（应用化学专业论文）槲皮素和芦丁修饰的电化学生物传感器研究.pdf

槲皮素和芦丁修饰的电化学生物传感器研究摘要本文对槲皮素( q u ) 和芦丁( r u ) 的分子结构及理化性质、药理活性、聚合物薄膜化学修饰电极的制作方法及生理体系中共存的生物小分子尿酸( u a ) 、神经递质如肾上腺素( e p ) 和5 一羟色胺( 5 h t ) 的分析检测进展进行了较为详细的综述。在此基础上，首次选用黄酮类分子槲皮素( q 1 1 ) 和芦丁( r u ) 作为修饰剂，在充蜡石墨电极( w g e ) 上以电化学方法制备了q u w g e 和r u w g e 两种新型的生物传感器，采用场发射扫描电镜( f e s e m ) 、红外光谱( i r ) 、紫外一可见光谱( u v v i s ) 及电化学测试技术等分析技术手段，测试了w g e 表面上的修饰产物、表面形貌及其电化学活性等性能，并将所制得的修饰电极成功用于含有u a 和a a 、e p 和a a 、5 - h t 和a a 等混合体系的分析检测。通过与未修饰的w e g电极比较，表明q u 修饰膜对u a 与从，r u 修饰膜对e p 、5 - h t 、a a 的电氧化反应有明显的电催化作用。对q u w g e 的制备条件进行了优化，结果表明：当反应物q u 的浓度为0 5m m o l l - 1 ，磷酸缓冲液p b s 的p h 为7 0 ，扫速为2 0m vs ，电势范围为一0 2 1 0 v ，扫描圈数为4 圈时，为最佳修饰条件。通过循环伏安和交流阻抗等电化学测试方法证明q u 沉积膜荷负电荷，而且具有电化学活性。对q u 在w e g 上的沉积机理进行了分析：q u 发生二电子二质子氧化反应，b 环上的3 ，4 - o h转化为d 醌式结构而具有吸电子能力，使b 环6 c 位带部分正电荷，从而可能与电极表面阳极化引入的含氧基团发生亲核加成反应，进而键合到电极表面上。采用差分脉冲伏安法，将该电极运用于u a 和a a 混合体系的检测，结果表明，在5 0 0 倍浓度的a a 存在条件下能够选择性地灵敏检测u a ，线性范围为1 o 一5 0p m o l l - 1 ( r 2 = o 9 9 5 ) ，检测限为1 0 i _ l m o l l - ，晶u a - a a = 2 8 0 m v 。初步用于实际尿液样品的检测，得到了理想的测试效果。通过缓冲溶液p h 对u a 和a a氧化峰电势的影响，说明u a 和a a 在q u w g e 上的氧化反应均为两电子两质子的过程，u a 经过两电子两质子过程水解生成尿囊素，a a 则通过两电子两质子过程氧化为去氢抗坏血酸。在制备r u w g e 修饰电极时，通过对恒电势法和循环伏安法得到的沉积膜的f e s e m 图的比较，表明用循环伏安法得到的修饰膜形貌更规整，因此本论文中的电极采用循环伏安法进行修饰。通过对沉积膜的各种表征实验，初步推测出r u 氧化聚合机理。r u 分子b 环的o - o h 易被氧化成苯氧基，而苯氧基之间或苯氧基与r u 单体都易发生聚合而沉积在电极表面上。在生成沉积膜的同时，一部分r u 单体分子被包埋在沉积膜内，从而使生成的聚合膜保持良好的电化学活性。将r u w g e 应用于对生物活性分子的检测，取得了另人满意的结果。与w g e 相比，在r “w g e 上神经递质物质5 - h t 和e p 的氧化峰电流大大增加，显示出良好的电催化作用。5 h t 和e p 在r u w g e 上的氧化反应遵循的是两电子伴随两质子的过程，在氧化过程中r u 充当了e p 和5 - h t 氧化的电子媒介体。在0 0 1m m o l l _ a a 存在条件下，e p 的线性范围为3 o 一9 0t t m o l l - 1 ( ，2= o 9 9 5 ) ，检测限为1 0t t m o l l - 1 ，a e p , 口p _ o , = 1 7 2m v ：a a 和5 h t 共存条件下，a e d 5 - h t a a = 2 8 8m v ，从的线性范围为2 o 一6 0 0i t m o l l ，检测限为1 0i t m o ll ；5 - h t 的线性范围为0 3 9 0t t m o l l - 1 ，检测限为0 1t t m o l l - 1 。对a a 、5 - h t 和e p 在r u w g e 的反应机理也进行了分析，观察到三者的氧化峰电势皆随着溶液p h 的增加而负移，其线性关系的斜率表明它们的氧化反应都遵循的是两电子两质子的过程。两种电极的制作方法简单，具有较好的稳定性和可再生性。对q u w g e 来说，3 天后，其电流信号下降3 ，7 天后，其电流信号下降5 ，3 0 天后电流信号下降l o ；对r “w g e 而言其电流信号下降5 ，7 天后，其电流信号下降8 ，3 0 天后电流信号下降1 5 。因此，两种电极对于临床分析和生理学研究都有重要的意义。