介质环境对小檗碱荧光光谱影响的研究
作者：赵长春 于俊生
单位：赵长春(徐州师范大学化学系 徐州 221009)；于俊生(南京大学化学系 南京 210093)
关键词：小檗碱；荧光光谱；荧光探针
药物分析杂志000213 摘要 目的：探讨介质环境对小檗碱荧光光谱性质的影响。方法：配制在不同溶剂及pH条件下的2×10-5 mol.L-1小檗碱溶液，测定其荧光光谱。结果：随着溶剂极性的降低，其荧光发射光谱紫移并且荧光强度显著提高。但在不同的pH条件下，荧光光谱几乎不变。结论：小檗碱所具有的特殊荧光性质，可作为生物荧光探针的优选试剂。
Effects of Media Environment on the Fluorescence Spectra of Berberine
, 百拇医药
Zhao Changchun
(Department of Chemistry,Xuzhou Normal University,Xuzhou 221009)
Yu Junsheng
(Department of Chemistry,Nanjing University,Nanjing 210093)
Abstract Objective：The media environment of effects on the fluorescence characteristics of berberine are discussed in details.Method:The fluorescence spectra of 2×10-5 mol.L-1 berberine in various solution and at different pH values are determined.Results:The fluorescent emission spectra are slightly blue shifted and its intensity dramatic enhanced with decreasing solvent polarity,but the spectra are unchanged at different pH values.Conclusion:The berberine can be applied as fluorescence probe in bioscience for its special properties.
, 百拇医药
Key words berberine,fluorescence spectra,fluorescence probe
小檗碱与生物大分子之间相互作用的研究已为人们所重视[1，2]，这不仅对于探讨小檗碱的药理性质而且对于研究生物大分子的性质和功能都有特别重要意义。由于荧光光谱法对于揭示物质的内在性质有着特殊的地位[3]，而小檗碱的荧光性质仅散见于对其含量测定的文献报道中[4～7]，未见系统研究。因此研究介质环境对小檗碱的荧光光谱性质的影响显得尤为重要。
1 仪器与试剂
LS-50B型荧光/发光光谱仪(PE公司)。PXJ-1B型数字式离子计(江苏电分析仪器厂)。盐酸小檗碱从中药黄连中提取，并经多次重结晶，其含量按文献[8]测定，并与标准纯品对照，纯度不小于99.0%。其余试剂均为分析纯。所有水溶液均为二次亚沸蒸馏水配制。
, 百拇医药
2 实验方法
2.1 不同的溶剂中的荧光测量 准确称量5份等质量的干燥盐酸小檗碱，置于10 mL容量瓶中，分别加入不同溶剂[正丁醇、正丙醇、无水乙醇、乙腈、乙醇-水(1∶1)、亚沸水]，溶解并稀释至刻度，摇匀，记录荧光光谱。激发和发射狭缝均为5 nm。实验温度为(25±0.5) ℃，激发和发射单色器的扫描速度均为500 nm。min-1。
2.2 不同pH条件下的荧光测量 在pH 1.00～9.20之间，使用Clark-Lubs缓冲溶液(氯化钾，邻苯二甲酸氢钾，磷酸二氢钾，硼酸，氢氧化钠，盐酸)；在pH 10.20～11.20，使用碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液；pH 12.80，使用氢氧化钙饱和溶液。荧光测量条件同上。
3 结果与讨论
3.1 溶剂的影响 图1-A是小檗碱在不同溶剂中的荧光激发光谱，其有4个激发峰，峰位置分别为241，273，348，458 nm，其激发峰位置并不随着溶剂极性的变化而变化，但随着溶剂极性的增大，小檗碱的荧光强度迅速减弱，这是由于受激辐射时小檗碱发生π → π*跃迁，其电子激发态比基态有更大的极性所致。小檗碱在不同溶剂的荧光峰位置及荧光强度见表1。图1-B是与图1-A相同条件下的发射光谱，小檗碱发光性质受介质环境的影响很大。小檗碱的荧光光谱由2个发射带组成，其峰位置分别约为460和530 nm。比较小檗碱的2个荧光光谱发射带，可以看出它们的荧光量子产率受溶剂的影响并不相同。小檗碱的2个荧光发射带分别来自于1La和1Lb带的振动跃迁[9]，显然，1Lb带对其周围介质环境更敏感，此是因为2者激发态的极性差别较大所致，1Lb带的激发态应比1La带的激发态有更大的极性。由此可知，小檗碱阳离子的发光性质受周围介质环境的影响很大，在弱极性环境下有更高的荧光量子产率，并且伴随着荧光发射峰的紫移。
