Изобретение относится к новым соединениям, а именно к комплексам лантанидов, проявляющим люминесцентные свойства, а также к способам определения концентрации глюкозы с их использованием.
Известно, что координационные соединения (КС) лантанидов с органическими лигандами часто проявляют люминесцентные свойства, в том числе при фотовозбуждении.
При этом, как правило, изначально переходит в возбужденное состояние органический лиганд, после чего энергия передается на ион лантанида, который люминесцирует. В связи с этим за счет большего поглощения лиганда, чем лантанида, часто использование органических лигандов позволяет повысить интенсивность люминесценции КС лантанидов по сравнению с неорганическими соединениями, такими как нитраты или хлориды [1].
В качестве органических лигандов могут быть использованы лиганды разных классов, например, ароматические карбоксилаты, бета-дикетонаты, феноляты, пиразолонаты, основания Шиффа [2-4].
Известны комплексы лантанидов, в том числе биметаллические, с ароматическими карбоксилат-анионами, содержащими фрагмент -B(OH)2, проявляющие люминесцентные свойства, а именно [Ln2(L1)4(C7O4H6B)2⋅4H2O] (Ln=Eu, Gd, Tb, Dy) [5], Ln(L3)3(H2O)2 (где Ln=La или Ce) [6].
Фундаментальные особенности люминесценции ионов лантанидов, такие как большое время жизни возбужденного состояния и узкие полосы люминесценции в видимом диапазоне делают координационные соединения лантанидов чрезвычайно интересными для исследования и возможного применения в качестве люминесцентных материалов, в частности, сенсоров. Люминесцирующие комплексные соединения лантанидов находят широкое применение в качестве сенсоров на химические вещества, температуру, а также в люминесцентной биовизуализации.
Сенсоры на глюкозу чрезвычайно востребованы в связи с распространенностью сахарного диабета.
Глюкометры сегодня встречаются повсеместно, однако распространение пока нашли только методики, основанные на инвазивном вмешательстве.
Наиболее распространенными на сегодняшний день являются сенсоры на основе глюкозоксидазы с помощью ферментативных и неферментативных электрохимических реакций. Чаще всего применяют специфичный к β-D-глюкозе фермент глюкозооксидазу (GOx), катализирующую окисление глюкозы до глюконолактона. В ходе реакции кофермент (флавинаденинмононуклеотид) переходит в восстановленную форму (флавинадениндинуклеотид).
Оптический метод детектирования глюкозы обычно включает применение флуорофоров. В существующих технологиях оно основано на принципах стереохимического сродства, согласно которым глюкоза и флуорофор конкурируют за взаимодействие с сайт-специфическим для обоих лигандов рецептором [7]. В качестве рецептора может применяться, например, конкавалин А (Кон А), что обусловлено наличием у него четырех сайтов связывания глюкозы. Применяется специальная тест полоска, на которую наносится капля крови, в том месте начинается реакция и цвет полоски изменяется, по спектру можно оценить уровень глюкозы.
Оба способа требуют инвазивного вмешательства, в то же время важным является переход к неинвазивным и малоинвазивным методам.
Известен малоинвазивный глюкометр FreeStyle Libre Flash (Abbott Diabetes Care Inc., USA) [8], работа которого основана на использовании фермента глюкозоксидазы.
Еще одним, менее распространенным методом измерения концентрации глюкозы является использование люминофоров, которые способны непосредственно взаимодействовать с глюкозой, изменяя при этом люминесцентные свойства. Согласно данным литературы, связывание с глюкозой наиболее эффективно происходит с участием групп -В(ОН)2. Примером таких люминофоров являются молекулы на основе антрацена [9]. По изменению длины волны эмиссии или интенсивности при заданной длине волны возможно определение концентрации глюкозы. На практике этот способ пока не используется. Его достоинством является возможность применения мало- и неинвазивных методов измерения на его основе, а недостатком - низкая точность определения из-за широкой полосы люминесценции органического красителя.
Соединения лантанидов, узкие полосы эмиссии которых, а также постоянство их положения, делают их незаменимыми кандидатами для аналитических применений [10-12], также могут использоваться в качестве сенсоров на глюкозу. Одним из подходов является использование ап-конверсионных наночастиц, допамина и глюкозоксидазы [13]. В [14] получен композит GOx&CD@AMP/Tb-CPBA на основе ионов тербия, аденозинмонофосфата (AMP), глюкозооксидазы (GOx) и углеродных точек (CD) с двойным излучением для рациометрического определения глюкозы.
Композиты на основе металл-органических каркасов (МОК) и глюкозоксидазы также могут быть использованы для детектирования глюкозы, как например в [15].
