吖啶酯（NSP-DMAE-NHS）发光介绍

摘要：吖啶酯作为一中重要的化学发光试剂，有着重要的作用，本文重点介绍了化学发光的一些机理，以及吖啶酯发光体系。
关键词：吖啶酯（NSP-DMAE-NHS），化学发光，吖啶酯发光体系，化学发光反应的基本原理
 
前言
 
吖啶酯（NSP-DMAE-NHS），黄色粉末，CAS号: 194357-64-7，[1]是一种重要的化学发光试剂，具有较高的量子产率，其化学发光效率较高，通常是鲁米诺的五倍或五倍以上。除此之外，吖啶酯的化学发光过程反应迅速，本底低，在氢氧化钠和过氧化氢的存在下即可发光。在氧化反应过程中，结合物被分解，不影响游离吖啶酯的发光；另外，吖啶酯类化学发光试剂具有较好的稳定性，易于储存[2]。
 
1  化学发光
 
最早发现的化学发光现象是在生物体内发现的，如萤火虫，现称之为生物发光（bioluminescence），是因生物体发出的可见光而得名。19 世纪 80 年代末，Dubois研究荧光甲壳虫素的冷热水提取物的实验，结果发现在氧存在的条件下，热水提取物和冷水提取物混合时会发生发光现象。到了 19 世纪末期，人们发现了简单的非生物有机化合物也可以产生化学发光现象。1877 年，Radziszewski 研究发现洛汾碱（2,4,5-三苯基咪唑）在碱性介质中被过氧化氢等试剂氧化可发出绿色的光，这种试剂至今仍然普遍得到使用。
 
1935 年，Gleu 和 Petsch[3] 首次报道了光泽精（N，N-二甲基二吖啶硝酸盐）与过氧化氢反应能够产生化学发光现象，在以葡萄糖的测定为例的许多还原性物质的测定中获得了应用。此后吖啶酯衍生物的化学发光现象的发现、化学发光标记试剂的合成和化学发光免疫分析成为 20 世纪 80 年代的一个热门的研究内容，促进了这类分析方法在人体成分分析中的应用。但是，由于多数化学发光现象的光强度非常微弱，而且稍纵即逝，故早期的化学发光研究的进展一直比较缓慢，几乎没有得到实质性的应用。直到20世纪60年代，使过去难以测试的微弱光的检测成为了可能，化学发光迈进了定量分析的研究时代。以自由基作为初始反应物的碳水化合物的自动氧化发光，荧光素、曙红等具有荧光特性的染料和过氧化草酸酯与过氧化氢反应的化学发光等新体系的出现，在测定超微量的儿茶奈酚、氨基酸、甾族类等化合物的高灵敏度的检测中发挥了重要的作用。
 
2  化学发光反应的基本原理
 
化学发光（chemiluminescence）是化学反应过程中产生的光。通常这个过程可以被描述为：
A + B → [I]*→ 产物 + 光 （1.1）
其中[I]*是由反应物A和B反应生成的激发态产物，处于激发态的物质不稳定，会很快跃迁至较低的能量状态（例如基态），同时将能量以光（通常为可见光）的形式释放出来[4]。根据激发态产物产生的方式可以将化学发光反应分为两大类：一种是由体系中反应物产生化学反应后直接生成的激发态产物；另一种是体系内存在的，易于接受能量的荧光物质，获得化学反应释放的能量后再转变为激发态。化学发光之所以能够应用于分析测定，是因为化学发光的强度与化学发光的速率相关联，因而一切能够影响反应速率的因素都可以作为建立测定方法的依据。即一个化学发光的过程也包括了一个化学发光反应的过程。因此，化学发光强度（ICL）取决于化学反应的速率、激发态产物的效率和激发态物质的发光效率。
ICL= ФCLdc/dt = ФEXФEMdc/dt （1.2）
式中 ICL表示化学发光强度（每秒发射的光子数）；dc/dt 表示化学反应速率（每秒的反应分子数）；ФCL表示化学发光量子产率（每一个参加反应的分子发射的光子数）；ФEX表示激发态量子产率（每一个参加反应的分子产生的激发态）；ФEM表示发光量子产率（每一个激发态产生的光子数）。对于一确定的化学发光反应，ФCL为一定值，但是化学发光的测定易受化学反应条件的影响，如 pH 值、离子强度、溶液组成、温度等，影响化学反应速率或任何一个量子效率的因素都将会改变发光强度。因此，在一定的化学反应条件下，通过测定化学发光的强度就可以测定该反应体系中某物质的浓度。由于将ICL=ФCLdc/dt 对时间积分，就可得到 ICL= ФCLc，那么发光强度与反应物或产物的浓度成正比。
 
