基于钌多吡啶类配合物的DNA分子光开关及生物传感研究

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多吡啶钌配合物与DNA相互作用的光电化学性能及电化学组装的开题报告

多吡啶钌配合物与DNA相互作用的光电化学性能及
电化学组装的开题报告
研究背景:
DNA和金属配合物的相互作用一直是研究热点之一。

多种金属配合物均已被证明可以与DNA发生相互作用，并且这种相互作用可以导致DNA的结构变化和光学性质的改变。

特别是，钌配合物因其特殊的物理化学性质已经成为DNA相互作用研究的热点之一。

研究内容:
本研究将使用脱氧核糖核酸（DNA）作为底物，并采用电化学组装方法制备了多种多吡啶钌配合物/DNA复合体。

通过XPS，FTIR，CV等表征手段，表征了多吡啶钌配合物和DNA的化学性质和电化学性能。

光电化学性能方面，采用紫外-可见吸收光谱、荧光谱和光电化学技术研究了多吡啶钌配合物和DNA之间的相互作用。

通过光电流和电位分布分析，探讨多吡啶钌配合物/DNA复合物的光电化学性能。

同时，使用荧光共振能量转移（FRET）技术研究了多吡啶钌配合物和DNA复合物中的能量传输机制。

电化学组装方面，采用原子力显微镜和电化学阻抗谱等表征方法，研究多吡啶钌配合物/DNA复合物在电极表面的组装行为。

并通过实验和模拟研究其电导特性和传输行为。

创新意义:
本研究利用多吡啶钌配合物和DNA复合体用于光电化学检测，探索了DNA与金属配合物之间的相互作用。

可以为探索DNA和其他金属配合物之间的相互作用提供参考。

此外，研究结果还可以为光电化学材料的设计和制备提供参考，为制备高效的传感器、光电器件等开发具有现实意义的技术提供了基础数据。

基于钌配合物的光电功能材料与应用研究

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钌(Ⅱ)多吡啶配合物与DNA相互作用研究

维普资讯
第１９卷第１２期２００７年１２月
化学进
展
Ｖｏ．９Ｎｏ．２１１１Ｄｅ，２０ｅ．０７
ＰＲＯＧＲＥＳＮＳＩＣＨＥＭＩＴｓＲＹ
钌（多吡啶配合物与ＤＡ相互作用研究＊ Ⅱ）Ｎ
广泛关注，成为生物无机化学的重要研究内容之一。本文简要评述了钌（多吡啶配合物在ＤＡ识别、 Ⅱ）Ｎ断裂及拓扑异构酶抑制方面的研究情况。
关键词钌（多吡啶配合物 Ⅱ）ＤＡ识别ＮＤＡ断裂拓扑异构酶抑制Ｎ
中图分类号：６４８Ｑ２文献标识码：０１．；５３Ａ文章编号：１０ —８ｘ（ｏ７１ —８４００５２１２ｏ）２１４ —８
ｂｔｅｔｌｃｍｐｅｅｎｅｗｅｎｍｅａｏｌｘｓａｄＤＮＡａｅｅｖｄｉｔｎｅｉｔｒｓｎｅｏｎｉｏａｔｒｓａｃｅｄｏｉｉｏｇｎｅｈｓｒｃｉｅｎｅｓｎｅｅｔａｄｂｃｍｅａｍｐｒｎｅｅｒｈｆｌｆｂｏｎｒａｉｔｉｃｅｓｒ．ＴｉｒｖｅｈｇｌｈｓｓｍｅｒｃｎｒｇｅｓｓｉｈｔｄｅｆＤＮＡｅｏｎｔｎ，ｃｅｖｇｎｏｏｓｍｅａｅｈｍｉｔｙｈｓｅｉｗｉｈｉｔｏｅｅｔｐｏｒｓｅｎｔｅｓｕｉｓｏｇｒｃｇｉｏｉｌａａｅａｄｔｐｉｏｒｓ
代谢有着十分重要的意义；外致癌等生命的异常此情况也与ＤＡ代谢活动密切相关。研究核酸，其Ｎ尤