К потенциальным недостаткам первого способа можно отнести низкую интенсивность люминесценции, ограниченную низкой эффективностью ап-конверсионной люминесценции, а к достоинствам - возможность возбуждать ИК излучением, безвредным для человека. Во втором случае двойное излучение достигается за счет узкой полосы иона тербия и второй широкой полосы. Использование широкой полосы снижает точность определения.
Отметим также, что во всех варианта используют глюкозоксидазу, высокая стоимость которой существенно увеличивает стоимость сенсора. Работ по использованию в качестве сенсоров на глюкозу комплексов лантанидов без использования глюкозоксидазы, нами не выявлено
На рынке глюкометров устройств на основе люминофора нет.
Технической задачей, на решение которой направлено представленное изобретение, является расширение арсенала люминесцирующих комплексов лантанидов и способов определения концентрации глюкозы.
Поставленная задача решена тем, что получены карбоксилаты лантанидов, в том числе гетерометаллические, общей формулы:
Ln(L)3(Phen)n(H2O)х,
где Ln=Gd, EumTb1-m,
при m=0…1
L-=C6B(OH)2R1R2R3R4COO-,
n=0 или 1
х=0-4
и каждый из R1, R2, R3, R4=H или галоген, или арил, или замещенный арил, или B(OH)2, или алкил,
Phen=о-фенантролин
проявляющие люминесцентные свойства,
Поставленная задача решена также тем, что предложен способ определения концентрации глюкозы в водном растворе, включающий подготовку образцов сравнения, представляющих собой водные растворы глюкозы в известных концентрациях, добавление реагента в образцы сравнения, измерение зависящего от концентрации параметра и построение градуировочной зависимости, измерение зависящего от концентрации параметра в контрольном образце и определение концентрации глюкозы по градуировочной зависимости, отличающийся тем, что в качестве зависящего от концентрации параметра используют соотношение интегральных интенсивностей полос люминесценции с максимумами при 545 нм и 612 нм, полученных путем интегрирования каждого спектра люминесценции в диапазонах 530-560 нм и 600-630 нм, соответственно, а в качестве реагента используют вышеуказанный комплекс при Ln=EumTb1-m где 0<m<1, или в качестве зависящего от концентрации параметра используют время жизни возбужденного состояния, а в качестве реагента используется вышеуказанный комплекс при Ln=EumTb1-m где m=0…1.
При этом, реагент может быть использован, например, в виде водной суспензии или в виде композита внутри гидрогеля, или в виде порошка, нанесенного на силикагель, или в виде пленки, нанесенной на подложку.
Заявляемые карбоксилаты лантанидов могут быть получены любым удобным способом, например, при взаимодействии гидроксида лантанида и соответствующей кислоты в органической среде. Синтез проводят при взаимодействии избытка свежеосажденного гидроксида лантанида с суспензией соответствующей кислоты в органической среде.
При этом происходит растворение гидроксида за счет комплексообразования.
Нерастворенный избыток исходного гидроксида отфильтровывают, а прозрачный раствор быстро упаривают досуха на роторном испарителе.
Также комплексы могут быть получены по обменной реакции хлоридов лантанидов и карбоксилата щелочного металла:
Комплексы с фенантролином могут быть получены, например, при взаимодействии водных растворов LnL3(H2O)х и фенантролина.
Также они могут быть получены по следующим реакциям:
Описание фигур
Фиг. 1 - Спектры люминесценции комплекса Gd(L1)3(H2O)4 в воде и в водном растворе глюкозы (5%)
Фиг. 2 - Спектры люминесценции комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L2)3Phen в 3мМ и 10 мМ растворе глюкозы
Фиг. 3 - Соотношение интегральных интенсивностей полос люминесценции европия и тербия для комплексов (TbxEu1-x)(L2)3(H2O)3 в зависимости от (1-x)/x.
Фиг. 4 - Спектры люминесценции суспензии комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L3)3Phen в воде и водном растворе глюкозы (5%).
Фиг. 5 - Спектры люминесценции пленки комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L3)3Phen, нанесенной из ацетона, в воде и водном растворе глюкозы (5%).
Фиг. 6 - Спектры люминесценции пленки комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L3)3Phen, нанесенной из ДМСО, в воде и водном растворе глюкозы (5%).
Фиг. 7 - Соотношение интегральных интенсивностей полос люминесценции европия и тербия для комплексов (TbxEu1-x)(L3)3(H2O)3 в зависимости от (1-x)/x.
Фиг. 8 - Соотношение интегральных интенсивностей полос люминесценции европия и тербия для комплексов (TbxEu1-x)(L4)3(H2O)3 в зависимости от (1-x)/x.
Фиг. 9 - Соотношение интегральных интенсивностей полос люминесценции европия и тербия для комплексов (TbxEu1-x)(L5)3(H2O)3 в зависимости от (1-x)/x.