关键词：槲皮素；芦丁；修饰电极；生物传感器；尿酸；抗坏血酸；肾上腺素；5 羟色胺s t u d yo fq u e r e e t i na n dr u t i nm o d i f i e de l e c t r o c h e m i c a lb i o s e n s o r sa b s t r a c tm o l e c u l a rs t r u c t u r e ，p h y s i c a la n dc h e m i c a lc h a r a c t e r so fq u e r c e t i na n dr u t i n ，p h a r m a c o l o g i c a le f f e c t sa n dm o d i f i c a t i o n so fp o l y f i l mc h e m i c a l l ym o d i f i e de l e c t r o d ew e r es u m m a r i z e dt o g e t h e rw i t hs o m ec o e x i s t i n gs u b s t a n c e si np h y s i o l o g i c a ls y s t e ms u c ha su r i ca c i d ( u a ) a n dt h en e u r o n a lm o n o a m i n e ss u c ha se p i n e p h r i n e ( e p ) a n ds e r o t o n i n ( 5 一h t ) i nt h i sa r t i c l e b a s e do nt h ep r e v i o u ss t u d i e s ，t h ef l a v o n o i d sm o l e c u l e so fq u e r c e t i na n dr u t i nw e r es e l e c t e da sm o d i f i e rm a t e r i a l sf i r s t l ya n dt w ol a t e - m o d e lb i o s e n s o r ，q u w g ea n dr u w g ew e r ep r e p a r e ds u c c e s s f u l l yb ye l e c t r o c h e m i c a lm e t h o d t h ep e r f o r m a n c eo fm o d i f i c a t i o nr e s u l t a n t ，m o r p h o l o g ya n dt h e i re l e c t r o c h e m i c a la c t i v i t yw e r et e s t e db yt h ef i e l de m i s s i o ns c a n n i n ge l e c t r o nm i c r o s c o p e ( f e - s e m ) ，i n f r a r e ds p e c t r a ( i r ) ，i ns i t uu v - s p e c t r o e l e c t r o c h e m i c a la n de l e c t r o c h e m i c a lt e c h n i q u e s t h ea d m i x t u r es y s t e mo fu aa n da a ，e p ，5 - h ta n da ah a db e e na n a l y z e du s i n gt h ee l e c t r o c h e m i c a lm o d i f i e de l e c t r o d e sb a s e do nq u e r c e t i na n dr u t i n ，r e s p e c t i v e l y c o m p a r e dw i t ht h eb a r ew g e q u w g es h o w se x c e l l e n te l e c t r o c a t a l y t i ce f f e c tt o w a r d st h eo x i d a t i o no fb o t hu aa n da a r u w g ed i s p l a y e ds t r o n gc a t a l y t i cf u n c t i o nf o rt h eo x i d a t i o no fa d r e n a l i n ( e p ) ，s e r o t o n i n ( 5 一h t ) ，a n da s c o r b i ca c i d ( a a ) f o rq um o d i f i e do nw g e a no p t i m i z e dm o d i f i c a t i o nc a nb eo b t a i n e d t h er e s u l t si n d i c a t e dt h a tw h e nt h ec o n c e n t r a t i o no fq ui s0 5m m o ll - 1 p ho fp h o s p h a t e b u f f e r e ds a l i n e ( p b s ) i s7 0 ，t h es c a nr a t ei s2 0m vs - 1 ，t