Thiết kế, tổng hợp một số sensor huỳnh quang từ dẫn xuất của cyanine và coumarin để xác định biothiol và Hg(II)

MỞ ĐẦU Glutathione (GSH), cysteine (Cys) và homocysteine (Hcy) là những hợp chất thiol đóng vai trò quan trọng trong các quá trình sinh học. Mức độ bất thường của các biothiol có liên quan đến nhiều loại bệnh như tổn thương gan, tổn thương da, Alzheimer, Parkinson, tim mạch, tiểu đường và HIV. Thủy ngân là một trong những chất gây ô nhiễm nguy hiểm và phổ biến, phát thải thông qua các hoạt động tự nhiên hoặc các hoạt động của con người, gây ảnh hưởng nghiêm trọng về sức khỏe con người bằng cách phá hoại hệ thống thần kinh trung ương và tuyến nội tiết, dẫn đến sự rối loạn về nhận thức và vận động. Vì vậy, việc xác định biothiol trong tế bào, hàm lượng thủy ngân trong các nguồn nước là rất quan trọng trong sự chẩn đoán sớm các bệnh liên quan, bảo vệ môi trường sống và hiện đang thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước. Có nhiều phương pháp đã được áp dụng phát hiện các biothiol và ion Hg(II) như phương pháp sắc ký lỏng hiệu năng cao (HPLC), phương pháp phổ khối lượng (MS), phương pháp sắc ký khí (GC), phương pháp phân tích điện hóa, phương pháp quang phổ hấp thụ phân tử (MAS) - phương pháp phân tích UV-Vis, phương pháp quang phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) và phương pháp huỳnh quang… Trong đó, phương pháp huỳnh quang có nhiều ưu điểm hơn, đó là không đòi hỏi thiết bị máy móc đắt tiền, dễ thực hiện, ít tốn kém, và áp dụng phân tích cho nhiều đối tượng, đặc biệt có thể phân tích các chất trong tế bào sống. Phương pháp huỳnh quang được Giáo sư Anthony W. Czarnik ở Đại học Quốc gia Ohio nghiên cứu và đề xuất cách tiếp cận mới trong lĩnh vực sensor quang học vào năm 1992. Với những ưu thế của phương pháp huỳnh quang, nên trong nhiều năm qua, các nghiên cứu về sensor huỳnh quang nhằm phát hiện các ion kim loại, anion, đặc biệt các phân tử sinh học luôn thu hút sự quan tâm của các nhà khoa học trong và ngoài nước với số lượng các sensor huỳnh quang mới được công bố ngày càng nhiều trên thế giới. Ở Việt Nam, việc nghiên cứu sensor huỳnh quang bắt đầu từ năm 2007 bởi tác giả Dương Tuấn Quang. Các sensor huỳnh quang đã được tác giả Dương Tuấn Quang công bố bao gồm: chemosensor phát hiện ion Fe(III), F - , Cs + và Cu(II) dựa trên calix[4]arene; chemosensor chứa vòng 1,2,3-triazole phát hiện Al(III) và chemosensor phát hiện ion Hg(II) từ dẫn xuất của chất phát huỳnh quang rhodamine. Để xác định các biothiol, các nghiên cứu đã thiết kế sensor huỳnh quang dựa trên các phản ứng đặc trưng của biothiol như phản ứng tạo vòng với aldehyde, phản ứng cộng Michael, phản ứng ghép nối peptide, phản ứng sắp xếp nhóm thế ở nhân thơm, phản ứng phân tách sulfonamide ester hoặc sulfonate ester, phản ứng phân tách disulfides. Ngoài việc sử dụng phản ứng đặc trưng của biothiol, phản ứng trao đổi phức (phức của chất huỳnh quang với ion Cu(II)…) cũng được sử dụng. Các nghiên cứu về sensor huỳnh quang phát hiện ion Hg(II) đã dựa trên các phản ứng đặc trưng của ion Hg(II) như phản ứng tách loại lưu huỳnh và đóng vòng guanidine, phản ứng chuyển đổi nhóm thiocarbonyl thành nhóm carbonyl, phản ứng tách loại thiol,…và dựa trên phản ứng tạo phức giữa ion Hg(II) với các phối tử -O,N,-S trong vòng hoặc ở mạch hở. Đến nay, nhiều chất phát huỳnh quang khác nhau đã được sử sụng để phát triển các sensor huỳnh quang. Tuy nhiên, từ những đặc tính huỳnh quang vượt trội, nên các dẫn xuất của cyanine và coumarin đã được sử dụng khá nhiều trong nghiên cứu phát triển các sensor huỳnh quang, trong đó có các sensor huỳnh quang phát hiện ion Hg(II), cũng như biothiol. Mặc dù có nhiều nỗ lực phát triển các sensor huỳnh quang để xác định các biothiol và ion Hg(II) nhưng đa phần các sensor này vẫn tồn tại một số hạn chế như sử dụng một lượng lớn dung môi hữu cơ, giới hạn phát hiện còn cao, có bước sóng phát xạ ngắn gây ảnh hưởng đến tế bào, và phản ứng giữa sensor với chất phân tích xảy ra chậm. Hiện nay, các nhà khoa học trên thế giới vẫn đang tiếp tục nghiên cứu thiết kế các sensor huỳnh quang có độ nhạy và độ chọn lọc cao để phát hiện các biothiol và ion Hg(II). Đây là hướng nghiên cứu đang được các nhà khoa học trên thế giới quan tâm rất lớn, có nhiều tiềm năng ứng dụng trong phân tích các đối tượng môi trường và trong y sinh học. Với sự phát triển và hỗ trợ mạnh của công nghệ thông tin, vì thế, hoá tính toán đã trở thành công cụ quan trọng trong nghiên cứu hoá học nói chung và nghiên cứu sensor huỳnh quang nói riêng. Nhiều tính chất lý, hoá đã được dự đoán chính xác, cũng như được làm sáng tỏ từ quá trình tính toán. Sự kết hợp hóa tính toán với nghiên cứu thực nghiệm là hướng nghiên cứu hiện đại. Bởi vì, tính toán lý thuyết nhằm định hướng cho thực nghiệm về thiết kế, tổng hợp và dự đoán đặc tính của sensor; thực nghiệm kiểm chứng, khẳng định những kết quả tính toán, trong một số trường hợp, kết quả thực nghiệm cũng định hướng cho tính toán trong việc nghiên cứu bản chất, cũng như giải thích rõ hơn cơ chế phản ứng. Sự kết hợp linh hoạt này giúp giảm thiểu thời gian thực nghiệm, tiết kiệm hóa chất và tăng khả năng thành công của nghiên cứu. Tuy nhiên, hiện vẫn còn rất ít sensor huỳnh quang nghiên cứu theo hướng này được công bố. Trước những thực trạng trên, chúng tôi thực hiện đề tài: "Thiết kế, tổng hợp một số sensor huỳnh quang từ dẫn xuất của cyanine và coumarin để xác định biothiol và Hg(II) ".