Фиг. 10 - Спектры люминесценции (Tb0.99Eu0.01)(L1)3Phen в воде и водном растворе глюкозы (5%).
Фиг. 11 - Зависимость соотношения интегральных интенсивностей полос люминесценции европия и тербия для комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L1)3Phen от концентрации глюкозы - калибровочная кривая. Чувствительность полученного материала к присутствию глюкозы.
Фиг. 12 - Определение концентрации глюкозы в анализируемом образце по калибровочной кривой
Фиг. 13 - Зависимость времени жизни европия в (Tb0.99Eu0.01)(L1)3Phen от концентрации глюкозы - калибровочная кривая
Следующие примеры конкретного исполнения иллюстрируют заявленное изобретение, но не ограничивают его.
Примеры:
нм
Найдено: C, 34.81; H, 3.55;
Найдено: C, 47.58; H, 3.21; N, 3.29;
Найдено:
C, 47.83; H, 3.21; N, 3.44;
Найдено: C, 47.49; H, 3.18; N, 3.32;
Найдено: C, 42.31; H, 2.44; N, 2.97;
Найдено: C, 31.65; H, 2.63;
Найдено: C, 31.51; H, 2.59;
Найдено: C, 31.39; H, 2.63;
Найдено: C, 47.46; H, 3.15; N, 3.31;
Найдено: C, 35.76; H, 3.40
Найдено: C, 35.93; H, 3.49
Найдено: C, 35.98; H, 3.39
Найдено: C, 35.90; H, 3.40
Найдено: C, 20.61; H, 2.79
Найдено: C, 20.64; H, 2.80
Найдено: C, 20.70; H, 2.76
Найдено: C, 20.72; H, 2.71
Найдено: C, 21.58; H, 2.88
Найдено: C, 21.62; H, 2.86
Найдено: C, 21.61; H, 2.82
Найдено: C, 24.48; H, 3.64;
Найдено: C, 25.03; H, 3.71;
Найдено: C, 28.64; H, 4.34
Найдено: C, 29.08; H, 4.39;
Найдено: C, 20.02; H, 3.13;
Найдено: C, 36.43; H, 3.32;
Найдено: C, 34.95; H, 3.02;
Найдено: C, 42.67; H, 3.40;
В табл. 1 и далее по тексту использованы следующие обозначения:
Номера комплексов в примерах приведены согласно их порядковому номеру в таблице 1.
Во всех примерах
- состав целевого продукта устанавливают по совокупности данных элементного анализа (VarioMicroCube, Elementar, Германия), термического анализа (термоанализатор STA 409, фирма NETZSCH, Германия, в диапазоне температур 20-1000°C в токе аргона, скорость нагрева 10°/мин, начальная масса ~5 мг), протонного магнитного резонанса (Avance-400, Bruker);
- наличие и область люминесценции устанавливают путем регистрации спектров люминесценции при возбуждении длиной волны 280 нм на люминесцентном спектрометре Fluoromax Horiba Jobin Yvon в видимой области.
1. Получение комплексов
1.1 Комплекс 1 [Gd(L1)3(H2O)4] получают в соответствии со схемой (I) следующим образом.
К раствору 1.1 ммоль хлорида гадолиния в 10 мл воды прикапывают стехиометрическое количество водного раствора аммиака. Выпавший гидроксид гадолиния центрифугируют, трехкратно промывают водой и переносят в стакан с раствором 3 ммоль кислоты HL1 в 10 мл воды. Реакционную смесь оставляют на магнитной мешалке на сутки, при этом происходит растворение за счет комплексообразования. Нерастворенный избыток исходного гидроксида гадолиния отфильтровывают на бумажном фильтре, прозрачный раствор упаривают досуха на роторном испарителе (30 мин, водоструйный насос, 60°С). Продукт собирают и сушат на воздухе (сутки).
Аналогичным образом, используя хлориды соответствующих лантанидов или смеси хлоридов в указанных соотношениях, а также соответствующие кислоты, получают комплексы (номер по порядку, в таблице) 6-8, 10-28.
1.2 Комплекс 4 [(Tb0.99Eu0.01)(L1)3Phen] получают в соответствии со схемой (IV) следующим образом.
К раствору 1.1 ммоль смеси хлоридов тербия и европия в соотношении 99:1 в 10 мл воды приливают стехиометрическое количество водного раствора фенантролина, а затем водного раствора карбоксилата калия, полученного in situ растворением HL1 в водном растворе КОН. Выпавший разнолигандный карбоксилат РЗЭ фильтруют и сушат на воздухе (сутки).
Аналогичным образом получают комплексы 2, 3, 5.
1.3 Комплекс 9 [(Tb0.99Eu0.01)(L3)3Phen] получают в соответствии со схемой (III) следующим образом.