h es c a nr a n g ei so 2 一1 0v ，a n dt h en u m b e ro fp o t e n t i a lc y c l i n gi s4c y c l e s ，t h em o d i f i c a t i o nl a y e ri so p t i m u m e l e c t r o c h e m i c a lm e a s u r e m e n t si n c l u d i n gc y c l i cv o l t a m m e t r ya n de l e c t r o c h e m i c a li m p e d a n c es p e c t r u mt e c h n i q u e sp r o v e dt h a tt h ed e p o s i t i o nf i l mi se l e c t r o n e g a t i v ea n dp o s s e s s e de l e c t r o c h e m i c a la c t i v i t y t h ee l e c t r o d e p o s i t i o nm e c h a n i s mo fq uo nw g ew a sa n a l y s e d q uw a so x i d i z e dc o m p a n y i n gt w oe l e c t r o d e sa n dt w op r o t o n s ，3 ，4 - o hi nr i n gbt u r n e di n t oo - q u i n o n ea n dh a dt h ea b i l i t yo fa b s o r b i n ge l e c t r o nw h i c hm a d ep o s i t i o n6 - ct a k ep o s i t i v ec h a r g e sp a r t i a l l y , t h u st h ea n o d i c a l l yf o r m e do x o - g r o u pc a ne n t e ri n t oar e a c t i o nw i t ha c t i v ef u n c t i o n a lg r o u p se x i s t i n ga tt h es u r f a c eo fa n o d i z e dc a r b o ne l e c t r o d e sw h i c ha c ta sn u c l e o p h i l e sw i t hq u i n o n er i n g s t h r o u g hd i f f e r e n t i a lp u l s ev o l t a m m e t r yn i t e c h n i q u e ，t h em o d i f i e de l e c t r o d ew a su s df o rd e t e r m i n a t i o no ft h ea d m i x t u r es y s t e mo fu aa n da a t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a tt h ee l e c t r o d ew a ss e n s i t i v et od e t e c to fu as e l e c t i v e l yi np r e s e n c eo f5 0 0t i m e sc o n c e n t r a t i o no fa a al i n e a rr e l a t i o nb e t w e e nt h ep e a kc u r r e n ta n dc o n c e n t r a t i o nw a so b t a i n e df o ru ai nt h er a n g eo f1 0 5 0t t mw i t had e t e c t i o nl i m i t1 0l a m 扩= 0 9 9 5 ) w i t has e p a r a t i o np e a kp o t e n t i a lo f2 8 0m v t h em o d i f i e de l e c t r o d ew a su s e df o rd e t e r m i n a t i o no fr e a lu r i n es a m p l ea n dg a i n e dt h ei d e a lr e s u l t 1 1 1 ee x p e r i m e n to ft h ei n f l u e n c eo fp hf o rp h o s p h a t e - b u f f e r e ds a l i n eo nu aa n da ao x i d a t i o np e a kp o t e n t i a lw a sd o n ea n dt h er e s u l t ss h o w e dt h a ta f t e ru aa n da