腺嘌呤對M2+-DC-凝膠體系有序結構的影響

任 義， 楊 玲， 呂敏瑩， 張 遠， 尹文萱

(中國礦業大學 煤炭潔凈加工與高效轉化國家級實驗教學示范中心， 化工學院， 江蘇 徐州 221116)

0 引 言

面向本科生開放化學實驗室，將新穎、科學、可操作性強的研究內容提供給本科生，開設一些探索研究性的創新實驗對于培養本科生的創新能力十分重要[1-5]。膽結石是最常見的腸胃疾病之一[6-10]。在體外模擬體系中研究生命物質對有序沉淀的影響，取得了一系列的成果[11-14]。有機堿是人體內的生命物質之一，由于其在醫藥上的重要應用，成為醫學界關注熱點。腺嘌呤作為核苷酸重要部分，結構式如圖1所示，結構中的5個氮原子以其孤電子對可以與金屬離子形成配位鍵，參與影響M2+-NaDc凝膠體系的沉淀形成。針對不同加入方式腺嘌呤對M2+-NaDc凝膠體系有序結構的影響進行研究，對膽結石的形成與治療有重要的意義。

圖1 腺嘌呤的結構

1 實驗部分

1.1 實驗用品

(1) 儀 器。JB-2型恒溫磁力攪拌器，掃描儀， 萊卡2000 體視顯微鏡，Nicolet AVARTA 360型FTIR 光譜儀。

(2) 藥 品。脫氧膽酸鈉(進口)、腺嘌呤(A)均為生化試劑；氯化鈣、氯化鈷均為分析純，瓊脂粉 進口分裝。

1.2 實驗方法

實驗在φ15 mm×100 mm試管中進行，凝膠為瓊脂溶于水和乙醇混合溶劑，試管中凝膠分3層。2種基本模擬體系：Ca2+-Dc-凝膠體系、Co2+-Dc-凝膠體系。腺嘌呤分別以下層、中層、中下層3種方式加入2種模擬體系。

分別用掃描儀記錄體視顯微鏡觀察沉淀的形貌，剝離沉淀，干燥后用Nicolet Avarta 360 FTIR光譜儀分析其微觀結構。

2 結果與討論

2.1 加入方式對M2+-DC-凝膠體系有序結構的影響

2.1.1腺嘌呤對Ca2+-DC-凝膠體系時空圖案的影響

圖2為Ca2+-DC-凝膠體系有序結構的掃描及顯微形貌。不含腺嘌呤(A)凝膠體系(I)中沉淀分形明顯，8 d在試管形成白色枝狀分形沉淀，并向下延伸生長；下層加入腺嘌呤的體系(II)，6 d形成白色枝狀分形沉淀，分形下部形成大量白色小顆粒球狀沉淀；中層加入腺嘌呤的體系(III)，7 d在試管中下層界面上方形成白色球狀顆粒沉淀，下部出現白色枝狀分形沉淀；中下層均加入腺嘌呤的體系(IV)，7 d形成枝狀分形沉淀、球狀顆粒并存，并以兩種有序沉淀分層分布的形態，腺嘌呤的加入使得Ca2+-DC-凝膠體系中加快有序沉淀生長速度，對體系的時空圖案產生影響，使分形沉淀轉變為顆粒沉淀，以中下層均加入的形式，影響顯著：枝狀分形、顆粒球并存，枝狀分形維數降低，兩種有序結構形成周期環。

I-不含腺嘌呤的體系; II-下層加入腺嘌呤的體系; III-中層加入腺嘌呤的體系; IV-中下層加入腺嘌呤的體系

圖2 腺嘌呤-Ca2+-DC-Gel 體系周期環/分形圖案

2.1.2腺嘌呤對Co2+-DC-凝膠體系時空圖案的影響

圖3為Co2+-DC-凝膠體系有序結構的掃描及顯微形貌。

I-不含腺嘌呤的體系; II-下層加入腺嘌呤的體系; III-中層加入腺嘌呤的體系; IV-中下層加入腺嘌呤的體系

圖3 腺嘌呤-Co2+-DC-Gel 體系周期環/分形圖案

不含腺嘌呤凝膠體系(I)，5 d形成淺粉色分形沉淀，并向下生長，下方逐漸轉變成粉色花狀分形沉淀。下層加入腺嘌呤的體系(II)，5 d形成粉色絮狀沉淀，并不斷向下延伸，粉色絮狀沉淀逐漸轉化為粉色周期環有序結構沉淀；中層加入腺嘌呤的體系(III)，5 d體系上方形成粉色絮狀沉淀，并不斷向下延伸，粉色絮狀沉淀逐漸減少，逐漸轉化成細小顆粒組成的粉色橢球狀沉淀，在橢球狀沉淀上方慢慢形成粉色分形結構；中下層均加入腺嘌呤的體系(IV)，5 d體系上方形成粉色絮狀沉淀，并不斷向下延伸，粉色絮狀沉淀逐漸減少，部分沉淀逐漸轉化為大量小顆粒球沉淀。腺嘌呤對Co2+-DC-凝膠體系有序沉淀生長速度沒有明顯影響，對沉淀結構形態有顯著影響，中下層均加入腺嘌呤的體系沉淀形態由分形轉變為周期環，這顯示腺嘌呤能夠參與配位先形成一種絮狀沉淀然后轉變為其他有序結構沉淀。