新型DNA分子光开关钌Ⅱ配合物的研究

Vol .27高等学校化学学报No .72006年7月 CHE M I CAL JOURNAL OF CH I N ESE UN I V ERSI TI ES 1217～1219[研究简报]新型D NA 分子光开关钌(Ⅱ)配合物的研究郝　强,段智明,韩美娇,郑帅至,吕媛媛,王科志(北京师范大学化学院,北京100875)关键词　钌(Ⅱ)配合物;插入键合;光开关中图分类号　O614;O641.82+1 文献标识码　A 文章编号　025120790(2006)0721217203收稿日期:2005212212.基金项目:国家自然科学基金(批准号:20371008,90401007)资助.联系人简介:王科志(1962年出生),男,博士,教授,博士生导师,主要从事功能配合物研究.E 2mail:kz wang@bnu .edu .cn DNA 分子光开关是指在水溶液中不发光或微弱发光,加入DNA 后光致发光强度大幅度增强的金属配合物.此类配合物在DNA 结构探针、DNA 错配的检测、DNA 定量分析、分子逻辑门、DNA 2蛋白质的键合标记及新型光电器件等方面具有非常重要的应用前景[1～4].自从Bart on 报道[5]首例DNA 分子光开关Ru (bpy )2(dppz )2+以来,对DNA 分子光开关的研究不断深入,主要围绕对主配体dppz 的修饰和中心离子的更换而扩展到多个体系[6～10],但对于新型的DNA 分子光开关Ru (Ⅱ)配合物的报道较少[11,12].我们已经报道[13,14]了一系列插入键合的Ru (Ⅱ)金属配合物及其酸碱性质.在此基础上本文研究了一个含22(苯并噁唑基)2二吡啶并[2,32f :2′,3′2h ]喹喔啉(bdpq )的新型DNA 插入键合Ru (Ⅱ)配合物(其合成路线见图1),与同类配合物相比,具有良好的DNA 分子光开关性质.F i g .1　The syn theti c route to [Ru(bpy)2bdpq](C l O 4)21　实验部分1.1　试剂与仪器　22(苯并噁唑基)2二吡啶并[2,32f :2′,3′2h ]喹喔啉(Bdpq,自制),RuCl 3・3H 2O (含35%～40%的钌,Acr os ),2,2′2联吡啶(A.R.级,北京石鹰化工厂),氯化锂(纯度99%,A lfa Ae 2sar ),三羟甲基氨基甲烷(Tris,A.R.级,北京康特理化高技术公司),小牛胸腺DNA [ct 2DNA,纯度≥8510%,中国医药(集团)上海化学试剂公司,浓度以ε260=6600L ・mol -1・c m -1确定],缓冲溶液为5mmol/L Tris 2HCl +50mmol/L NaCl (pH =7100),其它试剂均为国产分析纯试剂.B ruker DRX 2500核磁共振仪(以四甲基硅烷为内标),Ele mentar Vari o E L 元素分析仪,App lied 2B i o 2syste m 基质辅助激光解析电离飞行时间质谱仪,G BC Cintra 10e 型紫外2可见分光光度计,Shi m adzu RF 25301PC 荧光分光光度计,乌氏粘度计.1.2　配合物[Ru (bpy )2bdpq ](Cl O 4)2・2H 2O 的合成　将含有Bdpq (7612mg,01218mmol )和Ru (bpy )2Cl 2・2H 2O [15](11316mg,01218mmol )的乙醇2水(体积比4∶1)溶液在氮气保护下于90℃回流反应12h 后,冷却至室温.旋转蒸发除去大部分溶剂,加入6倍过量的高氯酸钠饱和溶液,有红色沉淀析出.抽滤出的粗产品经硅胶柱分离得到9218mg 红色固体,产率4310%.元素分析计算值(%):C 49136,H 31132,N 12163;实测值(%):C 49106,H 31435,N 12161.1H NMR (500MHz,DMS O 2d 6,298K ),δ(J /Hz ):10116(s,1H ),9166(d,1H,J =8),9161(d,1H,J =8105),8189(dd,4H,J 1=812,J 2=17),8133(m ,2H ),8125(t,2H,J =719),8115(m ,2H ),8106(m ,4H ),7185(d,2H,J =5145),7174(m ,2H ),7162(m ,4H ),7138(t,2H,J =616).MALD I 2T OF MS,m /z :77811(779)[M -2Cl O 4-H +H 2O ]+;76011(761)[M -2Cl O 4-H ]+(M =C 41H 27N 9O ,括号内为计算值).2　结果与讨论2.1　荧光光谱　在没有DNA 存在时,配合物发射极微弱的荧光.随着DNA 浓度增大,配合物在近630nm 处发射峰显著增强,表现DNA “分子光开光”效应(图2).当[DNA ]/[Ru ]=9时,荧光发射强度达恒定,此时荧光增强因子近180,大于一些具有DNA 分子光开关性质的化合物[6～9,11,12].产生这种效应是由于在配合物中含有与dppz 相同的吩嗪环,而dppz 配合物的基态和激发态电荷转移均是从中心金属指向dppz 吩嗪环,激发态最主要的非辐射跃迁衰减途径是通过dppz 吩嗪环上N 的质子化进行的.配合物插入到DNA 碱基对中后,吩嗪环上的N 受DNA 疏水区域的保护,减少了与溶剂分子的碰撞机会,使MLCT 非辐射衰减的几率减少,配合物的荧光强度增大.用McGhee 2Von H i ppel 方程[16]对荧光数据进行拟合,求得键合常数K b =(119±011)×106L /mol,键合位点大小n =4106±0104.F i g .2　The changes i n e m issi on spectra of [Ru(bpy)2・bdpq](C l O 4)2(5101μm ol/L )upon i n crea si n gthe concen tra ti on of the D NA F i g .3　The changes i n UV 2V is spectra of [Ru(bpy)2・bdpq](C l O 4)2(5101μm ol/L )upon i n crea si n g the concen tra ti on of the D NA2.2　紫外2可见吸收光谱　加入DNA 后,配合物的电子吸收光谱变化如图3所示.DNA 的加入引起的配合物284,361和447nm 处的吸收峰减色率分别为1918%,3416%和1817%,而且361nm 的配体基π2π3跃迁成的吸收峰红移了7n m.可能由于bdpq 插入到DNA 碱基对之间后,形成了有效的π2π堆积,从而造成明显的减色和红移.447nm 处的MLCT 带的减色也从一个侧面证明了MLCT 的三重激发态中含有Ru (dπ)→bdpq (π3)的成分.利用直线拟合法[17]求得配合物与DNA 分子的键合常数K b =(212±014)×106L /mol,与荧光光谱拟合求得的键合常数吻合较好.　F i g .4　Effect of i n crea si n g am oun tsof [Ru(bpy)2bdpq](C l O 4)2(a )and EB (b )on the rel a ti ve v iscosity of ct 2D NA (461185μm ol/L )a t 50mm ol/L NaC l　F i g .5　E m issi on quench i n g of [Ru (bpy)2bdpq]・(C l O 4)2(5101μm ol/L )w ith i n crea si n g theconcen tra ti on of K 4[Fe(CN)6]a .Ru;b .Ru +DNA.2.3　配合物对DNA 溶液粘度的影响　DNA 溶液粘度的变化能够敏感地反映出DNA 分子链长度的变8121高等学校化学学报 Vol .27　化,进而反映出加入试剂与DNA 分子的作用模式.当配合物中加入DNA 溶液中后,DNA 溶液的粘度明显增加(图4).这与经典的插入试剂EB 与DNA 作用的现象类似,表明配合物以插入方式与DNA 发生键合,与光谱滴定的结果一致.2.4　稳态荧光猝灭实验　以K 4[Fe (CN )6]为猝灭剂的荧光猝灭实验也是一种研究配合物与DNA 作用模式的有效手段,当配合物分子强有力地键合到DNA 分子上时,带负电荷的DNA 磷酸骨架能够阻止水合负离子猝灭剂对配合物荧光的猝灭,因而从DNA 加入前后猝灭曲线的变化就可以推断出配合物受DNA 保护程度的大小,间接地推测键合方式.图5给出了DNA 加入前后配合物溶液的荧光猝灭情况:在没有DNA 存在时,体系的荧光随猝灭剂的加入迅速降低,利用Vol m er 2Stern 方程[18]拟合得到猝灭常数K D =(1848±45)L /mol,而当DNA 存在时猝灭常数近似为零.说明配合物与DNA 有较好的结合能力,很可能是嵌入到DNA 碱基对之间,使得其荧光强度几乎不受猝灭剂影响.参　考　文　献[1]　L ing L.S .,He Z .K .,Song G .W.et al ..Anal .Chi m .Acta[J ],2001,436:207—214[2]　Erkkila K .E .,Odom D.T .,Bart on J.K ..Chem.Rev .[J ],1999,99:2777—2795[3]　J iang Y .,Fang X .,Bai C ..Anal .Che m.[J ],2004,76:5230—5235[4]　L ing L.S .,He Z .K .,Chen F .et al ..Talanta[J ],2003,59:269—277[5]　Friedman A.E .,Cha mbr on J.C .,Sauvage J.P .et al ..J.Am.Che m.Soc .[J ],1990,112:4960—4962[6]　Hartshor m R.M.,Bart on J.K ..J.Am.Che m.Soc .[J ],1992,114:5919—5929[7]　Ruba E .,Hart J.R.,Bart on J.K ..I norg .Che m.[J ],2004,43:4570—4578[8]　L iu J.G .,Ye B.H.,L i H.et al ..J.I norg .B i oche m.[J ],1999,73:117—122[9]　Bolger J.,Gourdon A.,Ishow E .et al ..I norg .Che m.[J ],1996,35:2937—2944[10]　Yao L.,Abdellatif C .,Natalya N.et al ..J.Am.Che m.Soc .[J ],2005,127:10796—10797[11]　A r ounaguiri S .,Maiya B.G ..I norg .Che m.[J ],1999,38:842—843[12]　O ′Donoghue K . A.,Kelly J.M.,Kruger P .E ..Dalt on Trans .[J ],2004:13—15[13]　HAN Mei 2J iao (韩美娇),WANG Ke 2Zhi (王科志),L ΒYuan 2Yuan (吕媛媛)et al ..Che m.J.Chinese Universities (高等学校化学学报)[J ],2004,25(12):2221—2223[14]　WU Bao 2Yan (吴宝燕),G AO L i 2Hua (高丽华),WANG Ke 2Zhi (王科志).Che m.J.Chinese Universities (高等学校化学学报)[J ],2005,26(7):1206—1209[15]　J i Z .Q.,Huang S . D.,Guadalupe A.R..I norg .Chi m .Acta[J ],2000,305:127—134[16]　Mcahee J. D.,Von H i ppel P .H..J.Mol .B i ol .[J ],1974,86:469—489[17]　Han M.J.,Gao L.H.,L üY .Y .et al ..J.Phys .Che m. B.[J ],2006,110:2364—2371[18]　Chao H.,MeiW.J.,Huang Q.W.et al ..J.I norg .B i oche m.[J ],2002,92:165—170A Novel Ru(Ⅱ)Co m plex Ba sed D NA M olecul ar L i ght Sw itchHAO Q iang,DUAN Zhi 2M ing,HAN Mei 2J iao,ZHENG Shuai 2Zhi,L ΒYuan 2Yuan,WANG Ke 2Zhi3(College of Che m istry,B eijing N or m al U niversity,B eijing 100875,China )Abstract A ne w ruthenium (Ⅱ)comp lex,[Ru (bpy )2bdpq ](Cl O 4)2,where bpy =2,2′2bi pyridine,bdpq =22(benz oxaz ol 222yl )2di pyrido [2,32f :2′,3′2h ]quinoxaline,was synthesized and characterized by I R,1H NMR,MALD I 2T OF MS,and ele mental analysis .The electr onic abs or p ti on and e m issi on s pectral titrati onswith calf thy mus DNA ,steady 2state e m issi on quenching by [Fe (CN )6]4-,and viscosity measure ments werecarried out t o study the binding of [Ru (bpy )2bdpq ](Cl O 4)2with the DNA.The results indicate that theRu (Ⅱ)comp lex acts as a DNA intercalat or with a binding constant of (119±011)×106L /mol at 50mmol/L NaCl,and can serve as a good “DNA molecular light s witches ”with a lu m inescence enhance ment fact or of 180.Keywords Rutheniu m comp lex;I ntercalative binding;L ight s witch (Ed .:M ,G )9121　No .7　郝　强等:新型DNA 分子光开关钌(Ⅱ)配合物的研究。