1 ммоль трис-карбоксилата, полученного в соответствии со схемой (I), растворяют в 10 мл воды и приливают стехиометрическое количество водного раствора фенантролина. Выпавший разнолигандный карбоксилат фильтруют и сушат на воздухе (сутки).
Состав полученных продуктов и их люминесцентные свойства приведены в табл. 1.
Полученные результаты показывают, что все полученные комплексы проявляют явно выраженные люминесцентные свойства, при этом комплексы гадолиния проявляют широкополосную люминесценцию лиганда, а комплексы тербия, европия и тербия-европия демонстрируют типичную узкополосную ионную люминесценцию соответствующих ионов.
Особенный интерес представляют комплексы 4 [(Tb0.99Eu0.01)(L1)3Phen] и 5 [(Tb0.99Eu0.01)(L2)3Phen], которые демонстрируют достаточно высокие квантовые выходы: 17% и 11% (соответственно).
2. Исследование зависимости люминесцентных характеристик комплексов от концентрации глюкозы в растворе.
Во всех примерах:
- спектр люминесценции регистрируют при возбуждении длиной волны 280 нм на люминесцентном спектрометре Fluoromax Horiba Jobin Yvon в видимой области;
- измерение интегральной интенсивность полос люминесценции ионов тербия и европия с максимумами при 545 нм и 612 нм осуществляют путем интегрирования каждого спектра люминесценции в диапазонах 530-560 нм и 600-630 нм, соответственно. Области интегрирования показаны прямоугольниками на фиг.2;
- время жизни люминесценции определяют из кривых затухания люминесценции, зарегистрированных для длины волны 545 нм (в случае времени жизни тербия) или 612 нм (в случае времени жизни европия) при возбуждении длиной волны 280 нм на люминесцентном спектрометре Fluoromax Horiba Jobin Yvon.
2.1 Комплекс 1 [Gd(L1)3(H2O)4]
Готовят суспензию комплекса Gd(L1)3(H2O)4 в воде и в 5% водном растворе глюкозы.
Для этого навеску комплекса (5 мг) помещают в стакан, содержащий 0,5 мл воды или 5% водный раствор глюкозы и выдерживают на ультразвуковой бане в течение 10 мин. Регистрируют спектры люминесценции полученных суспензий
В воде наблюдается полоса люминесценции с максимумом при 445 нм, тогда как в растворе глюкозы полоса смещается на 21 нм до 424 нм (фиг. 1).
Таким образом, полученные результаты показывают, что для комплекса Gd(L1)3(H2O)4 присутствие глюкозы в растворе влияет на положение максимума полосы люминесценции.
2.2 Комплекс 5 [(Tb0.99Eu0.01)(L2)3Phen]
Получают суспензии комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L2)3Phen в водных растворах глюкозы концентрацией 3 мМ и 10 мМ. и регистрируют спектры люминесценции полученных суспензий.
Путем интегрирования каждого спектра люминесценции в диапазонах 530-560 нм и 600-630 нм, соответственно, определяют интегральную интенсивность полос люминесценции иона европия и иона тербия.
На фиг. 2 приведены спектры люминесценции комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L2)3Phen в 3мМ и 10 мМ растворах глюкозы, нормированные на интенсивность полосы при 545 нм.
Показано, что при возрастании концентрации глюкозы с 3 мМ до 10 мМ наблюдается убывание интегральной интенсивности полосы люминесценции иона европия (при 612 нм) относительно иона тербия (545 нм).
2.3 Комплексы 6-8 [(TbxEu1-x)(L2)3(H2O)3 при х=0,05; 0,1 и 0,2]
Для проведения исследования комплексы 6-8 используют в виде порошка, нанесенного на полоску силикагеля.
Для подготовки образца готовят раствор комплекса в воде (10 г/л), наносят по 10 капель раствора на полоску силикагеля и высушивают ее при на воздухе при комнатной температуре.
Полоску силикагеля с нанесенным порошком комплекса опускают в воду или в 5% водный раствор глюкозы. После прохождения фронта жидкости через порошок полоску достают, полностью высушивают и регистрируют спектры люминесценции.
Для каждого спектра измеряют интегральную интенсивность полос люминесценции иона европия относительно иона тербия и рассчитывают их отношение, которое обозначается как LIR.
На фиг. 3 приведено соотношение интегральных интенсивностей (LIR) в воде и водном растворе глюкозы для комплексов (TbxEu1-x)(L2)3(H2O)3 при х=0,05; 0,1 и 0,2
Полученные результаты показывают, что для всех значений х величина LIR зависит от концентрации глюкозы в растворе.
