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基于双氢青蒿素-巯基化合物电化学探针对巯基化合物的检测

文档作者：王辉杨培慧黄连喜蔡继业文档来源：暨南大学化学系		点击数：	更新时间： 2021年11月30日
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第38卷
2010年11月
分析化学(FENXI HUAXUE) 研究简报
Chinese Journal of Analytical Chemistry
第11期
1647～1651
DOI：10．3724／SP．J．1096．2010．01647
基于双氢青蒿素-巯基化合物电化学探针对巯基化合物的检测
王辉 杨培慧 黄连喜 蔡继业
(暨南大学化学系，光电信息与传感技术广东普通高校重点实验室(暨南大学)，广州510632)
摘要在20％ 乙醇+B R缓冲溶液(pH 7．2)介质中，利用双氢青蒿素与谷胱甘肽、6一巯基嘌呤及 一半胱氨
酸作用，分别于一1．05，一1．20和一1．10 V处获得双氢青蒿素一巯基化合物复合物灵敏的还原峰，该还原峰在
一定浓度范围内随着巯基化合物以及双氢青蒿素浓度的增加而增大，因此可将其作为电化学探针应用于上
述3种巯基化合物以及双氢青蒿素的检测，为检测巯基化合物提供了一种新方法；探讨了复合物形成的电极
反应机理，利用纳米金与巯基的共价作用阻断巯基参与形成复合物，证实了复合物是由双氢青蒿素中的碳自
由基与巯基化合物巯基中的硫原子通过s—c键结合形成。
关键词巯基化合物；双氢青蒿素；复合物；电化学探针
1 引 言
巯基化合物是一类重要的生物分子，在生物和药物过程中起着重要的作用 。还原性谷胱甘肽
(GSH)是体内重要的抗氧化剂，它可以清除体内过量的自由基，同时在抗肿瘤及抗衰老等方面也具有
重要作用； 一半胱氨酸(L．cys)是机体内一种重要的氨基酸，可以保护机体免受辐射损伤，也是癌症前期
预测一个重要的指标分子；6一巯基嘌呤(6-MP)是一种治疗白血病的药物。利用光谱和色谱的方法检测
这些巯基化合物(RSH)需要衍生化反应，预处理复杂且灵敏度低；电化学方法因其仪器简单及灵敏度
高等优点而广泛应用于生物分子的检测，但这些巯基化合物在常规电极(金，铂，玻碳，石墨)上没有氧
化还原信号，利用电化学方法也很难对其进行直接检测。目前，对RSH的电化学检测方法大多是基于
化学修饰电极对其的催化实现的 ；也有一些文献报道利用电活性分子(探针分子)与RSH相互作用
来达到检测的目的，Riccia等 基于巯基化合物一二巯基化合物交换反应构建了可用于检测GSH的安培
型传感器，Wang等 利用Piazselenole探针与GSH相互作用来检测GSH；文献[9]设计了一种GSH分
子印迹聚合物，构建了可用于检测GSH的电容传感器。以上方法虽然能够对RSH实现检测，但电极修
饰过程繁琐、耗时长、操作复杂且不易重复。
双氢青蒿素(DHA)是临床上广泛应用的一种抗疟疾药物 。本研究组曾报道 ，DHA在银电
极上阴极扫描，于一0．70 V处出现一个灵敏的不可逆还原峰；同时，在负电位作用下，青蒿素与GSH能
形成电活性复合物并产生新的电化学信号。基于此，本研究考察DHA与GSH，6一MP及L．cys形成的电
活性复合物的电化学行为，并利用复合物灵敏的电化学信号，将其作为探针应用于RSH及DHA检测，
本方法简便、快速
2 实验部分
2．1 仪器与试剂
CHI660A电化学工作站(上海辰华仪器公司)；电化学实验采用三电极体系：银盘电极(直径为
4mm)为工作电极，饱和甘汞电极为参比电极，铂丝电极为辅助电极。
DHA(重庆彼迪正天生化有限公司)，GSH(广州展晨生物科技有限公司)，6．MP(国药集团化学试
剂有限公司)，L．cys(上海伯奥生物科技有限公司)，B—R缓冲溶液(pH 7．2)。其它试剂均为分析纯。实
验用水为石英亚沸二次蒸馏水。
2010-01-29收稿；2010-04-23接受
本文系国家自然科学基金(Nos．30828028，30872404)资助项目
{E-mail：typh@jnu．edu．CN．
分析化学 第38卷
DHA溶液用无水乙醇溶解配制。GSH、L．cys及6一MP溶液用B—R缓冲溶液配制，皆于4℃保存备
用，3 d后需要重新配制。
2．2 实验方法
2．2．1 电极预处理及活化用金相砂纸将银电极磨光，再用0．04 m A1 O，粉末抛光，再依次在水和
无水乙醇中超声清洗5 rain。在20％ 乙醇+B—R缓冲溶液(pH 7．2)中，于O一一1．4V电位范围内反复
循环扫描，直至基线稳定，取出电极，清洗干净，备用。
2．2．2 电化学测定以20％ 乙醇+B—R缓冲溶液(pH 7．2)为底液，加入一定浓度的待测物，采用三电
极体系，于0～一1．4 V的电位范围内以100 mV／s扫描速度测定循环伏安法(CV)和半微分线性伏安曲
线(SDLSV)，测定前均通高纯N：除氧10 rain，实验过程保持N 气氛。
3 结果与讨论
3．1 DHA，RSH电化学行为
以银电极为工作电极，在8．0×10 I4mol／L DHA +20％ 乙醇B—R缓冲溶液(pH=7．2)中进行CV扫
描。结果表明，DHA在一0．70V处有一个灵敏的不可逆还原峰(图1)。
同样条件下，对5．0×10 mol／L的GSH，6-MP和
L—cys进行CV扫描，结果表明，GSH，L—cys和6一MP在扫描
电位范围内均无氧化还原峰(图1)。
3．2 DHA与GSH，6-MP及L．cys的最佳实验条件
实验表明，在较强酸性条件(pH<4)下，RSH 中的