, http://www.100md.com
图1 小檗碱(2×10-5 mol。L-1)在不同溶剂中的荧光光谱
A.荧光激发光谱(发射波长为530 nm)
B.荧光发射光谱(激发波长为348 nm)
1.正丁醇 2.正丙醇 3.无水乙醇
4.乙腈 5.乙醇-水(1∶1) 6.亚沸水
表1 溶剂的极性对盐酸小檗碱的荧光光谱的影响 溶剂
溶剂的
介电常数
1La荧光发射带
, 百拇医药
1Lb荧光发射带
发射波长
/nm
发射强度
发射波长
/nm
发射强度
水
78.5
460
6.1
无
峰
, 百拇医药
乙醇-水(1∶1)
51.4
454
8.7
530
11.6
乙腈
37.5
432
12.4
528
26.2
无水乙醇
, 百拇医药
24.3
428
13.8
525
48.5
正丙醇
20.1
428
16.3
522
82.7
正丁醇
17.1
, 百拇医药
428
19.0
521
118.0
3.2 溶液pH影响 在水溶液中，小檗碱的1Lb带荧光很弱，因此选用1La带荧光作考察。实验发现，在不同pH溶液中，小檗碱的荧光强度基本不变，荧光光谱的位置也未发生明显的移动。这是由于小檗碱的荧光体为小檗碱阳离子，是极弱的酸(pKa=15)[1]，不能与溶液中的H+或OH-离子形成氢键。由于酸性极弱，因此在pH 1.20～12.80范围内都是小檗碱阳离子发光，故其荧光强度几乎不随溶液的pH的变化而变化，此性质有利于我们利用小檗碱作为荧光探针监测一些生物大分子受溶液pH的影响而变化的情况。
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3.3 结论 小檗碱的发光强度受周围溶剂极性的影响显著，当溶剂的极性减弱时，荧光的量子产率显著增加，并伴随着紫移。而在水溶液中其荧光强度及位置几乎不受pH影响。在生命科学上广为应用的荧光探针，对周围介质环境的敏感程度极高[10]。小檗碱荧光探针，对于了解其与生物大分子间作用规律及生物大分子自身的结构特征具有许多优点，可以根据其荧光强度的变化及荧光峰的位置来判断它们间结合部位极性的大小，更好地了解生物大分子因溶液pH的改变而引起的变化，对于了解药物分子的抗癌活性，设计新型抗癌药物也能提供依据和参考。
参考文献
1，Rungsitiyakorn A,Wilairat P,Panljpan B.On the pH-dependence of binding of berberine to DNA.J Pharm Pharmacol,1981,33:125
2，赵长春，于俊生，章杰兵.药物与DNA的相互作用的研究—I.小檗碱作为DNA的发光开关及pH的影响.无机化学学报，1997，13：325
, http://www.100md.com
3，陈国珍，黄贤智，许金钩等.荧光分析进展.厦门：厦门大学出版社，1992.188
4，Ramos Rubio A L,Cruces Blanco C,Garcia Sanchez F.Synchronous scanning first and second derivative spectrofluorimetric determination of the alkaloid berberine.Z Anal Chem,1986,323:153
5，Rosenberg L S,Simons J,Schulman S G.Determination of pKa values of N-heterocyclic bases by fluorescence spectrophotometry.Talanta,1979,26:867
6，查新末，李卫红，邹宜贤等.激光诱导生物碱类中草药的荧光观察.中国激光，1988，15：572
, 百拇医药
7，赵一兵，郭祥群，许金钩等.硫酸-甲醛反应在药物荧光分析中的应用.高等学校化学学报，1993，14：625
8，中国药典.1995.二部：567
9，Casparce Z,Komorsky Lovric S,Lovric M.The ultraviolet and visible absorption spectra of berberrubine.Can J Chem,1982,60:970
10，Ci Yunxiang,Li Yuanzong,Chang Wenbao.Fluorescence reaction fo terbium(Ⅲ) with nucleic acids in the presence of phenanthroline.Anal Chim Acta, 1991,248:589
(本文于1999年2月1日收到), http://www.100md.com
