1.4. Sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol
1.4.7. Sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng hình thành và phân hủy phức
Gần đây, một chiến lược đặc biệt hấp dẫn đã được nghiên cứu để thiết kế các sensor huỳnh quang phát hiện các biothiol, đó là sử dụng phức (thường là phức của ion kim loại với một chất huỳnh quang) có khả năng tương tác thuận nghịch tạo phức và phân hủy phức với các biothiol. So với các sensor dựa trên các phản ứng đặc trưng với thiol, sensor dựa trên phản ứng tạo phức thường nhạy hơn. Hơn nữa,
Thiolate-hệ thống liên hợp π được mở rộng Disulfide -hệ thống liên hợp π bị giảm
Sự trao đổi thiol-disulfide trong nội bào
17
λmax=448 nm 17-SR
λmax=380 nm
24
quá trình tạo phức là có thể đảo ngược, vì vậy có thể sử dụng sensor lặp lại trong nhiều chu kỳ.
Năm 2015, Juyoung Yoon và nnc đã công bố sensor 18 dựa trên dẫn xuất của bis-pyrene, trong đó hai hydroxypyrenes được nối với nhau thông qua mối liên kết 2,2'-oxydiethanamino (Hình 1.20).
Hình 1.20. Sensor huỳnh quang 18 phát hiện GSH dựa trên phản ứng tạo phức với ion Cu(II)[174]
Trong dung dịch HEPES/DMSO (95/5, v/v, 10 mM, pH= 7,4), sensor 18 phát huỳnh quang mạnh ở bước sóng cực đại 450 nm, với bước sóng kích thích 355 nm. Sensor 18 phản ứng tạo phức với Cu(II) theo tỷ lệ mol 1:1 và dẫn đến dập tắt gần như hoàn toàn huỳnh quang, trong khi đó các ion kim loại khác hầu như không làm thay đổi tín hiệu huỳnh quang của dung dịch 18, bao gồm ion Li(I), Na(I), K(I), Cs(I), Ag(I), Ca(II), Mg(II), Mn(II), Al(III), Fe(II), Fe(III), Cr(III), Cd(II), Sr(II), Pb(II). Ngoại trừ ion Hg(II) có làm thay đổi khoảng 50% cường độ huỳnh quang của dung dịch 18. GSH, Cys, Hcy phản ứng với phức 18-Cu(II) và làm phục hồi cường độ huỳnh quang trở lại như ban đầu của dung dịch sensor 18 tự do. Trong khi đó các amino acids và các protein khác hầu như không làm thay đổi tín hiệu huỳnh quang của dung dịch 18-Cu(II), bao gồm Ala, Arg, Gln, Glu, Gly, Lys, Met, Phe, Ser, Tyr, Thr, Val, Leu, Ile, Pro, Trp, Asp, Asn, HSA, Insulin, Lactoferrin, Lysozyme. Sự phục hồi huỳnh quang được cho là do sự dịch chuyển phối tử (sensor 18) từ phức 18-Cu(II) sang hình thành phức mới với các biothiol. Phương pháp này cú thể phỏt hiện định lượng GSH trong khoảng nồng độ từ 0 àM đến 8 àM, với giới
25
hạn phỏt hiện ở mức 0,16 àM. Phương phỏp này đó được ứng dụng để phỏt hiện GSH nội sinh trong tế bào và các mô sống, với nhiều ưu điểm như ít gây tổn thương, giảm thiểu ảnh hưởng huỳnh quang nền và khả năng phát hiện hình ảnh các mô sâu [174].
Năm 2016, Zhiqiang Zhang và nnc đã báo cáo một sensor huỳnh quang, 2- hydroxy-1-naphthaldehyde azine (19), được thiết kế và tổng hợp để phát hiện cả ion Cu(II) và các biothiol dựa trên cơ chế phản ứng trao đổi phức (Hình 1.21).
Hình 1.21. Sensor huỳnh quang 19 phát hiện các biothiol dựa trên phản ứng tạo phức với ion Cu(II) [59]
Sensor 19 phản ứng tạo phức với ion Cu(II) theo tỷ lệ mol 1:1, đi kèm với việc dập tắt hoàn toàn huỳnh quang của dung dịch 19 trong DMF/EPES (20 mM, pH=7,4, 3/7, v/v). Sự thay đổi tín hiệu huỳnh quang của dung dịch 19 ở bước sóng phát xạ cực đại 513 nm quan hệ tuyến tính chặt chẽ với nồng độ ion Cu(II) trong khoảng 0 àM đến 35 àM. Giới hạn phỏt hiện ion Cu(II) là 15 nM. Cỏc ion kim loại khác bao gồm Fe(III), Hg(II), Cd(II), Pb(II), Zn(II), Ni(II), Co(II), Mn(II), Cr(III), Ag(I), Ca(II), Mg(II), Ba(II), Li(I), K(I), Na(I), không ảnh hưởng đến việc xác định ion Cu(II) bởi 19. Phức 19-Cu(II) phản ứng với các biothiol, bao gồm Hcy, Cys và GSH, dựa trên phương pháp trao đổi phức, tạo ra sự phục hồi nhanh chóng của phổ huỳnh quang và phổ UV-Vis. Kết quả khảo sát cho thấy, phức 19-Cu(II) có thể sử dụng như là một sensor huỳnh quang theo kiểu OFF-ON để phát hiện chọn lọc các biothiol trong sự hiện diện của các amino acids bao gồm Leu, Ala, Arg, Asn, Asp, Gln, Glu, Gly, His, Leu, Lys, Met, Phe, Pro, Ser, Thr, Try and Val. Giới hạn phát hiện của phức 19-Cu(II) đối với Hcy, Cys và GSH lần lượt là 1,5 μM, 1,0 μM và 0,8
19-Cu2+ 19
26
μM, điều này cho thấy 19-Cu(II) đủ nhạy để xác định thiol trong các hệ thống sinh học. Khả năng sử dụng 19-Cu(II) để phát hiện các biothiol trong tế bào ung thư phổi ở người A549 đã được kiểm chức bằng phương pháp phân tích hình ảnh hiển vi huỳnh quang [59].