一SH 去质子化困难，DHA与GSH，6一MP及L—cys难以结
合形成复合物；在较强碱性条件(pH>11)下，DHA分解，
同时 ．cys与GSH在较强碱性条件下易去质子化，以
S—S的形式形成RS—SR，难以形成DHA—RSH复合物。考
虑DHA和GSH，6-MP及L—cys的溶解度及形成复合物的
稳定性，本研究以20％ 乙醇+B—R缓冲溶液(pH 7．2)为底
液进行电化学测定。
3．3 DHA与GSH，6．MP及L-cys作用的电化学行为
当DHA浓度为6．0×10～mol／L，随着GSH(图2a)和
图1 DHA，GSH，6-MP和L-cys的循环伏安
行为
Fig．1 Cyclic vohammograms of dihydroartemisi—
nin(DHA)，glutathione(GSH)，6-mercaptopu—
rine(6-MP)and L—cysteine(L—cys)
20％ C2H5OH in B—R buffer solution(pH=7．2)； ：
L-cys(图2b)浓度增加，DHA在一0．70 V处的还原峰急剧 100 mV／s；8．0×10一mol／L DHA；5×10“moL／L
降低，并分别于一1．05和一1．10 V处出现一个新的不可逆 R H‘
还原峰，且还原峰电流随GSH和L-cys浓度的增加而增大，在一定浓度范围内呈线性关系。
9O
80
7O
6O
《50
§40
30
20
10
0
图2 DHA与GSH、6一MP及L-cys作用的半微分线性伏安曲线
Fig．2 Second differential linear sweep vohammetries CHIVES of interaction between DHA and GSH，6-MP，L-cys
8(1—6)：0，0．02，0．04，0．06，0．O8，O．1 mmoUL GSH；b(1—8)：0，0．02，0．03，0．05，0．07，0．09，0．10，0．15 mmol／L
L-cys；c(1—12)：0，0．O1，0．03，0．05，0．07，0．09，0．10，0．20，0．30，0．40，0．50，0．60 mmol／L6-MP。0．06 mmol／L DNA．
第1 1期 王辉等：基于双氢青蒿素一巯基化合物电化学探针对巯基化合物的检测 1649
随着6-MP的加入，DHA的还原峰逐渐降低并负移，最后于一1．20 V出现一个新的还原峰(图
2c)。其峰电流先增加后下降，表明其电化学行为不同于GSH和L—cys。由于DHA先吸附在银电极表
面，当疏水性化合物6-MP与DHA作用，其通过氢键或疏水作用力在电极界面形成复合物，该疏水性复
合物阻碍了电子的传递，降低电极界面的电极反应速率，从而导致了复合物形成过程还原峰的逐渐负
移，并出现复合物还原峰先增加后下降的现象。
以上实验结果表明，在DHA溶液，银电极表面阴极扫
描过程中，DHA与巯基化合物形成具有电化学活性的复合
物，导致DHA在一0．70 V处的还原峰急剧降低，而新出现
的复合物还原峰信号在一定浓度范围内随着RSH和DHA
浓度增高而线性增大，据此可用于分析GSH，6一MP，L—cys
和DHA。
3．4 基于复合物探针对GSH，6-MP，L-cys和DHA的分
析应用
固定DHA浓度为2．0×10～mol／L，分别添加GSH，
6一MP及L cys(图3)，其复合物的峰电流随着GSH，6一MP
及L—cys浓度的增加而增大，并在一定浓度范围内呈线性关
系(表1)； 当GSH，6-MP及L—cys浓度大于1．0×
10 mol／L时，GSH和L．cys的峰信号不再变化，而6-MP
峰信号随之下降。
CRsH(1o mol／L)
图3 GSH，6-MP及L—cys浓度对复合物峰电
流的影响
Fig．3 Influence of GSH ，6-MP and L—cys con—
centration on peak current of complex
2．0×10l一 J m01／L DHA
．
表1 表1基于复合物探针对GSH，6-MP及L—cys的检测
Table 1 Detection of GSH ，6-MP and L—cys based on complex electrochemical probe
$ 2．0 ×10— m01／L DHA．
反之，固定GSH，6一MP及L-cys浓度为1．0×10～mol／L，添加DHA，其复合物的峰电流随着DHA
浓度的增加而增大，并在一定浓度范围内呈线性关系(表2)。
表2 基于复合物探针对DHA的检测
Table 2 Determination results of DHA on the basis of complex electrochemical probe
由于GSH，6一MP和L—cys在实验条件下均没有氧化还原信号，固定DHA浓度，GSH，6一MP及L—cys
在一定浓度范围内与复合物的峰电流呈线性关系，因此可通过构建的复合物探针对三者进行检测，反之
也可以通过该探针对DHA进行检测。
3．5 DHA与RSH结合比及结合常数的测定
当固定溶液中巯基化合物的浓度，改变DHA的浓度所得到的△ 。与DHA浓度的变化曲线。假定
DHA与巯基化合物只形成一种简单的化合物HS—nDHA，则反应式及结合常数如下 ：
RSH +nDHA — RS．nDHA (1)
分析化学 第38卷
= [RS nDHA]／[DHA] [Rs] (2)
经推导可得：
lg[△ ／(△ ， 一△ )]=l +nlg[DHA] (3)
1／Ai = 1／Ai
，
+1／(flAi ， [DHA] ) (4)
式中，△
．