钌配合物合成及其光敏切割DNA活性研究的开题报告

钌配合物合成及其光敏切割DNA活性研究的开题报告一、研究背景DNA分子是生命体系的重要组成部分，其结构、功能和稳定性对生命体系的正常发育和生长具有至关重要的作用。

同时，DNA分子又易受到外界的影响和干扰，如辐射、化学药品等，从而导致DNA分子的损伤和突变，从而影响到生命体系的正常功能。

因此，开发新型具有光敏切割DNA活性的钌配合物具有重要的理论意义和应用价值。

通过合成具有光敏切割DNA活性的钌配合物，可以为医学诊疗、生物学研究等领域提供新的工具和方法，为生命科学研究进一步发展做出贡献。

二、研究目的本研究的目的是合成具有光敏切割DNA活性的钌配合物，进一步研究其对DNA分子的切割作用和机理。

三、研究内容和方法研究内容：1. 合成并表征具有光敏切割DNA活性的钌配合物；2. 研究该钌配合物对DNA分子的切割作用和机理；3. 探索该钌配合物在医学诊疗、生物学研究等领域的应用价值。

研究方法：1. 合成并表征钌配合物：通过合成有机合成方法，合成具有光敏切割DNA活性的钌配合物，并通过化学手段对其进行表征；2. 研究DNA分子的切割作用和机理：通过体外实验，研究该钌配合物对DNA分子的切割作用和机理，并利用比色法等方法对实验结果进行定量分析；3. 探索应用价值：通过将该钌配合物应用于医学诊疗、生物学研究等领域，并对其应用效果进行评估，探索其应用价值和未来发展。

四、研究意义1. 增进对DNA分子的认识：通过研究该钌配合物的切割作用和机理，可以增进对DNA分子的认识，为研究DNA分子在生命体系中的作用和机理提供新的视角和方法。

2. 提供新型医学诊疗工具：将具有光敏切割DNA活性的钌配合物应用于医学诊疗领域，可以为医生提供新型诊疗工具，为患者提供更加精准、有效的诊疗方案。

3. 推动生命科学研究进一步发展：通过合成具有光敏切割DNA活性的钌配合物，可以为生命科学研究提供新的工具和方法，推动生命科学研究进一步发展。

五、预期成果1. 合成并表征具有光敏切割DNA活性的钌配合物；2. 研究该钌配合物对DNA分子的切割作用和机理；3. 发表相关研究论文，并将成果应用于医学诊疗、生物学研究等领域。

钌多吡啶配合物与DNA作用及抗肿瘤活性

第２９卷第３期
２０１３年３月
无
机
化
学
学
报
Ｖｏ１．２９Ｎｏ．３６１３．－６２０
ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＩＮＯＲＧＡＮＩＣＣＨＥＭＩＳＴＲＹ
钌多吡啶配合物与ＤＮＡ作用及抗肿瘤活性
ｆ９．乙基．－９／／．．咔唑．－３一基）一１Ｈ．咪唑并【４，５－２］［１，１Ｏ］菲哕啉）与ＤＮＡ相互作用。结果表明配合物与ＤＮＡ键合计量比为２：１，键合常数
超过１０ｓ（）１－１￣Ｌ．配合物以插入方式与ＤＮＡ结合。运用琼脂糖凝胶电泳实验研究配合物诱导ｐＢＲ３２２ＤＮＡ断裂有效抑制肿瘤细胞增殖，进一步研究表明配合物可以将细胞周期阻滞在ｓ期。
关键词：钌配合物；毒性；ＤＮＡ键合；细胞周期阻滞
中图分类号：０６１４．８２＋１
ＳｕｎＹａｔ－ＳｅｎＵｎ／ｖｅｒｓ／ｔｙ，Ｇｕａｎ￣ｈｏｕ５１０００６Ｃｎ
．
，
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｉｎｔｅｒａｃｉｔｏｎｓｏｆｈｅｔＲｕ（ Ⅱ ）ｃｏｍｐｌｅｘ，［Ｒｕ（ｐｈｅｎ）２（Ｈｅｃｉｐ）］（ｐｈｅｎ＝１，１０－－ｌ：ｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ，Ｈｅｃｉｐ＝Ｎ－ｅｔｈｙｌ一４一（【ｌ，１０１．ｐｈｅｎａｎｔｈｒｏｌｉｎｅ【５，６．ｑｉｍｉｄａｚｏｌ一２．ｙ１）ｃａｒｂａｚｏｌｅ），ｗｉｔｈｃａｌｆｔｈｙｍｕｓＤＮＡ（ＣＴＤＮＡ）ｗｅｒｅｓｔｕｄｉｅｄｂｙ