aw e r eo x i d i z e dv i aat w oe l e c t r o nt w op r o t o np r o c e s s ，u ap r o d u c ea l l a n t o i nb yah y d r o l y z a t i o nr e a c t i o n a n df o ra a “se l e c t r o c h e m i c a lo x i d a t i o ng e n e r a t e st h ed e h y d r o a s c o r b i ca c i d ( d a a ) w h e np r e p a r e dr u w g em o d i f i e de l e c t r o d e 。t h r o u g hc o m p a r a t i o no ff e s e mf i g u r eo fd e p o s i t i o nf i l mb yc h r o n o a m p e r o m e t r ya n dc y c l i cv o l t a m m e t r yt e c h n i q u e ，w ec o n c l u d e dt h a tt h em o d i f i e df i l mb yc y c l i cv o l t a m m e t r yw a sm o r er e g u l a r ，s oi nt h i sa r t i c l et h em o d i f i e de l e c t r o d ew a sf a b r i c a t e db yc y c l i cv o l t a m m e t r y b ys o m ev e r i f i c a t i o ne x p e r i m e n t so fd e p o s i t i o nf i l m ，t h em e c h a n i s mo fr uo x i d a t i o na n dp o l y m e r i z a t i o nw a sp r o p o s e d t h eo - 0 hi nr i n gbo fr um o l e c u l ew a so x i d i z e da n dt h e np r o d u c e dp h e n o x yr a d i c a l st h a tc a l li n t e r a c te a c h o t h e ro rw i t ha n o t h e rr um o n o m e rt og i v er i s et oas t r o n g l ya d h e r e n tf i l ma n dd e p o s i t e do nt h es u r f a c eo ft h ee l e c t r o d ec o m p a n y i n gt h er um o l e c u l e se m b e d e da n da d s o r b e di nt h ef i l m t h e s er um o l e c u l e sc a ns t a b l ye x i s ti nt h ep o l y f i l ma n dp r o b a b l yk e e pt h ee x c e l l e n te l e c t r o c h e m i c a la c t i v i t y t h er u w g ew a su s e dt od e t e c tp h y s i o l o g i c a la c t i v i t ym o l e c u l e sa n dg o ts a t i s f y i n gr e s u l t c o m p a r e dw i t hb a r ew g e ，r u w g ed i s p l a y e ds t r o n gc a t a l y t i cf u n c t i o nf o rt h eo x i d a t i o no fa d r e n a l i n ( e p ) ，s e r o t o n i n ( 5 一h t ) ，a n da s c o r b i ca c i d ( a a ) b yi n c r e a s i n gt h eo x i d a t i o nc u r r e n t sw h i c hs h o w st h ee f f e c t i v ee l e c t r o d es u r f a c ew a se n l a r g e da n dr e s o l v e dt h eo v e r l a pv o l t a m m e t r i cr e s p o n s eo fe pa n da ai n t ot w ow e l l d e f i n e dv o l t a m m e t r i cp e a k so fa b o u t1 7 2m va n dt h a to f5 - h ta n da aa