单位：赵长春(徐州师范大学化学系 徐州 221009)；于俊生(南京大学化学系 南京 210093)
关键词：小檗碱；荧光光谱；荧光探针
药物分析杂志000213 摘要 目的：探讨介质环境对小檗碱荧光光谱性质的影响。方法：配制在不同溶剂及pH条件下的2×10-5 mol.L-1小檗碱溶液，测定其荧光光谱。结果：随着溶剂极性的降低，其荧光发射光谱紫移并且荧光强度显著提高。但在不同的pH条件下，荧光光谱几乎不变。结论：小檗碱所具有的特殊荧光性质，可作为生物荧光探针的优选试剂。
Effects of Media Environment on the Fluorescence Spectra of Berberine
, 百拇医药
Zhao Changchun
(Department of Chemistry,Xuzhou Normal University,Xuzhou 221009)
Yu Junsheng
(Department of Chemistry,Nanjing University,Nanjing 210093)
Abstract Objective：The media environment of effects on the fluorescence characteristics of berberine are discussed in details.Method:The fluorescence spectra of 2×10-5 mol.L-1 berberine in various solution and at different pH values are determined.Results:The fluorescent emission spectra are slightly blue shifted and its intensity dramatic enhanced with decreasing solvent polarity,but the spectra are unchanged at different pH values.Conclusion:The berberine can be applied as fluorescence probe in bioscience for its special properties.
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Key words berberine,fluorescence spectra,fluorescence probe
小檗碱与生物大分子之间相互作用的研究已为人们所重视[1，2]，这不仅对于探讨小檗碱的药理性质而且对于研究生物大分子的性质和功能都有特别重要意义。由于荧光光谱法对于揭示物质的内在性质有着特殊的地位[3]，而小檗碱的荧光性质仅散见于对其含量测定的文献报道中[4～7]，未见系统研究。因此研究介质环境对小檗碱的荧光光谱性质的影响显得尤为重要。
1 仪器与试剂
LS-50B型荧光/发光光谱仪(PE公司)。PXJ-1B型数字式离子计(江苏电分析仪器厂)。盐酸小檗碱从中药黄连中提取，并经多次重结晶，其含量按文献[8]测定，并与标准纯品对照，纯度不小于99.0%。其余试剂均为分析纯。所有水溶液均为二次亚沸蒸馏水配制。
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2 实验方法
2.1 不同的溶剂中的荧光测量 准确称量5份等质量的干燥盐酸小檗碱，置于10 mL容量瓶中，分别加入不同溶剂[正丁醇、正丙醇、无水乙醇、乙腈、乙醇-水(1∶1)、亚沸水]，溶解并稀释至刻度，摇匀，记录荧光光谱。激发和发射狭缝均为5 nm。实验温度为(25±0.5) ℃，激发和发射单色器的扫描速度均为500 nm。min-1。
2.2 不同pH条件下的荧光测量 在pH 1.00～9.20之间，使用Clark-Lubs缓冲溶液(氯化钾，邻苯二甲酸氢钾，磷酸二氢钾，硼酸，氢氧化钠，盐酸)；在pH 10.20～11.20，使用碳酸钠-碳酸氢钠缓冲溶液；pH 12.80，使用氢氧化钙饱和溶液。荧光测量条件同上。
3 结果与讨论
3.1 溶剂的影响 图1-A是小檗碱在不同溶剂中的荧光激发光谱，其有4个激发峰，峰位置分别为241，273，348，458 nm，其激发峰位置并不随着溶剂极性的变化而变化，但随着溶剂极性的增大，小檗碱的荧光强度迅速减弱，这是由于受激辐射时小檗碱发生π → π*跃迁，其电子激发态比基态有更大的极性所致。小檗碱在不同溶剂的荧光峰位置及荧光强度见表1。图1-B是与图1-A相同条件下的发射光谱，小檗碱发光性质受介质环境的影响很大。小檗碱的荧光光谱由2个发射带组成，其峰位置分别约为460和530 nm。比较小檗碱的2个荧光光谱发射带，可以看出它们的荧光量子产率受溶剂的影响并不相同。小檗碱的2个荧光发射带分别来自于1La和1Lb带的振动跃迁[9]，显然，1Lb带对其周围介质环境更敏感，此是因为2者激发态的极性差别较大所致，1Lb带的激发态应比1La带的激发态有更大的极性。由此可知，小檗碱阳离子的发光性质受周围介质环境的影响很大，在弱极性环境下有更高的荧光量子产率，并且伴随着荧光发射峰的紫移。