⋯ 表示引入DHA前后峰电流的最大差值。
如果青蒿素与RSH反应只形成一种简单的化合物，则lg[Ai ／(Ai 一Ai )]～lg[DHA]作图应得
一条直线，可根据该直线的斜率和截距分别求得结合数n和结合常数 (表3)。
表3 DHA—RSH结合比(rt)和结合常数(口)
Table 3 Combinative ratio(n)and combinative constant(／3)of DHA—RSH complex
3．6 DHA．RSH复合物形成的电极反应机理
文献[13]通过化学合成以及核磁和质谱分析方
法，证实青蒿素中的碳自由基能与GSH巯基中的硫
原子通过s—C键结合形成新的复合物。为进一步
验证形成的复合物是由巯基引起，本研究利用纳米金
与巯基的共价作用阻断巯基参与形成复合物，结果表
明(图4)，加入过量NP GSH，NPA -6一MP或NP
L．cys，均可使DHA位于一0．70 V处的不可逆还原峰
略下降，但没有发生峰的负移及新峰的出现。因此，
复合物是由RSH中的巯基参与了反应而形成的。
根据文献及实验结果，DHA与GSH，6-MP和
L．cys形成复合物的电极反应机理见图5。DHA桥环
上的氧首先与巯基通过氢键或者静电形成非共价复合
物 ' 吸附在电极表面，在阴极扫描作用下，DHA捕
获2个电子，桥环上的过氧键断裂 引，通过一系列的
图4 DHA与NP 一RSH反应的半微分线性伏安图
Fig．4 Second differential linear sweep vohammetry
(SDLSV)of interaction between DHA and NPA 一RSH
a～c．8×10一 mol／L DHA +0．8×10一 mol／L NPA 一GSH，
NPA -6一MP，NPA -L—cys．其它条件如图1(Other conditions aFe
salne as in Fig．1)。
电子转移，形成非常活泼的碳自由基，进一步与巯基通过c—s键形成共价复合物。
图5 DHA与RSH形成复合物的电极反应机理
Fig．5 Mechanisms of reaction between dihydroartemisinin an d sulfhydryl compounds
第11期 王辉等：基于双氢青蒿素一巯基化合物电化学探针对巯基化合物的检测 165l
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Detection of Sulfhydryl Compounds Based on Dihydroartemisinin·
Sulfhydryl Compounds Complex Electrochemical Probe
WANG Hui ，YANG Pei Hui 一，HUANG Lian．Xi ，CAI Ji—Ye ’
(Department of Chemistry ，Key Laboratory of Optoelectronic Information and Sensing Technologies of
Guangdong Higher Edncation Institutes。
， nan University，Guangzhou 510632)
Abstract In B—R buffer solution containing 20％ ethanol(pH 7．2)，the sulfhydryl compounds(RSH)，such as
glutathione，6一mercaptopurine and L-cysteine，bound with dihydroartemisinin (DHA)and the RSH-DHA
complex was formed on electrode surface through cathodic scanning—mediated interaction．The sensitive reduction
peaks of the complex were obtained at 一1．05， 一1．20 and 一1．10 V，respectively．There are good responses
between peak current and the concentrations of DHA or RSH．The binding mechanisms of DHA with RSH were
also discussed． In addition，gold nanoparticles were used to block the binding site of sulfhydryl—DHA by the
strong covalent bond of S—Au． It confirm ed that the DHA—RSH complex was form ed through the interaction
between C—centered free radical derived from dihydroartemisinin and S—atom from sulfhydryl compounds．
Keywords Sulfhydryl compounds；Dihydroartemisinin；Complex；Electrochemical probe
(Received 29 January 2010；accepted 23 April 2010)

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