吖啶酯（NSP-DMAE-NHS）發光介紹

摘要：吖啶酯作為一中重要的化學發光試劑，有著重要的作用，本文重點介紹了化學發光的一些機理，以及吖啶酯發光體系。
關鍵詞：吖啶酯（NSP-DMAE-NHS），化學發光，吖啶酯發光體系，化學發光反應的基本原理
 
前言
 
吖啶酯（NSP-DMAE-NHS），黃色粉末，CAS號: 194357-64-7，[1]是一種重要的化學發光試劑，具有較高的量子產率，其化學發光效率較高，通常是魯米諾的五倍或五倍以上。除此之外，吖啶酯的化學發光過程反應迅速，本底低，在氫氧化鈉和過氧化氫的存在下即可發光。在氧化反應過程中，結合物被分解，不影響游離吖啶酯的發光；另外，吖啶酯類化學發光試劑具有較好的穩定性，易于儲存[2]。
 
1  化學發光
 
最早發現的化學發光現象是在生物體內發現的，如螢火蟲，現稱之為生物發光（bioluminescence），是因生物體發出的可見光而得名。19 世紀 80 年代末，Dubois研究熒光甲殼蟲素的冷熱水提取物的實驗，結果發現在氧存在的條件下，熱水提取物和冷水提取物混合時會發生發光現象。到了 19 世紀末期，人們發現了簡單的非生物有機化合物也可以產生化學發光現象。1877 年，Radziszewski 研究發現洛汾堿（2,4,5-三苯基咪唑）在堿性介質中被過氧化氫等試劑氧化可發出綠色的光，這種試劑至今仍然普遍得到使用。
 
1935 年，Gleu 和 Petsch[3] 首次報道了光澤精（N，N-二甲基二吖啶硝酸鹽）與過氧化氫反應能夠產生化學發光現象，在以葡萄糖的測定為例的許多還原性物質的測定中獲得了應用。此后吖啶酯衍生物的化學發光現象的發現、化學發光標記試劑的合成和化學發光免疫分析成為 20 世紀 80 年代的一個熱門的研究內容，促進了這類分析方法在人體成分分析中的應用。但是，由于多數化學發光現象的光強度非常微弱，而且稍縱即逝，故早期的化學發光研究的進展一直比較緩慢，幾乎沒有得到實質性的應用。直到20世紀60年代，使過去難以測試的微弱光的檢測成為了可能，化學發光邁進了定量分析的研究時代。以自由基作為初始反應物的碳水化合物的自動氧化發光，熒光素、曙紅等具有熒光特性的染料和過氧化草酸酯與過氧化氫反應的化學發光等新體系的出現，在測定超微量的兒茶奈酚、氨基酸、甾族類等化合物的高靈敏度的檢測中發揮了重要的作用。
 
2  化學發光反應的基本原理
 
化學發光（chemiluminescence）是化學反應過程中產生的光。通常這個過程可以被描述為：
A + B → [I]*→ 產物 + 光 （1.1）
其中[I]*是由反應物A和B反應生成的激發態產物，處于激發態的物質不穩定，會很快躍遷至較低的能量狀態（例如基態），同時將能量以光（通常為可見光）的形式釋放出來[4]。根據激發態產物產生的方式可以將化學發光反應分為兩大類：一種是由體系中反應物產生化學反應后直接生成的激發態產物；另一種是體系內存在的，易于接受能量的熒光物質，獲得化學反應釋放的能量后再轉變為激發態。化學發光之所以能夠應用于分析測定，是因為化學發光的強度與化學發光的速率相關聯，因而一切能夠影響反應速率的因素都可以作為建立測定方法的依據。即一個化學發光的過程也包括了一個化學發光反應的過程。因此，化學發光強度（ICL）取決于化學反應的速率、激發態產物的效率和激發態物質的發光效率。
ICL= ФCLdc/dt = ФEXФEMdc/dt （1.2）
式中 ICL表示化學發光強度（每秒發射的光子數）；dc/dt 表示化學反應速率（每秒的反應分子數）；ФCL表示化學發光量子產率（每一個參加反應的分子發射的光子數）；ФEX表示激發態量子產率（每一個參加反應的分子產生的激發態）；ФEM表示發光量子產率（每一個激發態產生的光子數）。對于一確定的化學發光反應，ФCL為一定值，但是化學發光的測定易受化學反應條件的影響，如 pH 值、離子強度、溶液組成、溫度等，影響化學反應速率或任何一個量子效率的因素都將會改變發光強度。因此，在一定的化學反應條件下，通過測定化學發光的強度就可以測定該反應體系中某物質的濃度。由于將ICL=ФCLdc/dt 對時間積分，就可得到 ICL= ФCLc，那么發光強度與反應物或產物的濃度成正比。
 
3 吖啶類化學發光體系
 
光澤精（Lucigenin, N, N-二甲基二吖啶硝酸鹽）是吖啶類化合物的一種，也是研究及應用最為廣泛的發光試劑之一，它最先于1935年由Glen和Petscsh發現。李光浩[5]對光澤精化學發光體系的動力學性質、光致發光光譜、化學發光光譜及化學發光機理進行過研究。該反應是快速動力學反應，特別適用于毛細管電泳或色譜的柱后檢測。其中研究最多的就是吖啶酯化合物，在堿性條件下，吖啶酯被過氧化氫氧化后產生化學發光。McCapra等對吖啶類衍生物的化學發光機理做了詳細的研究[6-8]。
 
通常吖啶類衍生物的化學發光壽命相當短，但改進的吖啶環和離去基團的取代會加速或延緩這一快速動力學過程。Ruberto等[9]將該反應引入毛細管電泳，同時分離了四種不同取代基的吖啶酯。在生物活性物質檢測中，該體系的研究也有報道。PLWintrod和GIMakhatadze等[10]在堿性條件下測定了腎上腺素和異丙腎上腺素。利用Fe3+-Lucigenin發光體系測定Vc的方法也有報道[11]。還有很多種藥物和生物活性物質，例如異丙腎上腺素[12]、苯三酚[13]，卡那微素[14]、抗壞血酸[15,16]等的測定都取得令人滿意的結果。
 
吖啶酯的化學發光量子產率比魯米諾高，而且吖啶酯標記條件溫和，標記率高，標記后不影響分離，因此有廣闊的應用前景，常作為化學發光免疫分析和DNA發光探針的化學發光標記物，廣泛用于多種疾病的靈敏檢測和診斷，也可用于蛋白質、核酸、肽等含有氨基化合物的分離檢測。
 
參考文獻
 
[1] 林金明, 趙利霞, 王栩. 化學發光免疫分析[M]. 2008, 化學工業出版社.
[2] GLEU K, PETSCH W.Chemo-luminescence of dimethyl-diacridylium salts [J]. Angew Chem, 1935, 48:57-59.
[3] 章竹君. 化學發光分析在空氣污染研究中的應用[J].化學通報, 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] 尹東光, 賀佑豐, 劉一兵等. 吖啶酯 DMAENHS 發光性能的研究[J].標記免疫分析與臨床, 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] 穆小靜, 劉敏, 嚴淑姍. 10-甲基吖啶苯酚酯衍生物的合成、表征及化學發光特性[J]. 影像科學與光化學, 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.