b o u t2 8 8m v r e s p e c t i v e l y al i n e a rr e s p o n s ei nt h er a n g eo f3 0 9 0 0u mw i t ht h ed e t e c t i o nl i m i to f8 0 1o mf o re pw a so b t a i n e di nc o e x i s t e n c eo fa a ( 0 0 1m m ) t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h ep e a kc u r r e n ta n dc o n c e n t r a t i o no fa aa n d5 - h tw e r e2 0 6 0 o “mw i t ht h ed e t e c t i o nl i m i to f1 o “ma n d0 3 9 0p mw i t ht h ed e t e c t i o nl i m i to fo 1p mr e s p e c t i v e l y ，t o g e t h e rw i t has e p a r a t i o np e a kp o t e n t i a lo f2 8 8m v t h er e a c t i o nm e c h a n i s mo f5 - h t ，e pa n da ao nt h er u w g ew e r ea n a l y s e d t h et h r e es u b s t a n c e s o x i d a t i o np o t e n t i a lm o v e dn e g a t i v e l yw i t ht h ei n c r e a s eo fp h a n dt h es l o p eo fl i n e rr e l a t i o n s h i pi n d i c a t e dt h a tt h e i ro x i d a t i o nr e a c t i o nf o l l o w e dat w oe l e c t r o nt w op r o t o np r o c e s s t h em o d i f i e de l e c t r o d e ss h o w e dh i g hs t a b i l i t y ，r e p r o d u c i b i l i t ya n da n t i f o u l i n ga b i l i t y f o rq u w g e ，d u r i n gt h ef i r s t3d a y st h es i g n a ls h o w e d3 d e c r e a s e ，i nt h e7d a y st h ec u r r e n tr e s p o n s ed e c r e a s e db ya b o u t5 o fi t si n i t i a lr e s p o n s ea n di nt h ef o l l o w i n g1m o n t h sb y10 f o rr u w g e ，d u r i n gt h ef i r s t3 d a y st h es i g n a ls h o w e da5 d e c r e a s e ；i nt h e7d a y 。t h ec u r r e n tr e s p o n s ed e c r e a s e db ya b o u t8 o fi t si n i t i a lr e s p o n s ea n di nt h ef o l l o w i n gm o n t hb y15 s ot h ee l e c t r o d e sa r ep r o m i s i n gf o rt h ep h y s i o l o g i c a ls t u d ya n dc l i n i c a ld i a g n o s i s k e yw o r d s ：q u e r c e t i n ；r u t i n ；m o d i f i e de l e c t r o d e ；b i o s e n s o r ；u r i ca c i d ；a s c o r b i ea c i d ；e p i n e p h r i n e ；s e r o t o n i n插图清单图2 1w g e 在空白的0 1mk c l 多圈c v 曲线1 3图3 1电极表面上q u 氧化产物覆盖量扫描圈数曲线1 8图3 2电极表面上q u 氧化产物覆盖量一电势扫描范围曲线1 8图3 3电极表面上q u 氧化产物覆盖量缓冲液p h 曲线1 9图3 4电极表面上q u 氧化产物覆盖量扫速曲线2 0图3 5电极表面上q u 氧化产物覆盖量一反应物浓度曲线2 l图3 6q u w g e 在空自的0 1 m p b s ( p h 7 o ) 多圈c v 曲线图3 7在f e ( c n ) ，加溶液中w o e ( a ) 和q u w g e ( b ) 上测得的c v 曲线( a ) 和e i s 曲线( b ) 。