室温离子液体中自由基对DNA损伤作用的电化学研究及其应用

摘要

DNA作为生物遗传信息贮存的中心，控制着细胞的增殖与分化，许多疾病及衰老等生物过程与自由基对DNA的损伤作用有着密切的关系，寻找合适体系研究损伤作用，监测损伤过程，这对阐述疾病及衰老等生物过程的发生机制从而研究其防治对策具有极其重要的指导意义。
　　 室温离子液体作为一类新型的绿色非水电解质，具有一系列独特的电化学特性：高的离子导电性、宽的电化学窗口、不易挥发、粘度大、不可燃性、对多种无机物和有机物表现出好的溶解能力、具有良好的化学和热力学稳定性等等。以室温离子液体为非水溶剂，研究自由基的产生机理，考察了自由基对DNA的损伤，并用所建立的电化学方法研究抗氧化剂对DNA损伤的抑制作用，为药物的筛选和分析提供理论依据。以导电性好的室温离子液体作为粘附剂制备碳糊电极，可以增加碳糊电极的电化学性能，扩展其应用范围。
　　 本论文研究的主要内容包括以下四个方面：
　　 (1)合成N,N'-二烷基取代的咪唑阳离子和PF6-阴离子组成的对水和空气稳定的室温离子液体，并对其结构和性能进行表征；选择能较好地保持自由基等不稳定活性物种的寿命、具有较好的生物亲和性、能较好地溶解某些生物小分子、有较宽的电位窗口的室温离子液体，以满足电化学研究的要求。
　　 (2)以合成的室温离子液体为介质，研究了Fenton试剂在离子液体中产生羟自由基的机理，并用电子顺磁共振谱证实了羟自由基的产生。利用干燥吸附法制备DNA.修饰玻碳电极，以Co(bpy)33+为电化学探针，采用方波伏安法研究羟自由基对DNA损伤前后Co(bpy)33+的电流变化，探讨了DNA损伤的程度和作用的机理。随着浸泡时间的增加，Co(bpy)33+的氧化峰电流逐渐减小，说明损伤程度逐渐变大。DNA损伤的机理是Fe2+先与DNA结合，再参与到Fenton反应中。通过这种方法，建立了室温离子液体中研究羟自由基对DNA损伤的电化学方法。
　　 (3)以芦丁、芦荟大黄素和抗坏血酸等抗氧化剂为研究对象，采用上面所建立的电化学方法，研究它们对羟自由基所引发的DNA损伤的抑制作用。结果表明这三种物质在一定的浓度范围内，对DNA损伤均有抑制作用，并比较了它们抗氧化性的大小。初步建立了抗氧化剂等药物筛选的方法。三种物质的抗氧化机理是：芦丁是先与Fe2+形成复合物，再与DNA结合，达到抑制DNA损伤的目的，而芦荟大黄素、抗坏血酸能够直接清除生成的羟自由基。过氧化氢酶通过催化降解H2O2，对羟自由基引发的DNA损伤发挥抑制作用。
　　 (4)利用室温离子液体和石蜡油的混合物作粘附剂，将碳粉分散在粘附剂中混合均匀呈糊状，填入中空的电极中制备性能优良的室温离子液体碳糊电极。采用扫描电子显微镜和电化学法对室温离子液体碳糊电极进行了表征和研究，并与传统的碳糊电极进行了比较。结果表明，与传统的碳糊电极相比，室温离子液体碳糊电极电化学性能明显地提高。这是因为室温离子液体作为粘附剂，能有效地促进电极与被测物质之间的电子传递。采用循环伏安法和差分脉冲伏安法，研究了芦丁在DNA修饰是室温离子液体碳糊电极和芦荟大黄素在室温离子液体碳糊电极上的电化学行为，并对这些物质的一些电化学参数进行了计算。