлорометил)-8-оксихіноліну, іммобілізованого на поверхні кремнезему, для визначення вільного zn2+ люмінесцентним методом

Реферат: 2+ Винахід належить до галузі визначення вільного Zn люмінесцентним методом шляхом застосування 5-(хлорометил)-8-оксихіноліну, іммобілізованого на поверхні кремнезему. UA 102780 C2 (12) UA 102780 C2 UA 102780 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Винахід належить застосування 5-(хлорометил)-8-оксихіноліну в аналітичних та 2+ діагностичних цілях для визначення вільного цинку Zn люмінесцентним методом в присутності 2+ 2+ + 2+ 2+ 2+ Са , Mg , Na , Cu , Co та Ni шляхом іммобілізації останнього на поверхні пірогенного кремнезему. Цинк є дуже важливим елементом для життєдіяльності. В організмі людини за даними [1] присутнє приблизно 3000 протеїнів, що містять у своєму складі молекулу цинку(II). У вільному стані цинк зустрічається при його переміщенні через цитоплазму та внутрішньоклітинні мембрани [1]. Кількість цинковмісних протеїнів у клітині пікомолярна, що вказує на вкрай незначну концентрацію цинку у клітині. Проте для еукаріотичних клітин концентрація цинку може досягати мілімолярної кількості, за рахунок присутності лізосоми, які ще називають "помешканням" цинку. Загальна ж концентрація цинку в таких клітинах складає декілька сот мікромолів, що можна вважати високою концентрацією. Реєстрація вільного цинку всередині клітини та на її мембрані є вкрай важливою задачею для розуміння міграції цинку та діагностуванні певних патологій клітини. Відомими запатентованими речовинами для аналітичного флуоресцентного визначення цинку [2] є складні ароматичні системи. Речовини виконують свою функцію завдяки координації циклічного чи поліаміну до вільного іону цинку(II). Першим недоліком даних речовин є дуже складний синтез. Другий недолік це можливість визначення цинку тільки у відібраній пробі, адже після аналізу речовину не можна видалити зі зразку, що унеможливлює визначення цинку(II) безпосередньо на мембрані клітини. Також для визначення вільного цинку (II) люмінесцентним методом застосовують карбонатангіндразу II, виділену з людського організму [3]. Недоліком даної речовини можна вважати дуже високу ціну отримання та очистки, а також те, що визначенню цинку(ІІ) заважають 2+ 2+ 2+ інші метали Сu , Со , Ni . Найбільш близькими до запропонованого винаходу є застосування ряду речовин [4] на основі 8-гідроксихіноліну для аналітичного визначення цинку(II). Ядро 8-гідроксихіноліну проявило чудові аналітичні характеристики для визначення вільного цинку(II), проте суттєвими недоліками прототипного виноходу порівняно з запропонованим є: 1) запропоновані речовини відрізняються складною синтетичною частиною; 2) усі запропоновані речовини легко переходять в аналітичні середовище, що унеможливлює визначення цинку безпосередньо на мембрані клітини. В основу винаходу поставлено задачу більш простого та дешевого синтезу речовини, що буде гарним люмінесцентним сенсором на іон цинку(II). А також вирішення проблеми визначення цинку безпосередньо на мембрані клітини. Поставлена задача вирішується шляхом іммобілізації 5-(хлорометил)-8-оксихіноліном на наночастинках пірогенного кремнезему - аеросилу, що дозволяє збільшити константу зв'язування цинку і зменшити граничну концентрацію визначення цинку. Також при даному підході люмінесцентний сенсор хімічно утримується на поверхні аеросилу, що унеможливлює його перехід в аналітичне середовище. Саме така сукупність суттєвих ознак є необхідною і достатньою для досягнення технічного результату - створення нового флуоресцентного сенсора для визначення вільного цинку. Приклад реалізації способу. Приклад. Схема І ілюструє хід синтезу речовини. До реактора помістили 0,12 г (0,62 ммоль 20 % надлишок) 5-(хлорометил)-8-оксихіноліну і залили 10 мл ДМФА та витримали до повного розчинення. До розчину додали 1,0 г аміноаеросилу. Реакційну суміш інтенсивно перемішували і нагрівали на масляному нагрівнику при 90 °C протягом 6 годин. Після чого суміш охолодили, відфільтрували та кілька разів промили на фільтрі ДМФА. Після цього відмили в екстракторі "Сокслета". Отриману речовину висушили у сушильній шафі протягом 2 годин при температурі 110 °C. 50 Схема І Cl Si NH2 Si Et3N + HN OH DMFA 0 90 C N N OH 1 UA 102780 C2 5 Концентрація іммобілізованого сенсору встановлена методом ізотермічної гравіметрії і дорівнює - 0,52 ммоль/г. Люмінесцентні спектри та спектри збудження отримані при рН 7,4 у буферному розчині, який 2+ 2+ + + моделює зовнішньо клітинне середовище (рН7.4, 2mМ Са , 2mМ Mg , 4.8mM K , 140mM Na , 150mМ СІ ). На фіг. 1 представлений спектр поглинання синтезованих люмінесцентних систем. На фіг. 2 представлений ЕПР спектр комплексів купруму(П), що є додатковою характеристикою синтезованої речовини. Розраховані параметри ЕПР спектра наведені у таблиці 1. Таблиця 1 Комплекс L-Cu g|| 2,225 g 2,073 g0 2,124 4 -1 A║x10 см 188 10 15 20 25 На фіг. 3 представлені спектри люмінесценції синтезованих речовин у присутності катіонів 2+ 2+ 2+ 2+ 3 металів Cu , Co , Mn , Zn у концентрації 10- моль/л. Як видно, тільки іон цинку запалює 2+ люмінесценцію сенсора, що є запорукою селективності визначення Zn . На фіг. 4 представлений люмінесцентний спектр, збуджений при 365 нм, синтезованого сенсора в залежності від концентрації цинку, а на фіг. 5 представлена залежність інтенсивності сигналу від концентрації цинку на довжині хвилі 525 нм. Таким чином синтез запропонованої речовини - сенсора є легким і дешевим, а аналітичні характеристики є набагато вищими за наявні аналоги. Джерела інформації: 1. Vallee B.L., Falchuk K.H. The biochemical basis of zinc physiology // Physiological Rev.-1993. Vol. 73, No. 1. - P. 79-118. 2. Pat. Us 7,074,823 B2 United States patent. Fluorescent Probe for Zinc / Nagano Т., Kikuch K., Hirano Т.; Assignee Daiichi Pure Chemicals CO., LTD, Tokyo (JP)-11.07.2006. 3. Pat. Publication US 2004/0185518 Al United States patent. Excitation Ratiometric Flurescent Biosensor For Zinc Ion at Picomolar Levels / Thompson R., Cramer M., Fierke C.F., Zeng H.H., Bozym R.; 23.09.2004 4. Pat. US 7,589,209 B2 United States patent. 8 hydroxyquinoline tripodal metal ion probes / Canary J.W., Royzen M.; Assignee New York University, New York, NY (US). - # US2005/0227365 A1; 23.03.05; 13.10.05 30 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 35 Застосування 5-(хлорометил)-8-оксихіноліну, іммобілізованого на поверхні кремнезему, для 2+ визначення вільного Zn люмінесцентним методом. 2 UA 102780 C2 3 UA 102780 C2 Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4