2 3图3 8q u 在o 7 5v 的恒电势氧化过程中薄层池紫外可见吸收光谱图。2 4图3 9u a ( a ) 和a a ( b ) 在( a ) w g e 和( ”q u w g e 上的c v 曲线2 6图3 1 0u a 和a a 混合液在( a ) w g e 和( ”q u w g e 上的d p v 曲线2 7图3 1 1u a 和a a 混合液在q u w g e 上不同p h 的d p v 曲线。2 8图3 1 2u a 和a a 在q u w g e 上的d p v 峰电流( a ) 和蜂电势( b ) 与溶液p h 的关系曲线3 0图3 1 3 从和不同浓度的u a 在q u w g e 上的d p v 曲线和相应的标准曲线3 1图3 1 4 尿液稀释l o 倍后在( a ) w o e 和( b ) q u w g e 上的d p v 曲线。3 2图4 1r u 溶液中恒电势下计时电流曲线( a ) 和循环伏安曲线( b ) 3 6图4 2r u w g e 扫描2 5 0 圈的c v 曲线和电流( 插图a ) 和电势( 插图b ) 与扫速的关系曲线3 7图4 3不同条件下修饰的电极表面的f e - s e m 图像。3 9图4 4固体r u ( a ) 和r u 循环伏安聚合2 4 h c o ) 的i r 吸收光谱曲线4 0图4 5r u 在1 4 v 的恒电势氧化0 m i n ( a ) ，4 0 m i l l ( ”，3 0 h ( c ) 薄层池紫外吸收光谱图4 1图4 6e p 在r u w g e ( a ) ，p b s w g ec o ) 和裸w g e ( c ) 上的c v 曲线。4 2图4 75 - f i t 在w g e ( c ) 、p b s w g e ( b ) 和r u w g e ( a ) 上的c v 曲线4 3图4 8 从在r u w g e ( a ) 、p b s w g e 和裸w g e ( c ) 上的c v 曲线4 4图4 9e p 、5 - h t 和从在r u w g e 上( a ) i p p h 曲线；0 3 ) 昂一p h 曲线和( c ) 缉一p h 曲线。4 5图4 1 0a a 和不同浓度的e p 在r i 棚g e 上的d p v 曲线和相应的标准曲线4 7图4 1 1不同浓度的从和不同浓度的5 h t 在r u w g e 上的差分脉冲伏安曲线和相应的标准曲线4 8独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及所取得的研究成果。据我所知。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得金胆王些太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示感谢。学位论文作者签名：韵，砑星-签字日期：加7 年z 月1 4 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解金毽王些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权金匿兰些太堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存、编入学位论文。( 保密的学位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：两、料也签字日期：崩7 年多月绰日导师签名：励巫跌签字日期：矿叼年月f 日学位论文作者毕业后去向：工作单位：电话：通讯地址：邮编：致谢三年的硕士学习生涯即将结束，回首这几年的求学生涯，心中涌起一些感慨，但更多的是感激之情。首先要深深地感谢我的导师何建波教授，在科研道路上的探索，离不开何老师的言传身教和悉心指导。何老师严谨的治学态度、活跃的学术思想和求真务实的科学精神为我树立了榜样，他的不倦教诲和富于启发性的引导为我打开了科学研究的大门，将对我今后的学习和工作产生深远的影响，使我终身受益。在此谨向何老师表示最由衷的谢意l我的论文的实验阶段始终得到了晋冠平老师的精心指导，在此致以深深的谢意。晋老师刻苦的求学精神和务实的科研态度使我终身受益感谢本实验室的所有同学，他们为实验室创造了积极进取、团结协作、和谐愉快的科研氛围，在工作和生活中给了我许多帮助和鼓励，使我顺利完成论文工作。感谢他们这一路上很多的包容、安慰、关心和用心。这份如同兄弟姐妹般的情谊会永远留在我的心底。感谢所有教诲和帮助过我的老师，以及与我一同度过三年美好时光的同学们。感谢我的父母二十几年来的养育之恩，他们和兄嫂给予我的无限怀与支持一直是我前进道路上最大的精神支柱和坚强后盾。本论文献给他们，希望他们能为我的成长感到自豪和欣慰。陈群芝2 0 0 7 年5 月第一章综述黄酮类化合物( f l a v o n o i d s ) ，又称生物类黄酮( b i o f l a v o n o i d s ) ，属植物次生代谢产物，广泛存在于蔬菜、水果、牧草和药用植物中，是植物在长期自然选择过程中产生的一些次级代谢产物。