2.4 Комплекс 9 [(Tb0.99Eu0.01)(L3)3Phen]
Зависимость люминесцентных характеристик комплекса от концентрации глюкозы определяют как описано в примере 2.2. для образцов комплекса, представленных в разных формах
а) суспензия комплекса в растворе
Суспензию комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L2)3Phen в воде и в 5% водном растворе глюкозы готовят как описано в примере 2.2
На фиг. 4 приведены спектры люминесценции комплекса в воде и в 5% водном растворе глюкозы, нормированные на интенсивность полосы при 545 нм
б) пленка комплекса, нанесенная из ацетона на подложку
Готовят насыщенный раствор (Tb0.99Eu0.01)(L3)3Phen в ацетоне. Каплю раствора (0.2 мл) наносят на стекло и высушивают на воздухе. Полученную пленку опускают в воду и 5% водный раствор глюкозы и регистрируют спектры люминесценции. Результаты представлены на фиг. 5.
в) пленка комплекса, нанесенная из ДМСО на подложку
Готовят раствор (Tb0.99Eu0.01)(L3)3Phen с концентрацией 5 г/л в ДМСО, наносят каплю раствора (0.2 мл) на стекло и высушивают на воздухе. Полученную пленку опускают в воду и 5% водный раствор глюкозы. Результаты представлены на фиг. 6.
Полученные результаты показывают, что для всех форм образцов при переходе от воды к водному раствору глюкозы наблюдается снижение полосы люминесценции иона европия (612 нм) относительно иона тербия (545 нм).
2.5 Комплекс 9 [(Tb0.99Eu0.01)(L3)3Phen]
Образец комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L3)3Phen готовят в форме пленки комплекса, нанесенного из ДМСО на подложку в соответствии с примером 2.4в.
Измеряют время жизни возбужденного состояния европия в воде и в 5% растворе глюкозы. Время жизни существенно изменяется - 263 мкс в воде и 115 мкс в 5% водном растворе глюкозы.
2.6 Комплекс 9 [(Tb0.99Eu0.01)(L3)3Phen]
Для проведения исследования комплекс 9 используют в виде композита комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L3)3Phen внутри гидрогеля.
Исследуемый образец готовят следующим образом.
В 10 мл фосфатного буфера (pH=7,4) растворяют 3,72 мг трилона-Б (ЭДТА динатриевая соль дигидрат). В 5 мл полученного 1 мМ раствора растворяют 2,685 г акриламида и 53,7 мг метилен-бис-акриламида, а в оставшихся 5 мл растворяют 161 мг персульфат калия, который используют в качестве активатора реакции. Растворы смешивают. В полученную смесь добавляют навеску комплекса 15 мг перемешивают и выдерживают в термостате при 60 С в течение 30 минут. Происходит полимеризация, и образуется гель.
Полученный гидрогель помещают в воду и в водный раствор глюкозы (5%), регистрируют спектры люминесценции и рассчитывают интегральные интенсивности полос люминесценции с максимумами при 545 нм и 612 нм. Полученные результаты показывают, что в растворе глюкозы наблюдается снижение интегральной интенсивности люминесценции европия (600-630 нм) относительно тербия (530-560 нм).
2.7 Комплексы 10-13 [(TbxEu1-x)(L3)3(H2O)3 при х=0,5; 0,3; 0,25 и 0,2]
Полоски с силикагелем готовят как описано в примере 2.3.
Для каждого спектра измеряют интегральную интенсивность полос люминесценции иона европия относительно иона тербия и рассчитывают LIR.
Полученные результаты показывают, что соотношение интенсивностей (LIR) в воде и водном растворе глюкозы различно (Фиг. 7).
2.8 Комплексы 14-17 [(TbxEu1-x)(L4)3(H2O)3 при х=0,5; 0,3; 0,25 и 0,2]
Полоски с силикагелем готовят как описано в примере 2.3.
Для каждого спектра измеряют интегральную интенсивность полос люминесценции иона европия относительно иона тербия и рассчитывают LIR.
Полученные результаты показывают, что соотношение интенсивностей (LIR) в воде и водном растворе глюкозы различно (Фиг. 8).
2.9 Комплексы 18-20 [(TbxEu1-x)(L5)3(H2O)3 при х=0,05; 0,1; и 0,2]
Полоски с силикагелем готовят как описано в примере 2.3.
Для каждого спектра измеряют интегральную интенсивность полос люминесценции иона европия относительно иона тербия и рассчитывают LIR.
Полученные результаты показывают, что соотношение интенсивностей (LIR) в воде и водном растворе глюкозы различно (Фиг. 9).
3 Определение концентрации глюкозы в растворе
3.1 Способ определения концентрации глюкозы по соотношению интегральных интенсивностей полос люминесценции с максимумами при 545 нм и 612 нм
Готовят образцы сравнения, представляющие собой водные растворы глюкозы в известных концентрациях (0-10 ммоль/л).