钌(II)多吡啶配合物论文：钌(II)多吡啶配合物DNARNA光谱性质

钌(II)多吡啶配合物论文：钌(II)多吡啶配合物 DNA RNA 光谱性质【中文摘要】核酸包括DNA和RNA,是生物体遗传信息的载体,它在生命活动过程中扮演重要角色,而且很多遗传疾病的产生都与它有关。

自从顺铂被确认具有抗癌活性以来,科学家试图在金属配合物范围内寻找到一种新的抗癌试剂。

钌(II)多吡啶配合物由于它们对人体器官的低毒性和对癌细胞强的抑制作用使其备受关注,而研究它们与核酸的相互作用是探究其抗癌机理的一个重要环节,因而具有重要意义。

钌(II)多吡啶配合物是一种具有手性、刚性、平面性较好的八面体结构金属配合物;虽然它们的化学性质稳定但是其光谱性质对外界环境依赖很大,表现出具有灵敏可调性。

另外钌(II)多吡啶配合物在可见区发生从中心原子钌到配体的荷迁移,产生典型的MLCT吸收峰;同时在可见光的照射下会从激发态MLCT跃迁至基态,并发生辐射跃迁失去光子,伴随着可能会在610 nm左右产生荧光。

正是由于它们具有这些特有性质,从而可以利用不同方法分别研究它们与核酸的相互作用。

本论文包括四章。

第一章简要介绍了本课题的理论基础和钌多吡啶配合物的应用领域。

第二章设计合成了配合物2+并进行了表征;利用电子吸收光谱、荧光光谱、CD光谱和黏度法等手段对比研究了它与tRNA分子和CT-DNA分子的相互作用;利用MTT法研究了2+的抗癌活性。

研究表明核酸的结构是影响钌(II)多吡啶配合物的核酸键合行为的一个重要因素;2+对实验中的四种癌细胞显示不同的抗癌性。

第三章合成了2+与2+并进行了表征。

利用光谱法和黏度测试分别研究了它们与CT-DNA相互作用的情况。

结果表明插入配体取代基的电子效应和位阻效应是影响钌(II)多吡啶配合物的DNA键合强度的重要因素。

第四章包含两部分内容,一部分是研究外界环境和试剂对2+的光谱性质的影响。

实验表明钌(II)多吡啶配合物的光谱性质容易受外界环境的影响; Fe3+、Cu2+和Zn2+对2+的荧光光谱几乎没有影响;然而Co2+却能淬灭它的部分荧光,之后加入EDTA,荧光几乎又被完全恢复。

带有位阻基团的钌多吡啶手性配合物与DNA键合及其光断裂DNA性质的研究

（ｅａｏａｏｈｍｉｌｉｏｙａｄＭｏｃｌｎｅｄｇｏｄｃｉｎＭｉｉｒ，ｎｔｕ２ｙＬｂｒｒｏＣｅｃｏｇｎｌｕａＥ￣ｎｅｎＥｕａｏｎｔＩｓｉｔｏＫｔｙｆａＢｌｅｒｆｔｓｙｔｅｆ
唑并［，ｑ１０－４５（，）一１邻菲咯啉一一Ｎ二甲基苯胺）Ａ［ｕｂｙ２ＯＩ）Ｃ０）与Ａ—ｕｂｙ（ＯＩ）Ｃ０）△ ２与以一，ＯＩ＝一一２Ⅳ，，一（ｐ）ＢＰＰ］１４Ｒ（（２Ｒ（ｐ）ＢＰＰ１１４（一２（２２ＢＰＰ２（４
中图分类号：６４８Ｏ１．ｌ２
文献标识码：Ａ
文章编号：１０．８１０００．５７００１６（１）９１６．６４２
ＤＮＢｎｉｇａｄＰｏｏｌａａｅｏｏｙｙｉｙｈｒｌｔｅｉｍ（）Ａ－ｉｄｎｎｈｔｃｅｖｇｆｌｐｒｄｌｉａｈｎｕＨＰＣＲｕ
丁氧基基苯基．唑并『，．ｆ，ｏ．菲咯啉）用元素分析、磁共振及旋光仪对手性配合物结构进行了表征，过电子吸收光）咪４５ｆ１）１ｉ邻，核通谱、光光谱、度实验对手性配合物与Ｃ．Ｎ相互作用的性质进行了研究结果表明：对 △ 型异构体均与Ｃ — Ｎ以插荧粘ＴＤＡ两一ＴＤＡ入模式作用。紫外光照下，对对映异构体均能使质粒ｐＲ２ＤＡ断裂，Ａ１型异构体比 △一在两Ｂ３２Ｎ但一ｌ型异构体断裂ＤＡ效率更Ｎ高，明存在立体选择性． △ ２与以．说而．２对ＤＡ断裂无明显区别Ｎ关键词：钌多吡啶手性配合物Ｃ —ＮＴＤＡ；入作用；断裂；立体选择性插光

新型钌联吡啶配合物光电性能研究进展

Ｒｕｂｙ３（ｐ）一
ｅ－Ｒ（ｐ）抖氧化一－ｕｂｙ３－￣
全球市场为１０美元的光电器件，有在２１达到３０７亿具０３年１亿美元的发展潜力。
Ｒｕ（ｐ） ‘ ｅ－Ｒｕｂｙ３ｂｙ３＋￣（ｐ）一还原
・
的吸收，时还要具有高的摩尔消光系数以充分吸收太阳同光。而达到这些要求的必要手段就是增大配合物的共轭体系。钌（具有电子空穴，吡啶有电子对，者结合成的 Ⅱ）联二钉联吡啶化合物是理想的稳定共轭体系。此外，联吡啶配钌
注：。ｊ一
场应用前景。２纪９年代以来，界光电子产业和光电０世０世应用正在以爆炸性的速度增长。光纤正在从远距离的信息传输扩展到局域网甚至芯片到芯片的应用，光二极管从单发色跨越到整个彩色光谱，示器件从ＣＴ逐渐向超薄超轻显Ｒ
机理如下：
亿美元增长到１４亿美元，增长率约９３。据电子Ｔ程７年．
世界网站报道，球光电市场正强劲增长，来越多的应用全越设计正在使用这些光致发光和光电检测产品，而导致目前从
要在工作电极上施加单向正电压或单向负电压，ｕＲ

新型联吡啶钌环糊精超分子化合物：合成、性质及其在电致化学发光DNA生物传感器中的应用研究

新型联吡啶钌环糊精超分子化合物：合成、性质及其在电致化学发光DNA生物传感器中的应用研究【摘要】：自然界亿万年的进化创造了生命体,而执行生命功能是生命体中无数个超分子体系。

超分子化学是研究分子间相互作用缔结而形成复杂有序且具有特定功能的分子聚集体的科学。

超分子化学逐渐发展成为一门新兴的分子信息化学,它包括在分子水平和结构特征上的信息存储,以及通过特异性相互作用的分子识别过程,实现在超分子尺寸上的修正、传输和处理。