早期黄酮粗制品仅仅作为天然黄色素在染料方面应用，由于黄酮类化合物具有广谱的药理活性和较低毒性【l 】，2 0 世纪2 0 年代国外把槲皮素与芦丁应用于临床后，逐渐引起了人们的关注。目前，黄酮类化合物主要泛指两个具有酚羟基的芳香环( a 环和b 环) 通过中央三碳链相互作用连接而成的一系列化合物，其基本骨架具有c 弗3 c 6 【2 1 ，且大多与糖结合为甙的形式或以游离的甙元存在。一般黄酮类化合物主要是以六元c 环的氧化状况和b 环所连接的位置不同为依据进行分类，可以分为黄酮( f l a v o n e ) 及黄酮醇( f l a v o n 0 1 ) 类，如芦丁、槲皮素；二氢黄酮( f l a v o n o n e ) 及二氢黄酮醇( f l a v a n o n 0 1 ) 类，如陈皮苷；异黄酮( i s o f l a v o n e ) 及异黄酮醇( i s o f l a v o n 0 1 ) 类，如葛根素；黄烷醇( f l a v a n 0 1 ) 类，如儿茶素；花色素( a n t h o c y a n i d i n s ) 类，如飞燕草素；双黄酮( b i f l a v o n o i d s ) 类，如银杏素；查耳酮( c h a l c o n e s ) 类，如红花营；其他黄酮类，如异芒果素p j 。黄酮类化合物具有多个苯环和酚羟基结构，其分子中心的a 、d 不饱和吡喃酮、c 2 、c 3 位双键和a 、b 、c 三环的各种取代基都决定了其具有不同的生物活性，其中，苯环上酚羟基的电化学活性使得其可能是一种有效的电子媒介体。再加上黄酮类化合物具有稳定的物理化学性质，这些都使其有望成为制作修饰电极的理想材料。因此，黄酮类化合物的研究不仅在药理学领域而且在生物电化学领域都占有极其重要的地位。3 54s c h e m ei - l4 槲皮素( q u e r c e t i n ，简写为q u ) 和芦丁( r u t i n ，简写为r u ) ，是黄酮类化合物主要的成分，作为最早应用于临床的两种黄酮类化合物，其药理作用和生物活性一直是人们研究的重点。目前，人们普遍认为其广泛的生物学功能，包括抗细菌、抗病毒、消炎、抗过敏、对紫外线伤害的保护、抑制血管舒张、抑制脂类过氧化、血小板凝聚和毛细血管透性增加和变脆，并可抑制一些酶系统包括环加氧酶和脂氧化酶活性等这些药理作用都是通过抗氧化、自由基清除和对二价阴离子的螯合作用来实现的。如何运用这些作用来为化学修饰电极的研究服务，使之在基因检测、药物筛选、药物作用机理研究等方面占有一席之地，是我们研究的重点。因此，槲皮素和芦丁作为化学修饰电极的材料，研究的难题主要是向实用化，小型化发展，并且在对槲皮素和芦丁的固化方面不断应用新技术，实现稳定性、重现性和灵敏度的统一，使之更加适应实际应用的需要。人体犹如一个生物加工厂，每天都进行着错综复杂的生理代谢活动。其中尿酸是嘌呤新陈代谢的最终产物。尿酸主要以单阴离子尿酸盐的形式存在于人的血浆和尿液中，在人体内的浓度远远高于其他灵长类动物1 4 】。它具有清除氧自由基，抗氧化的作用，但亦有刺激平滑肌增殖的作用p 】。其抗氧化作用是尿酸不仅可与过渡金属鳌合，而且能与有效的生物氧化剂如羟基和次氯酸反应生成相对稳定的产物【6 l 。此外。尿酸还是人体内亚硝酸盐的有效清道夫。尿酸是血中主要非蛋白氮( n p n ) 类代谢产物之一，在正常生理情况下含量相对稳定，但在病理情况下，含量常常发生变动，通过对血液成分的分析，可以了解体内物质代谢状况。痛风、肾病、高尿酸血等都会引起尿酸异常，近年的研究表明血清中尿酸的浓度还与甘油三酯、肌酐的浓度呈正相关性，与心脏损害有关联嚣。人的大脑约有一千亿个神经细胞，这些细胞通过神经元形成一张极为复杂，但却是高度有序的神经网络，神经细胞通过突触连接组成功能回路，以处理和传送信息，控制着从情绪到肌肉的一切活动。不同的神经细胞释放出不同的神经递质( n e u r o t r a n s m i t t e r ) 、神经调质( n e u r o m o d u l a t o r ) 和二次信使( s e c o n dm e s s e n g e r ) 来控制和调节神经系统的媒介行为。因此，研究单个细胞中的这些物质如何受激产生信号、传递信号以及这些信号如何作用于靶细胞以调控其功能，是当今生命科学研究中最关键的课题之一。神经递质在体内过多或缺失，都会引起行为的失常，例如，研究发现帕金森症、老年痴呆症的病因与大脑内肾上腺素和五羟色胺的吸收与释放的失衡有关。尿酸和神经递质的合理调控对机体正常的功能与行为有着举足轻重的作用。因此，在分子水平上了解这类物质的反应信息以及实时监测其在体内的浓度，对于病理学研究、疾病诊断以及治疗过程中相关药物的适量控制都有重要的意义。本章在阅读大量文献的基础上，对槲皮素和芦丁的生物活性和氧化机理，聚合物薄膜化学修饰电极的制各和生物小分子与神经递质物质的研究进展进行了较为详细地综述。1 槲皮素和芦丁的结构及物化性质( s t r u c t u r ea n dp h y s i c a l - c h e m i c a lp r o p e r t i e so fq u e r e e t i na n dr u t i n )一2 一1 1 槲皮素和芦丁的结构槲皮素剔名栎精，芦丁又叫芸香苷、维生素p 、紫槲皮苷，是槲皮素的3 0 芸香糖苷。