3 吖啶类化学发光体系
 
光泽精（Lucigenin, N, N-二甲基二吖啶硝酸盐）是吖啶类化合物的一种，也是研究及应用最为广泛的发光试剂之一，它最先于1935年由Glen和Petscsh发现。李光浩[5]对光泽精化学发光体系的动力学性质、光致发光光谱、化学发光光谱及化学发光机理进行过研究。该反应是快速动力学反应，特别适用于毛细管电泳或色谱的柱后检测。其中研究最多的就是吖啶酯化合物，在碱性条件下，吖啶酯被过氧化氢氧化后产生化学发光。McCapra等对吖啶类衍生物的化学发光机理做了详细的研究[6-8]。
 
通常吖啶类衍生物的化学发光寿命相当短，但改进的吖啶环和离去基团的取代会加速或延缓这一快速动力学过程。Ruberto等[9]将该反应引入毛细管电泳，同时分离了四种不同取代基的吖啶酯。在生物活性物质检测中，该体系的研究也有报道。PLWintrod和GIMakhatadze等[10]在碱性条件下测定了肾上腺素和异丙肾上腺素。利用Fe3+-Lucigenin发光体系测定Vc的方法也有报道[11]。还有很多种药物和生物活性物质，例如异丙肾上腺素[12]、苯三酚[13]，卡那微素[14]、抗坏血酸[15,16]等的测定都取得令人满意的结果。
 
吖啶酯的化学发光量子产率比鲁米诺高，而且吖啶酯标记条件温和，标记率高，标记后不影响分离，因此有广阔的应用前景，常作为化学发光免疫分析和DNA发光探针的化学发光标记物，广泛用于多种疾病的灵敏检测和诊断，也可用于蛋白质、核酸、肽等含有氨基化合物的分离检测。
 
参考文献
 
[1] 林金明, 赵利霞, 王栩. 化学发光免疫分析[M]. 2008, 化学工业出版社.
[2] GLEU K, PETSCH W.Chemo-luminescence of dimethyl-diacridylium salts [J]. Angew Chem, 1935, 48:57-59.
[3] 章竹君. 化学发光分析在空气污染研究中的应用[J].化学通报, 1976, 4: 30-36.
[4] LIN J M, AN J R.Determination of chloride ion by electrochemiluminescence and investigation of the mechanism [J]. Chin J Chem, 1992, 10(5):417.
[5] WEI P Y, ZHU J Z, XU H.A novel capillary microliter droplet sample injection chemiluminescence detector and its application of benzoyl peroxide in wheat flour. Talanta,2004, 62:661-666.
[6] KURUVILLA E, RAMAIAH D. Selective interactions of a few acridinium derivatives with single strand DNA: study of photophysical and DNA binding interactions [J]. J. Phys.Chem., 2007, 111B: 6549-6556.
[7] NATRAJAN A, JIANG Q, SHARPE D, et al. High quantum yield acridinium compoundsand their use in improving assay sensitivity [P]. WO Patent, 2006, 130(736): 12-17.
[8] BROWN R C, WEEKS I, FISHER M, et al. Employment of a phenoxy substitutedacridinium ester as a long lived chemiluminescent indicator of glucose oxidase activity andits application in an alkaline phosphatase amplification cascade immunoassay[J] . AnalBiochem, 1998, 259:142-151.
[9] CCAPRA F M. Chemical mechanisms in bioluminescence[C], Chem Res, 1976, 9:201-208.
[10] 尹东光, 贺佑丰, 刘一兵等. 吖啶酯 DMAENHS 发光性能的研究[J].标记免疫分析与临床, 2004, 11(3):163-167.
[11] LAW S J, CHANG S C S, PALMACCI S A. Polysubstituted aryl acredinium esters [P]. US Patent, 745181, 1988.
[12] MATTINGLY P G, BENNETT L G. Chemiluminescencent acredinium and phenantridinium salts [P].European Patent Application, 273115, 1988.
[13] JOSEFINA M B, NEUS G R. Evaluation of Ciba Corning ACS: 180TM Automated Immunoassay System [J]. Clin Chem, 1994, 40(3): 407-410.
[14] 穆小静, 刘敏, 严淑姗. 10-甲基吖啶苯酚酯衍生物的合成、表征及化学发光特性[J]. 影像科学与光化学, 2008, 4(26): 257-264.
[15] GOSWAMI B, TAYAL D, GUPTA N, et al. Paraoxonase: A multifaceted biomolecule [J].Clin Chim, 2009, 410 (1): 1-12.