В аликвоту каждого из образцов сравнения объемом 1 мл вводят 5 мг комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L1)3Phen и готовят суспензию.
Для каждой суспензии измеряют спектр люминесценции в диапазоне 470-670 нм при возбуждении 280 нм (фиг.10).
Определяют интегральную интенсивность полос люминесценции с максимумами при 545 нм и 612 нм путем интегрирования каждого спектра люминесценции в диапазонах 530-560 нм и 600-630 нм, соответственно, и рассчитывают их отношение (LIR).
Строят градуировочный график зависимости LIR от концентрации глюкозы (ммоль/л) в образцах сравнения (фиг. 11).
Известно, что при различных видах анализа логарифмическая производная зависимого параметра часто используется как характеристика чувствительности сенсорного материала, поскольку она чувствительна к малозаметным вариациям калибровочной кривой [16].
Из полученной зависимости рассчитывают чувствительность (S) люминесценции к присутствию глюкозы как логарифмическую производную от LIR:
Максимальная чувствительность составила S=57%/мМ при 4 мМ (фиг. 11), что является высоким показателем.
В контрольный раствор глюкозы в воде объемом 1 мл, вводят навеску комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L1)3Phen массой 5 мг и готовят суспензию.
Измеряют спектр люминесценции, определяют интегральную интенсивность полос люминесценции с максимумами при 545 нм и 612 нм и рассчитывают соотношение полученных интегральных интенсивностей, которое составляет LIR=1.9.
Используя градуировочный график (фиг. 12) определяют концентрацию глюкозы в контрольном растворе, которая составляет 3.5 ммоль/л.
Концентрация глюкозы в контрольном образце, определенная с помощью глюкометра Akku-Chek Performa (Roche) составляет 3.3 ммоль/л. Значения совпадают с высокой точностью.
3.2 Способ определения концентрации глюкозы путем измерения времени жизни возбужденного состояния европия.
Образцы сравнения комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L1)3Phen готовят как описано в примере 3.1
Для каждого образца измеряют время жизни возбужденного состояния европия на длине волны 612 нм при возбуждении 280 нм и строят градуировочный график зависимости времени жизни от концентрации глюкозы (ммоль/л) в образцах сравнения (фиг. 13).
В контрольный раствор глюкозы в воде объемом 1 мл, вводят навеску комплекса (Tb0.99Eu0.01)(L1)3Phen массой 5 мг. Проводят измерение времени жизни европия в контрольном растворе. Время жизни равно 0.60 мс.
С использованием градуировочного графика определяют концентрацию глюкозы в этом растворе, которая составляет 6.0 ммоль/л.
Концентрация глюкозы в контрольном образце, определенная с помощью глюкометра Akku-Chek Performa (Roche) составляет 6.2 ммоль/л. Значения совпадают с высокой точностью.
Таким образом, проведенные исследования показали, что полученные комплексы лантанидов, содержащие в качестве заместителя группу -B(OH)2 люминесцируют, в воде и водном растворе глюкозы, причем люминесценция комплексов тербия и европия представляет собой ионную люминесценцию соответствующего лантанида, сенсибилизированную органическим лигандом;
Показано, что в присутствии глюкозы характер люминесценции ряда заявленных комплексов меняется, что позволяет использовать их как для люминесцентного малоинвазивного определения глюкозы непосредственно в крови, аналогично тому, как это делается в глюкометре FreeStyle Libre на основе глюкозоксидазы, так и для неинвазивного детектирования глюкозы в различных биологических жидкостях (пот, глазная жидкость). При этом, предложенные методы детектирования не требуют использования глюкозоксидазы или других дорогостоящих реактивов.
Среди полученных соединений наиболее интересным является комплекс (Tb0.99Eu0.01)(L1)3Phen (L1=ортоборбензойная кислота), обладающий как высокой интенсивностью ионной фотолюминесценции (квантовый выход QY=17%), так и высокой чувствительностью к присутствию глюкозы (максимальная чувствительность составила 57%/мМ при 4 мМ).
Мы предполагаем, что в основе механизма, приводящего к высокой чувствительности, лежит взаимодействие группы -В(ОН)2 в составе лиганда с глюкозой, что приводит к изменению энергии возбужденного состояния лиганда. В результате это приводит к сдвигу полосы люминесценции (в случае КС гадолиния) или к изменению эффективности сенсибилизации тербия и европия этим лигандом, что приводит к изменению их люминесцентных свойств.
Для подтверждения этого предположения были получены (в соответствии со схемой (II)) биметаллические карбоксилаты, не содержащие группу В(ОН)2 в составе лиганда (комплексы 29-32), и исследованы их люминесцентные свойства в воде и в 5% водном растворе глюкозы.