它们的基本组成结构相同，在a 环上有两个问位o h ，b 环上有两个邻位o h ，结构如下图所示。由于黄酮类化合物的抗氧化活性与其结构有关，包括b 环上酚羟基的取代位置和数目，c 2 、c 3 位双键等。其中c 2 、c 3 位双键氢化则会引起黄酮类化合物的生物活性降低【s 】。一般情况下，b 环上羟基越多，其抗氧化性越强，但当b 环酚羟基数目相同，含邻二酚羟基黄酮的抗氧化活性明显优于b 环含间二酚羟基的黄酮，前者自由基可借形成分子内氢键得以稳定，而且它还可共振形成邻苯醌，从丽使自由基更加稳定【9 1 。由于槲皮素和芦丁的b 环上的酚羟基为邻二酚羟基，且c 2 、c 3 位双键未发生氢化，使得它们成为研究黄酮类各种生物学活性的最佳选择。槲皮素和芦丁主要存在于许多的植物的花、叶和果实中。1 2 槲皮紊和芦丁的一般性质s c h e m e1 2槲皮素和芦丁均为浅黄色针状结晶粉末，由于所带结晶水的数目不同，所以同种物质的分子量会有所差异。槲皮素和芦丁的分子中存在交叉共扼体系，属平面型化合物，由于平面型分子堆砌得比较紧密，分子闻弓i 力较大，所以很难溶于水，但可溶于沸水、甲醇、乙醇、乙酸乙酯、乙醚等有机溶剂及稀碱中，其中，槲皮素的溶解度比芦丁大。槲皮素和芦丁易吸收空气中的水分发生粘结，使溶解度下降，所以在保存过程中要注意防潮。此外，槲皮素和芦丁在空气环境中可发生氧化产生不溶于乙醇等有机溶剂的的物质，故当溶液中有悬浮物时应利用乙醇等有机溶剂进行纯化。1 3 槲皮素和芦丁的紫外吸收性质由于槲皮素和芦丁的a 环和c 环的共轭体系，能强烈吸收在一定光谱范围内的紫外线，其中槲皮素的吸收峰在2 5 4n m - 3 7 0n m 附近，芦丁的吸收峰分别一3 一为2 0 0r i m - 3 7 0 n m 附近，因此可以利用这一光学特性来定位测量它们在植物内或纯溶液中的浓度。2 槲皮素和芦丁的药理活性( p h a r m a c o l o g i c a le f f e c t so f q ua n dr u t )槲皮素和芦丁是人类饮食中最常见且丰富的黄酮类化合物，约占人体每日消耗黄酮总量( 3 8 0r a g ) 的5 0 以上。近年来，槲皮素和芦丁的提取、纯制、结构测定、氧化机理研究、合成可溶于水的衍生物以及药理与临床一直是研究的热点。由于芦丁是槲皮素与糖结合为甙的形式，因此有相似的药理活性，故下文中仅叙述槲皮素的药理活性。据报道，槲皮素具有抗氧化、抗炎、抗过敏、抗菌、抗病毒，清除体内自由基、抑制恶性肿瘤生长和转移等多方面药理作用，及扩张动脉、改善脑循环和抗血小板活化因子、祛痰止咳、降低毛细血管通透性和脆性等多种生物活性，能提高免疫能力、降低胆固醇、增强心肌收缩力、舒张肠平滑肌、降低血压、免疫抑制和抗过敏作用。2 1 抗氧化及清除自由基作用电离辐射作用于机体会产生大量自由基，引起包括脂质过氧化在内一系列自由基反应。过剩的自由基对人体的健康是有害的，能够导致细胞结构改变和功能破坏，甚至引起癌症、衰老及心血管等许多疾病。实验证明，黄酮类化合物对经自由基、超氧阴离子均有良好清除作用，而且其抗氧活性与羟基数量有关，清除自由基活性与b 环上羟基数目直接相关，随b 环上羟基数目的增加而增加，特别是c 3 羟基尤为重要。z i e l i n k a 等人【m 】通过健康人体白细胞分叶核的中性粒细胞离体实验研究，发现槲皮素可减少中性粒细胞过氧化氢。由于槲皮素能清除氧自由基，对于由过氧化氢导致许多疾病均有一定作用。最近研究还发现，槲皮素可抑制肾脏非酶糖化及氧化损害，从而延缓肾病变进一步发展【l 。其作用机理是槲皮素与超氧阴离子络合从而减少氧自由基产生；与c u ( i i ) 、f e ( ) 及m n ( i i ) 离子结合影响金属离子的体内平衡，从而改变细胞内氧化状态而实现；抑制醛糖还原酶。减少n a d p h 的消耗，从而提高机体抗氧化能力“。2 2 对内毒素急性肺损伤a l i 保护作用全身炎症反应综合症( s i r s ) 是导致多脏器功能衰竭综合症( m o d s ) 的根本原因，当患上a l i 时，大量的p m n 在肺内积压，导致肺微血管通透性增加，微血栓形成、肺水肿及肺泡上皮广泛损伤。肺组织匀浆髓过氧化物酶( m p o ) 是位于p m n 中的一种酶，其活性可间接反映炎症部位中p m n 的数目。此外，它可催化超氧阴离子与过氧化氢反应生成活性最强氧自由基一经自由基，从而对细胞造成严重损伤。l a t agm e n o n i 珏l 证明槲皮素可抑制促炎介质过度释放，阻止p m n 在肺内积压，减轻肺水肿的病理改变，显著改善肺气体交换功能。2 3 消炎作用肠道受到感染时，肠道受病原微生物及其毒素刺激，化学性炎症介质和乙酰胆碱的分泌增加，作用于肠道胆碱能受体后使肠道蠕动加速，水、食物中营养物质和电解质等在肠道停留时间缩短，来不及完全吸收就被排除体外从而引起腹泻。实验表明，槲皮素能抑制回肠乙酰胆碱的释放【1 4 l ，拮抗激动剂乙酰胆碱引起回肠收缩反应，抑制其自发收缩从而抑制小肠推进功能。槲皮素具有一定的抗炎活性，通过改变肠粘膜和腹腔毛细血管的通透性，减少肠道水分和电解质分泌，达到止泻的目的。槲皮素抗炎活性与其较强抗氧化作用有关，当患有肠炎时，化学性物质刺激不仅引起肠道痉挛，而且会引起肠系膜微循环小血管痉挛、囊状扩张：肠系膜血液循环障碍，使肠组织缺血、充血和水肿。缺血产生过量氧自由基