它是化学和多门学科的交叉领域,它不仅与物理学、材料科学、信息科学、环境科学等相互渗透形成了超分子科学。

而更具有重要理论意义和潜在前景的是在生命科学中的研究和应用。

例如生物体内小分子和大分子之间高度特异的识别在生命过程中的调控,生物体内的信息输送(电子转移、能量传递、物质传输和化学转换)和生物体中受体.底物相互作用等,其基本现象都离不开超分子化学范畴。

环糊精是超分子化学中最重要的主体物质之一,它能与许多有机、无机和生物分子形成主客体包结物,也正是由于这些独特的性质,现在对环糊精的研究已经发展成环糊精超分子化学而被广泛关注。

对它的研究从主客体识别形成包合物的机理已经转移到对其在分析化学、医药制备、环境检测和生物传感器等领域的应用研究。

将功能金属中心与环糊精联接构成的金属环糊精超分子化合物,由于同时具有环糊精的主客体识别特性和功能金属中心(例如,联吡啶钌)的特性,使其更加适合于超分子器件及传感器的设计。

因此,金属环糊精超分子化合物已成为目前超分子化学中的研究热点。

但是目前为止,金属环糊精大多以单核金属中心的形式存在。

多核金属中心的环糊精超分子化合物因为具有多核的电子氧化还原中心,势必在光电子器件、荧光开关及生物分子多标记领域显示更为优越的性质,和更具独特的应用前景。

电致化学发光(ECL),特别是基于Ru(bpy)32+电致化学发光技术己被广泛应用临床的医学检验中,例如,目前临床中免疫、肿瘤标记物等检测均采用联吡啶钌电致化学发光检测技术。

钌多吡啶配合物与DNA相互作用的瞬态发光特性研究的开题报告

钌多吡啶配合物与DNA相互作用的瞬态发光特性研究的开题报告开题报告：一、研究背景DNA是生命体分子的重要组成部分，其二级结构是双链螺旋。

DNA 分子是一条由核苷酸单体组成的螺旋基线，其中的碱基对持续在两条单股里面，通过氢键相互连接。

DNA的结构和性质对人类的生理和疾病研究有着非常重要的作用。

因此，研究DNA与金属配合物的相互作用对于生命科学、药物化学等领域的发展具有重要的意义。

钌多呋啶作为一种重要的金属配合物，具有良好的光物理和化学性质，在生物体系中表现出多种重要的生物和药用性质，因此近年来引起学术界的广泛关注。

钌多呋啶配合物与DNA分子可以通过不同的作用方式相互作用，如插入、静电吸引等方式，对DNA结构和功能造成影响，从而影响生物体的生理和代谢过程。

二、研究目的本研究旨在通过采用瞬态发光技术，研究钌多呋啶配合物与DNA相互作用的动态过程和机理，揭示其对DNA结构的影响和作用机制，为进一步探索其在生物医学领域的应用奠定基础。

三、研究内容和方法1.研究内容：（1）了解钌多呋啶配合物的基本结构和物理化学性质。

（2）研究DNA与钌多呋啶配合物的相互作用特性，探究相互作用机制。

（3）采用瞬态发光技术，研究DNA与钌多呋啶配合物相互作用的瞬态发光特性，探究DNA与钌多呋啶配合物相互作用动态过程。

2.研究方法：（1）合成钌多呋啶配合物；（2）合成DNA溶液，并与钌多呋啶配合物作用；（3）采用紫外吸收光谱、荧光光谱等技术研究DNA与钌多呋啶配合物的相互作用特性；（4）采用瞬态发光技术，对DNA和钌多呋啶配合物样品进行激光闪光瞬态发光特性测量，探究DNA与钌多呋啶配合物相互作用的动态过程。

四、预期成果通过对钌多呋啶配合物与DNA相互作用的瞬态发光特性研究，可揭示其相互作用机制和动态过程，为进一步探索其在生物医学领域的应用奠定基础。

同时，本研究成果有望为DNA及其相互作用的研究提供新的思路和方法。

钌(Ⅱ)配合物合成、表征及其与DNA作用的光谱研究

顺德职业技术学院学报
第１１卷
０．１７７ｇ（０．５ｍｍｏ１）ｉｐｂｄ￣４］混合物加人乙二醇２０ｍＬ，加热至１５０℃氩气保护下回流８ｈ，得红色清液。
由于钌金属配合物易于构造一个既为刚性又带手性的八面体构型，并且热力学稳定性好，光化学和光物理信息丰富，常作为ＤＮＡ结构探针ｌｌ１、ＤＮＡ分子光开关和ＤＮＡ断裂试剂等［２１。因此八面体钌多
吡啶金属配合物与ＤＮＡ的作用引起了人们极大的兴
关键词：钌（ＩＩ）配合物；ＤＮＡ；粘度测试；自由基中图分类号：Ｏ６２１．１３文献标志码：Ｂ文章编号：１６７２ — ６１３８（２０１３）０１ — ０００１ — ０４
ＤＯＩ：１０．３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７２ — ６１３８．２０１３．０１．００１
实验中使用试剂均为分析纯，使用前未经进一
收稿日期：２０１２ — ０１ — ０２
基金项目：国家自然科学基金资助项目（３１０７０８５８）。作者简介：谢阳银（１９８８－），男，湖南衡阳人，硕士，研究方向：配位化学、生物无机化学和细胞生物学。通信作者：刘云军（１９６７一），男，教授，博士，Ｅ — ｍａｉｌ：ｌｉｕｙｕｎｊｕｎｌｙｊ＠１２６．ｅｏｍ。

“分子光开关”钌配合物DNA键合及光谱性质理论研究的开题报告

“分子光开关”钌配合物DNA键合及光谱性质理论研究的开题报告一、研究背景光开关是指能够通过光照射来控制或改变分子结构或性质的化学物质。

光开关可以应用于药物、材料科学等领域，有着广泛的应用前景。

钌配合物作为一类新型光开关分子，具有较强的光响应能力和光触发的特点，因此引起了人们的广泛关注。

同时，DNA键合是钌配合物在应用中的关键环节，通过DNA键合可以实现分子在生物体系中的靶向传递和药效控制。

因此，对钌配合物DNA键合及光谱性质的研究具有重要意义。

二、研究目的本研究旨在通过理论计算和实验研究，探究钌配合物DNA键合的机理和光谱性质，并对其在药物传递、材料科学等方面的应用进行探索。

具体研究内容如下：1.研究DNA与钌配合物的键合机理，揭示其靶向药物传递的原理。

2.研究钌配合物的光谱性质，探究其光响应及光敏性质。

3.结合理论计算和实验研究，探究钌配合物DNA键合和光谱性质之间的关系，并对其在药物传递、材料科学等方面的应用进行探索。

三、研究方法本研究将采用理论计算和实验研究相结合的方法来探究钌配合物DNA键合及光谱性质的机理。

具体方法如下：1.理论计算部分：采用密度泛函理论计算钌配合物的结构、能量、光谱响应等相关参数，并利用分子动力学模拟研究其分子结构及机理。

2.实验研究部分：通过合成钌配合物DNA键合材料，并采用紫外光谱、荧光光谱等技术测量其光谱响应，并结合生物分子学和医学领域的研究手段，探究其在药物和材料科学应用上的作用。