Исследования показали, что в отсутствие группы В(ОН)2 в составе лиганда люминесцентные свойства комплексов практически нечувствительны к присутствию глюкозы.
Список литературы
1. Bunzli J.C.G., Eliseeva S.V. Basics of Lanthanide Photophysics. Springer Ser Fluoresc Springer-Verlag, 2010. Vol. 10. P. 1-45.
2. Utochnikova V.V., Kuzmina N.P. Photoluminescence of lanthanide aromatic carboxylates // Russ. J. Coord. Chem. Khimiya. 2016. Vol. 42, № 10.
3. Halcrow M.A. The synthesis and coordination chemistry of 2,6-bis(pyrazolyl)pyridines and related ligands - Versatile terpyridine analogues // Coordination Chemistry Reviews. Elsevier, 2005. Vol. 249, № 24. P. 2880-2908.
4. Xu H. et al. Electroluminescence from europium(III) complexes // Coord. Chem. Rev. Elsevier B.V., 2015. Vol. 293-294. P. 228-249.
5. Abdallah A. et al. A new series of lanthanide-based complexes with a bis(hydroxy)benzoxaborolone ligand: synthesis, crystal structure, and magnetic and optical properties // CrystEngComm. The Royal Society of Chemistry, 2020. Vol. 22, № 11. P. 2020-2030.
6. Volpe A. et al. Light-Driven Water Oxidation with the Ir-blue Catalyst and the Ru(bpy)32+/S2O82- Cycle: Photogeneration of Active Dimers, Electron-Transfer Kinetics, and Light Synchronization for Oxygen Evolution with High Quantum Efficiency // Inorg. Chem. American Chemical Society, 2019. Vol. 58, № 24. P. 16537-16545.
7. Oliver N.S. et al. Glucose sensors: A review of current and emerging technology // Diabetic Medicine. 2009.
8. FreeStyle Libre Flash [Electronic resource]. URL: https://www.freestylelibre.ru/libre/products/sensors.html
9. Heo Y.J. et al. Long-term in vivo glucose monitoring using fluorescent hydrogel fibers // Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 2011.
10. Bünzli J.C.G. Luminescence Bioimaging with Lanthanide Complexes // Luminescence of Lanthanide Ions in Coordination Compounds and Nanomaterials. Wiley Blackwell, 2014. Vol. 9781119950837. P. 125-196.
11. Bünzli J.C.G. et al. New Opportunities for Lanthanide Luminescence // J. Rare Earths. 2007. Vol. 25, № 3. P. 257-274.
12. Bünzli J.C.G., Piguet C. Lanthanide-containing molecular and supramolecular polymetallic functional assemblies // Chem. Rev. American Chemical Society , 2002. Vol. 102, № 6. P. 1897-1928.
13. Liu Y. et al. A strategy for accurate detection of glucose in human serum and whole blood based on an upconversion nanoparticles-polydopamine nanosystem // Nano Res. 2018.
14. Gao J., Wang C., Tan H. Lanthanide/nucleotide coordination polymers: An excellent host platform for encapsulating enzymes and fluorescent nanoparticles to enhance ratiometric sensing // J. Mater. Chem. B. 2017.
15. Dong W. et al. Metal-organic framework MIL-53(Fe): Facile microwave-assisted synthesis and use as a highly active peroxidase mimetic for glucose biosensing // RSC Adv. 2015.
16. Renard P., Glenz D., Mejias M. Understanding diagnostic plots for well-test interpretation // Hydrogeol. J. Springer, 2009. Vol. 17, № 3. P. 589-600.