2.2 有序沉淀的FTIR光譜分析[15-16]

2.2.1Ca2+-DC-凝膠體系有序沉淀物的FTIR光譜分析

圖4為圖2各體系中對應部位沉淀物的FTIR光譜圖。譜圖a，b，c，d對比可知， a的吸收峰(3 422，2 935,2 863,1 550，1 448 cm-1)和b的吸收峰(3 411,2 935,2 863,1 550,1 443 cm-1)峰形所處化學位移及吸收峰強度幾乎相同，說明兩種沉淀結構相同。c的3 387 cm-1吸收峰小于a中3 422 cm-1處的吸收峰強度，且化學位移也小，官能團相同，位置不一樣，或者受到其他基團的影響，造成兩種沉淀的形貌不太一樣，c和d兩種沉淀的吸收峰峰形及化學位移幾乎相同，但d的吸收峰(3 386,2 935,2 864，1 551 cm-1)比c的吸收峰(3 387,2 934,2 862,1 550 cm-1)強度大，造成形態上的差異。圖譜a、e、f對比分析可知，a和e對應的兩種沉淀相同，f對應的沉淀在吸收峰強度上小于a和e，造成f的沉淀形貌不一樣。以上分析可知，腺嘌呤的加入，改變了Ca2+-DC-凝膠體系的有序結構。

腺嘌呤不管以何種方式加入，都會影響體系的有序形貌及結構。Ca2+-NaDC凝膠體系中加入腺嘌呤使生成的沉淀的有序形態、微觀結構均有不同程度的影響。使沉淀物的形態、有序性、化學組成變得更為復雜，腺嘌呤參與金屬離子的配位，沉淀為多配體組分的混配物，具有非化學計量特征。

圖4 Ca-DC-凝膠體系有序沉淀物的FTIR光譜圖

2.2.2Co2+-DC-凝膠體系有序沉淀物的FTIR光譜分析

圖5為圖3中各體系中對應部位沉淀物的FTIR光譜圖。由FTIR譜圖吸收峰分析可知， Co2+-DC-凝膠體系中粉色花狀分形沉淀的特征峰為1 465和1 344cm-1，Co2+-DC-凝膠體系中淺粉色分形沉淀的特征峰為1 451和1 377 cm-1，同時兩部分沉淀分別在2 862 cm-1存在較明顯的差異，粉色沉淀在2 862 cm-1的吸收峰強度小于淺粉色沉淀在2 862 cm-1吸收峰的強度。從譜線a, b和c對比分析可知，Co-DC存在4個不同的特征峰(1 465，1 344，1 451，1 377 cm-1)，受到Co2+加入的影響，使得NaDC紅外譜圖中的—OH伸縮振動吸收峰從3 380 cm-1移至3 418cm-1，COO-反對稱伸縮振動吸收峰向低波數移動，從1 564 cm-1移至1 555 cm-1，但吸收峰強度變小，峰形變窄變小。

圖5 Co-DC-凝膠體系有序沉淀物的FTIR光譜圖

由譜線c，d對比可知，粉色周期環沉淀和粉色絮狀沉淀主要吸收峰峰形相同，且粉色周期環沉淀吸收峰(3 375,2 934，2 862，1 552,1 465,1 338 cm-1)和粉色絮狀沉淀吸收峰(3 382,2 933,2 862,1 552,1 466,1 335 cm-1)幾乎相同，說明兩種沉淀的結構相同，也符合絮狀沉淀轉化為周期環沉淀這一現象，兩種沉淀在—OH伸縮振動吸收峰強度方面存在差異，粉色周期環沉淀在—OH伸縮振動吸收峰強度小于粉色絮狀沉淀在—OH伸縮振動吸收峰強度，這也是造成形貌差異的原因。再與圖a，b對比可得到，這兩種沉淀的特征峰是1 378 cm-1，通過比較發現，這兩種沉淀既包含了Co2+-DC-凝膠體系中粉色花狀沉淀，又包含了淺粉色分形沉淀的特征峰，在腺嘌呤的作用下，體系的有序結構發生顯著變化。

3 結 語

通過考察人體中重要的生命物質對結石影響的研究，學生興趣濃，實驗內容階段性、可操作性強，與本科生的專業基礎聯系密切，應用于本科生的研究型實驗教學系統，有利于培養學生的創新能力。在本實驗基礎上，考慮結石形成的復雜性，實驗具有系列性，學生可以循序漸進地進行后續的系列研究。