四、研究意义本研究可以揭示钌配合物DNA键合及光谱性质的机理和作用原理，为其在药物和材料科学应用上提供理论依据和实践基础。

同时，本研究可以推动其在靶向药物传递、生物成像、拓扑材料等方面的应用，促进材料科学和医学技术的发展，具有广阔的社会和经济价值。

基于多吡啶铂(Ⅱ)配合物的磷光化学传感器研究进展

收稿日期：２１．３—１０２— ．９０作者简介：张丽昆（９８）１８一，女，硕士研究生，研究方向：基于多吡啶铂（）Ｉ配合物的化学传感器的研究．Ｉ
佟庆笑（９４）１７一，男，博士，教授，研究方向：超分子光化学及光功能材料．Ｅｍａｌｘｏｇｔｄ．－ｉ：ｑｔｎ＠ｓｅｕｎｕｃ
诊断、药物化学和环境监测等领域都有广泛的运用】．近年来，另一类光化学传感器一基于重金属配合物的磷光化学传感器（ｈｓｈｒｓｅｃｈｍｓｎｏ）ＰｏｐｏｅｃｎｅＣｅｏｅｓｒ，也成为了国内外研究的一个热点．磷光重金属配合物利用了金属一体之间的电荷转移三重激发态配（ＭＬＴ）Ｃ，与纯有机发光材料相比，它们具有其独特的光物理性质，如斯托克斯位移较
中图分类号：Ｏ６５２文献标识码：Ａ
Ｏ引言
目前化学传感器因其具有灵敏度高、选择好、携带方便、易微型化、能用于现场
分析和监控等特点而受到了广泛的运用．光化学传感器（ｐｃｌＣｅｏｅｓｒ作为一类Ｏｔａｈｍｓｎｏ）ｉ常见的化学传感器，它可以利用分子的吸收或者发射光谱等光物理性质的变化来探测分子间的相互作用，其中基于有机发光材料的荧光化学传感器（ｌｏｅｃｎｅＣｅｏｅｓｒ，Ｆｕｒｓｅｃｈｍｓｎｏ）南于其具有灵敏度高、响应快、量子产率高且易于化学修饰等特点，在生物化学、医疗

基于钌(Ⅱ)多吡啶配合物[Ru(bpy)2(dppz)]2+的单链DNA分子光开关性能

的ＲuBD 荧光明显增强，说明ＲuBD 的结合作用（图 1）。
忽略的荧光（图 2，粉红色三角形点）。当ＲuBD 与 8-17 dsDNA 溶液混合时，荧光强烈发射（红色圆点），证明了ＲuBD 典型的光开关特性。通过添加 Pb2+ ，8-17 dsDNA 核酶水解成 8-17 ssDNA 和一些底物片段。如果ＲuBD 的光开关效应仅取决于 dsDNA 的插入，那么含有 8-17 ssDNA 和信号链底物片段的混合液的荧光强度将降低或检测不到。但令人惊讶的是，该混合溶液的荧光强度显著增强（～ 75%）（黑色四角点）。
图 1 200mM ＲUBD 分别在含有 5mM Tris，50mM NaCl 的缓冲溶液（ a，pH7． 4）和 50mM8-17 dsDNA（ b）中的发射光谱。插图：ＲUBD 分别在溶液（ a、b）中的荧光显微镜图像
我们在脱氧核酶（ DNAzyme）裂解反应中发现了ＲuBD 的特殊性质，它可以在 ssDNA 存在时产生显着的荧光效应，这一特性这已被应用于制备 Pb2+ 生物传感器［24］。
图 2 16 mM ＲUBD 在含有 0．25μM Pb2+ 的缓冲溶液中的发射光谱（粉红色三角形点）；依次加入 4μM 8-17DNA 核酶（红色圆点）和 0． 25μM Pb2+ （黑色四角点）。缓冲液： 50mM NaCl， 5mM Tris，pH7．4
用一种特殊设计的 GＲ-5 DNA 核酶进行 DNA 的裂解反应，其性能与 8-17 DNA 核酶相似。发现该溶液的荧光强度也增大，说明ＲuBD 与双链 DNA 可以产生较强荧光，也可以与单链 DNA 产生较强荧光。为了验证ＲuBD 的分子荧光开关性能，我们分别使用 DNA dsDNA 和 ssDNA 溶液（ 8-17 dsDNA 和 817ssDNA，GＲ-5 dsDNA 和 GＲ-5 ssDNA）测试荧光强度。通过向溶液中添加等量的ＲuBD，产生的荧光强度如图 3，由此我们发现，ssDNA / ＲuBD 的荧光强度增强尤其显著，约增强 250%（ GＲ5 ssDNA / ＲuBD，绿色三角形点）和 300% （ 8-17ssDNA / ＲuBD，蓝色四角点）。

含双侧臂配体的钌(Ⅱ)多吡啶配合物与核酸作用的性质研究的开题报告

含双侧臂配体的钌(Ⅱ)多吡啶配合物与核酸作用的性质研究
的开题报告
题目：含双侧臂配体的钌(Ⅱ)多吡啶配合物与核酸作用的性质研究
研究背景：
近年来，含有金属离子的有机分子作为生物分子的模拟体和药物分子引起了广泛的关注。

其中，钌（Ⅱ）多吡啶配合物是一类具有重要生物活性的金属络合物，其具
有良好的光学、电化学及发光性能，因此被广泛应用于生物成像、药物递送、光动力
学治疗等领域。

同时，核酸作为生物大分子之一，具有重要的生物学功能，如DNA是细胞核的
重要组成部分，而RNA则在基因表达和蛋白质合成等过程中起着重要作用。

因此，探究钌（Ⅱ）多吡啶配合物与核酸之间的相互作用机制对于揭示其作用机理、开发新型
药物具有重要意义。

研究目的和意义：
本研究旨在通过合成含有双侧臂配体的钌（Ⅱ）多吡啶配合物，并考察其与
DNA/RNA之间的相互作用，探究其作用机理，为进一步设计和合成具有更好药物效果的金属络合物提供一定的理论和实验基础。

研究方法：
1. 合成含有双侧臂配体的钌（Ⅱ）多吡啶配合物。

2. 使用UV-Vis吸收光谱、荧光光谱、循环伏安（CV）和电化学阻抗谱（EIS）等方法研究配合物和DNA/RNA的相互作用性质。

3. 使用分子对接方法对配合物与DNA/RNA之间的相互作用机理进行分析和展示。

预期研究结果：
预计该研究将探究钌（Ⅱ）多吡啶配合物与DNA/RNA的相互作用机理，为设计
和合成具有更好药物效果的金属络合物提供一定的理论和实验基础，并有望为新型药
物的研发提供参考。