| название | год | авторы | номер документа |
|---|---|---|---|
| 2-(ТОЗИЛАМИНО)БЕНЗИЛИДЕН-N-АЛКИЛ(АРИЛ, ГЕТАРИЛ)АМИНАТЫ ЛАНТАНИДОВ, ПРОЯВЛЯЮЩИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА | 2014 |
|
RU2586096C2 |
| ФТОРЗАМЕЩЕННЫЕ БЕНЗОАТЫ ЛАНТАНИДОВ, ПРОЯВЛЯЮЩИЕ ЛЮМИНЕСЦЕНТНЫЕ СВОЙСТВА В ВИДИМОМ И ИК ДИАПАЗОНЕ | 2015 |
|
RU2605746C1 |
| Разнолигандные фторзамещенные ароматические карбоксилаты лантанидов, проявляющие люминесцентные свойства, и органические светодиоды на их основе | 2017 |
|
RU2657496C1 |
| Пиразолкарбоксилаты лантанидов, проявляющие люминесцентные свойства в видимом диапазоне | 2017 |
|
RU2663671C2 |
| ОРГАНИЧЕСКИЕ СВЕТОДИОДЫ НА ОСНОВЕ КООРДИНАЦИОННЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЛАНТАНИДОВ И СПОСОБ ИХ ПОЛУЧЕНИЯ | 2022 |
|
RU2804718C1 |
| 9-антраценаты лантанидов, проявляющие люминесцентные свойства, и органические светодиоды на их основе | 2015 |
|
RU2626824C2 |
| Разнолигандные комплексные соединения тербия с фенантролином, интенсивность люминесценции которых зависит от температуры | 2014 |
|
RU2620117C2 |
| Способ получения эмиссионного слоя на основе соединений редкоземельных элементов и органический светоизлучающий диод | 2017 |
|
RU2657497C1 |
| Пиразоло[1,5-а]пиримидинкарбоксилаты гадолиния и органические светодиоды на их основе | 2017 |
|
RU2671964C1 |
| СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО РАТИОМЕТРИЧЕСКОГО ТЕРМОИНДИКАТОРА | 2022 |
|
RU2782188C1 |
Группа изобретений может быть использована при определении концентрации глюкозы в водных растворах с помощью люминофоров. Предложены проявляющие люминесцентные свойства комплексы карбоксилатов лантанидов общей формулы Ln(L)3(Phen)n(H2O)х, где Ln = Gd, EumTb1-m, при m = 0…1, L- = C6B(OH)2R1R2R3R4COO-, n = 0, х = 1-4 или n = 1, х = 0-4. Каждый из R1, R2, R3, R4 – H, или галоген, или арил, или фторфенил, или B(OH)2, или алкил, Phen – о-фенантролин. Предложен также способ определения концентрации глюкозы в водном растворе с использованием комплексов карбоксилатов лантанидов. Группа изобретений позволяет расширить арсенал люминесцирующих комплексов лантанидов и способов определения концентрации глюкозы. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 13 ил., 1 табл.
1. Комплексы карбоксилатов лантанидов общей формулы
Ln(L)3(Phen)n(H2O)х,
где Ln = Gd, EumTb1-m,
при m = 0…1
L- = C6B(OH)2R1R2R3R4COO-,
n = 0, х = 1-4 или n = 1, х = 0-4
и каждый из R1, R2, R3, R4 = H, или галоген, или арил, или фторфенил, или B(OH)2, или алкил,
Phen = о-фенантролин,
проявляющие люминесцентные свойства.
2. Способ определения концентрации глюкозы в водном растворе, включающий подготовку образцов сравнения, представляющих собой водные растворы глюкозы в известных концентрациях, добавление реагента в образцы сравнения и в контрольный образец, измерение зависящего от концентрации параметра и построение градуировочной зависимости, измерение зависящего от концентрации параметра в контрольном образце и определение концентрации глюкозы по градуировочной зависимости, отличающийся тем, что в качестве зависящего от концентрации параметра используют соотношение интегральных интенсивностей полос люминесценции с максимумами при 545 нм и 612 нм, полученных путем интегрирования каждого спектра люминесценции в диапазонах 530-560 нм и 600-630 нм соответственно, а в качестве реагента используют комплекс по п. 1, в котором Ln = EumTb1-m, где 0 < m < 1, а R1, R2, R3, R4 = H, или галоген, или B(OH)2, или используют время жизни возбужденного состояния тербия и/или европия, а в качестве реагента используют комплекс по п. 1, в котором Ln = EumTb1-m, где 0 ≤ m ≤ 1, а R1, R2, R3, R4 = H, или галоген, или B(OH)2.
3. Способ по п. 2, отличающийся тем, что реагент используют в виде суспензии, или в виде композита внутри гидрогеля, или в виде порошка, нанесенного на силикагель, или в виде пленки, нанесенной на подложку.
| ABDALLAH A | |||
| et al., Lanthanide-Based Coordination Polymers With 1,4-Carboxyphenylboronic Ligand: Multiemissive Compounds for Multisensitive Luminescent Thermometric Probes,Inorganic Chemistry, 2019, v | |||
| Способ окисления боковых цепей ароматических углеводородов и их производных в кислоты и альдегиды | 1921 |
|
SU58A1 |
| ПРИМЕНЕНИЕ ДВУХФОТОННО-ВОЗБУЖДАЕМОЙ ФЛУОРЕСЦЕНЦИИ В ОБЛАСТИ КЛИНИЧЕСКОЙ ХИМИИ ДЛЯ АНАЛИЗОВ КОМПОНЕНТОВ, СОДЕРЖАЩИХСЯ В КЛИНИЧЕСКОМ ОБРАЗЦЕ | 2005 |
|
RU2362987C2 |
| Разнолигандные комплексные соединения тербия с фенантролином, интенсивность люминесценции которых зависит от температуры | 2014 |
|
RU2620117C2 |
| CN 102007395 A, 06.04.2011 | |||
| ABDALLAH | |||
| A | |||
| et al., Microcrystalline | |||