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图1 小檗碱(2×10-5 mol。L-1)在不同溶剂中的荧光光谱
A.荧光激发光谱(发射波长为530 nm)
B.荧光发射光谱(激发波长为348 nm)
1.正丁醇 2.正丙醇 3.无水乙醇
4.乙腈 5.乙醇-水(1∶1) 6.亚沸水
表1 溶剂的极性对盐酸小檗碱的荧光光谱的影响 溶剂
溶剂的
介电常数
1La荧光发射带
, 百拇医药
1Lb荧光发射带
发射波长
/nm
发射强度
发射波长
/nm
发射强度
水
78.5
460
6.1
无
峰
, 百拇医药
乙醇-水(1∶1)
51.4
454
8.7
530
11.6
乙腈
37.5
432
12.4
528
26.2
无水乙醇
, 百拇医药
24.3
428
13.8
525
48.5
正丙醇
20.1
428
16.3
522
82.7
正丁醇
17.1
, 百拇医药
428
19.0
521
118.0
3.2 溶液pH影响 在水溶液中，小檗碱的1Lb带荧光很弱，因此选用1La带荧光作考察。实验发现，在不同pH溶液中，小檗碱的荧光强度基本不变，荧光光谱的位置也未发生明显的移动。这是由于小檗碱的荧光体为小檗碱阳离子，是极弱的酸(pKa=15)[1]，不能与溶液中的H+或OH-离子形成氢键。由于酸性极弱，因此在pH 1.20～12.80范围内都是小檗碱阳离子发光，故其荧光强度几乎不随溶液的pH的变化而变化，此性质有利于我们利用小檗碱作为荧光探针监测一些生物大分子受溶液pH的影响而变化的情况。
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3.3 结论 小檗碱的发光强度受周围溶剂极性的影响显著，当溶剂的极性减弱时，荧光的量子产率显著增加，并伴随着紫移。而在水溶液中其荧光强度及位置几乎不受pH影响。在生命科学上广为应用的荧光探针，对周围介质环境的敏感程度极高[10]。小檗碱荧光探针，对于了解其与生物大分子间作用规律及生物大分子自身的结构特征具有许多优点，可以根据其荧光强度的变化及荧光峰的位置来判断它们间结合部位极性的大小，更好地了解生物大分子因溶液pH的改变而引起的变化，对于了解药物分子的抗癌活性，设计新型抗癌药物也能提供依据和参考。
参考文献
1，Rungsitiyakorn A,Wilairat P,Panljpan B.On the pH-dependence of binding of berberine to DNA.J Pharm Pharmacol,1981,33:125
2，赵长春，于俊生，章杰兵.药物与DNA的相互作用的研究—I.小檗碱作为DNA的发光开关及pH的影响.无机化学学报，1997，13：325
, http://www.100md.com
3，陈国珍，黄贤智，许金钩等.荧光分析进展.厦门：厦门大学出版社，1992.188
4，Ramos Rubio A L,Cruces Blanco C,Garcia Sanchez F.Synchronous scanning first and second derivative spectrofluorimetric determination of the alkaloid berberine.Z Anal Chem,1986,323:153
5，Rosenberg L S,Simons J,Schulman S G.Determination of pKa values of N-heterocyclic bases by fluorescence spectrophotometry.Talanta,1979,26:867
6，查新末，李卫红，邹宜贤等.激光诱导生物碱类中草药的荧光观察.中国激光，1988，15：572
, 百拇医药
7，赵一兵，郭祥群，许金钩等.硫酸-甲醛反应在药物荧光分析中的应用.高等学校化学学报，1993，14：625
8，中国药典.1995.二部：567
9，Casparce Z,Komorsky Lovric S,Lovric M.The ultraviolet and visible absorption spectra of berberrubine.Can J Chem,1982,60:970
10，Ci Yunxiang,Li Yuanzong,Chang Wenbao.Fluorescence reaction fo terbium(Ⅲ) with nucleic acids in the presence of phenanthroline.Anal Chim Acta, 1991,248:589
(本文于1999年2月1日收到), http://www.100md.com