钌多吡啶配合物DNA光裂解机理和效率的理论研究的开题报告

钌多吡啶配合物DNA光裂解机理和效率的理论研究的开题报告研究背景与意义：DNA是细胞质遗传信息的媒介，也是一类重要的靶标。

通过切断DNA链，可以实现一系列生物反应的控制，包括药物治疗、基因编辑等。

因此，DNA的光裂解在生物医药、生物化学等领域具有广泛的应用前景。

钌多吡啶配合物具有较高的光化学性能，被广泛用于生物分子光裂解研究中，但其机理和效率还需进一步研究。

研究内容：本研究将以B-L模型为基础，结合密度泛函理论，研究钌多吡啶配合物与DNA分子之间的相互作用机制。

具体内容包括：1、构建钌多吡啶配合物与DNA分子的计算模型；2、优化模型，并计算分子间相互作用能；3、分析分子间相互作用产生的光化学反应机理，包括基团的激发、电荷转移等；4、考察反应效率；5、对理论结果进行分析和讨论。

研究意义：1、揭示钌多吡啶配合物与DNA分子之间的光化学反应机理和效率，对有机光化学反应有重要的启示作用；2、为光诱导DNA裂解的生物应用提供理论依据；3、研究光化学反应的机理与性质，丰富了光化学反应领域的知识，对理论研究和应用开发都有一定的推动作用。

研究方法：1、采用B-L模型建立计算模型；2、采用量子化学计算方法，结合密度泛函理论处理复杂的计算任务；3、基于计算模型进行优化，并计算分子间相互作用能；4、在计算基础上分析光化学反应机理，包括电荷转移等反应路径；5、考察反应效率，对理论结果进行分析和讨论。

结论：本研究的理论分析将为钌多吡啶配合物DNA光裂解反应机理与效率的研究提供科学的理论基础。

同时，本研究也将为生物医学、生物化学等领域的理论研究和应用开发提供一定的借鉴和参考。

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第 44 卷
第4期
图1
基于钌配合物的分子光开关配合物的结构 461
石硕等: 基于钌多吡啶类配合物的 DNA 分子光开关及生物传感研究
图2
DNA 的部分二级结构
2 DNA 分子光开关
2.1 分子光开关的机制
最经典的可以作为 DNA 分子光开关的钌配合物是由 Barton 课题组报道的 [Ru(bpy) 2 (dppz)] 2 + 和 [Ru(phen)2(dppz)]2+ [7~9]. 自此以后, 研究者试图解开分子光开关之谜 , 通过大量实验和理论的方法开展了一系列的工作 , 不过迄今为止其详细机理尚无定 . 早期研究表明, 由于插入配体 dppz 上吩嗪论 (phenazine, phz)部分有两个 N 原子, N 原子容易与水分子发生质子转移反应, 从而导致 [Ru(bpห้องสมุดไป่ตู้)2(dppz)]2+ 和[Ru(phen)2(dppz)] 荧光猝灭 . 插入 DNA 分子后 , 配合物被充分保护, 隔绝了和水的接触, 从而引起荧光的恢复, 如配合物在有机溶剂中产生很强的荧光一样. 2012 年 Barton 和 Cardin 分别报道了-[Ru(bpy)2(dppz)]2+和 Λ-[Ru(phen)2(dppz)]2+与 DNA 结合的晶体结构 , 也进一步证实了在结晶状态下配合物可以从 DNA 小沟方向插入 DNA 双螺旋链中[21, 22]. Turro 等对双核配合物 [(bpy)2Ru(tpphz)Ru(bpy)2]4+的研究发现, 配合物是否插入 DNA 链中, 并不是分子光开关的关键所在, 与 DNA 沟面结合的配合物亦可引起光
关键词钌多吡啶配合物 DNA 分子光开关生物传感
1
引言
钌多吡啶类配合物具有良好的光化学、光物理性
自从 Watson 等人提出 DNA 双螺旋结构(B-DNA) 以来 , 非经典 DNA 结构如雨后春笋般出现 , 如 , A-DNA, Z-DNA, DNA 发卡 (hairpins), DNA 凸起 (bulges), DNA 交叉结构 (junctions), 三螺旋 (triplex), G- 四链体 (G-quadruplex) 和 C- 四链体 (I-motif) 等 [10~12] (图 2). DNA 结构的多样性及不同的生物学意义, 激励着科学家利用小分子化合物探究识别 DNA 的不同结构, 这对分子识别、疾病诊断、药物设计、基因治疗等具有重要的意义. 近 20 年来, 大量的钌多吡啶类配合物被设计合成, 与 DNA 的结合亦进行了大量而详尽的研究[1~6]. 配合物的结构设计、DNA 键合机制、 DNA 介导的电子转移、配合物的抗癌活性、细胞及体内成像等均有精彩的综述报道 [1~6,
中国科学: 化学 SCIENTIA SINICA Chimica 评述
2014 年
第 44 卷
第 4 期: 460 ~ 470
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS

庆祝计亮年院士 80 华诞专刊
基于钌多吡啶类配合物的 DNA 分子光开关及生物传感研究
石硕 *, 姚天明 *, 计亮年
① ① ①②
① 同济大学化学系, 上海 200092 ② 生物无机与合成化学教育部重点实验室; 中山大学化学与化学工程学院, 广州 510275 * 通讯作者, E-mail: shishuo@, tmyao@ 收稿日期: 2013-10-24; 接受日期: 2013-11-17; 网络版发表日期: 2014-02-19 doi: 10.1360/032013-324
2+ 2+
(bpy 为 2,2′-联吡啶(2,2′-bipyri-
dine), phen 为 1,10-邻菲罗啉(1,10-phenanthroline), dppz 为双吡啶并吩嗪 (dipyrido-[3,2-a:2′,3′-c]phenazine)) (图 1)在水溶液中几乎没有荧光 , 而当溶液中加入经典双链 DNA 后, 其荧光可以增加 104 倍, 因此把它们称为 DNA 的分子“光开关”, 自此激发了人们乐此不疲的探索与研究新的 DNA 分子光开关的兴趣, 也拉开了设计、开发及应用 DNA 分子光开关的大幕
13~17]
能和丰富的谱学性质 , 以及独特的 DNA 键合能力 , 在 DNA 分子光开关、DNA 结构探针、DNA 介导的电荷转移、DNA 足迹试剂、DNA 断裂试剂及抗癌药物等方面有着广泛的应用, 在生物无机化学、材料化学、分析化学, 及理论化学等领域中引起了极大关注, 成为十分活跃的前沿与交叉研究领域 [1~6]. 1990 年 Barton 研究小组首次发现配合物 [Ru(bpy)2(dppz)] 和[Ru(phen)2(dppz)]
[7~9]
. 放射性标记
核酸探针已广泛用于分子生物学和临床诊断, 但由于放射性同位素本身的一些缺陷(如污染、运输、半衰期短等)促使人们去探索新型非放射性核酸探针. 本文结合我们课题组的工作, 重点介绍了钌多吡啶类配合物在 DNA 分子光开关和生物传感两个方面开展的工作.
.
中国科学: 化学
2014 年
摘要
DNA 结构具有多态性, 利用小分子化合物对不同结构的 DNA 分子进行识别及调
控具有重要的生物学意义. 本文主要针对近年来钌多吡啶配合物作为 DNA 分子光开关的研究进行综述, 内容包括 DNA 分子光开关的机制, 不同结构 DNA 的分子光开关, DNA 分子光开关的开关循环控制策略和钌多吡啶类配合物及与纳米材料相结合作为生物传感器的研究.
2.2 钌多吡啶类配合物作为不同结构 DNA 的分子光开关
Barton 小组 [7~9, 24~26] 详细研究了经典配合物 [Ru(bpy)2(dppz)]2+ 和 [Ru(phen)2(dppz)]2+ 与不同序列双链 DNA 的作用, 包括完全互补序列, 单碱基或多碱基错配序列, 以及缺陷序列等, 发现配合物的光开关效果受 DNA 序列的影响. McGarvey 等[27]还研究了这对明星分子对单链 DNA 的光开关效果, 他们发现 DNA 的链的长短明显影响配合物的荧光强度 , 至少 6 个碱基的 DNA 序列方可产生明显的光开关效应 . 他们认为单链 DNA 包围在配合物的周围 , 形成一个空穴结构, 避免了配合物与水的接触, 产生了类似双链 DNA 的保护作用. Norden 等[28]研究了[Ru(bpy)2(dppz)]2+和[Ru(phen)2(dppz)]2+ 等配合物与三链 DNA poly(dT*dA-dT) 的作用 , 发现该配合物亦能插入 DNA 链中 , 第三条链虽然占据 DNA 大沟区间 , 由于配合物是从 DNA 小沟插入, 故对 DNA 的插入作用影响不大. 我们课题组系统研究了经典配合物 [Ru(bpy)2(dppz)]2+ 和 [Ru(phen)2(dppz)]2+ 与 G-quadruplex 和 I-motif DNA 的键和作用[29, 30]. G-quadruplex 是由富含鸟嘌呤(G)的 DNA 序列通过 Hoogsteen 氢键形成的 G-四联体堆积而成. 相对应的富含胞嘧啶(C)的 DNA 序列在酸性条件下 , 两个胞嘧啶通过结合一个质子形成三个氢键作为一层 , 从而交叉堆叠成相互交叉的半质子化的 I-motif 结构. 我们首次发现[Ru(phen)2(dppz)]2+ 对 G-四链体和 I-motif DNA 都有明显的光开关效果 , 而 [Ru(bpy)2(dppz)]2+ 仅对 G- 四链体表现光开关现象. 造成该差异的原因可能在于[Ru(phen)2(dppz)]2+ 的辅助配体 phen 中含有比配体 bpy 更大的平面芳香环, 更易于和 G-四链体和 I-motif DNA 结合. 同时通过紫外、荧光、CD 光谱(圆二色谱)、热变性等实验发现, [Ru(bpy)2(dppz)]2+ 和[Ru(phen)2(dppz)]2+ 与 G-四链体的作用明显强于 I-motif, 产生的差异在于配合物与 G- 四链体的结合模式为末端 - 堆积作
462
2+ [18~20]
开关效果[23]. 目前认可度较高的观点认为, 此类钌配合物的光开关效应得益于其自身存在的两个不同的电荷迁移跃迁 (MLCT)能态 (图 3). 在非质子溶剂中 , 最低能态是 “明态 ”(bright state, BS), 主要和配体的 bpy 部分有关(包括 dppz 中的双吡啶部分), 此时在激发光存在的条件下通常能够观察到荧光或磷光 , 因为激发态电子从 BS 迁回基态时以光辐射的形式放出能量. 在质子溶剂中, 配体吩嗪(phenazine, phz)部分的 N 原子与溶剂发生氢键作用使得 “暗态” (dark state, DS)的能量下降至低于 BS 的能量, 此时配合物将不再发光 , 激发态电子将以振动弛豫的形式返回基态 .
用, 而与 I-motif 的作用仅靠静电和疏水作用形成的非特异性结合模式. 我们课题组最近又通过修饰 dppz 配体, 在 dppz 上引入咪唑酮后 , 合成了钌多吡啶配合物 [Ru(bpy)2(dppz-idzo)]2+和[Ru(phen)2(dppz-idzo)]2+. 荧光滴定的结果显示, 上述配合物对 G-四链体 DNA 都表现出了非常好的分子光开关效应, 与经典的配合物 [Ru(bpy)2(dppz)]2+和 [Ru(phen)2(dppz)]2+相比 , 其荧光增强幅度更大[31, 32]. 当它们与 G-四链体在钾离子缓冲液中作用达到饱和时, 荧光增长因子分别为 300 和 120 左右(对应的荧光量子产率分别为 0.067 和 0.100). 此外 , 它们还对混合型 G-四链体表现出较好良的选择性 , 而这种分子光开关效应和选择性甚至可以通过在紫外灯照射下进行裸眼区分 . 为了深入了解分子光开关的详细作用机理 , 我们在 B3LYP/6-31G*/ LANL2DZ 层级上对这两个配合物进行了基于 DFT/TDDFT/PCM 方法的计算. 计算结果表明, 在水溶液中 , 暗态(DSs)主导整个分子能量最低的 MLCT 激发能态 ; 而在不考虑溶剂时 , 明态 (BSs) 在 MLCT 能态中占主导地位 . 这也就解释了为什么我们的配合物单独在水溶液中不显荧光, 而与 DNA 结合被疏水空腔保护之后表现出很强的荧光信号. 2012 年 , 巢晖等 [33]合成了一种非对称单核钌配合物[Ru(bpy)2(bqdppz)]2+(图 1), 也可以用作 G-四链体的裸眼检测 . 他们首先用荧光法观察了配合物与各种 DNA 的光开关效应, 包括平行、反平行和混合型 G-四链体 , I-motif 以及一些单链和双链 DNA. 他们发现 , 该配合物对 G-四链体的选择性普遍高于其他结构 , 尤其是对混合型 G-四链体的选择性要高出普通双链 DNA 约 45 倍. 在紫外灯照射下, 人们能够清楚地观察到此配合物在不同的 DNA 条件下的颜色差异. Thomas 等发现 , 双核配合物 [(phen)2Ru(tpphz)Ru(phen)2]4+ 可以作为 G-四链体的分子光开关, 亦可用于细胞成像[34, 35]. 2010 年, 周翔等[36]报道了一种新型双核钌配合物[Ru2X]4+(图 1)分子光开关, 它能够很好地区分四链体和双链 DNA. 他们在接近生理条件的高离子强度溶液中观察了该配合物与各种不同的 DNA 结构(包括由端粒, bcl2, Pu18, c-kit 和 vegf 等形成的不同结构的 G- 四链体 , 以及一些单链和双链 DNA) 作用时的荧光光谱 . 结果显示 , 当加入单链和双链 DNA 时, 配合物的荧光几乎没有变化, 而当加