于 坤，沈舒婷，王亚轩，胡 磊，王 慧
(皖南医学院药学院，安徽 芜湖 241002)
作为材料领域的研究热点之一的光功能材料，已在信息技术产业、新能源、生物医药、航天技术等领域广泛应用。在诸多光功能材料中，无机/有机杂化光功能材料因兼具无机材料和有机材料的优点，受到越来越多科研工作者的青睐[1]。配合物，作为重要的无机/有机杂化体系，特别是过渡金属配合物和稀土金属配合物，由于其独特的光学性质和多样的结构，已逐渐在生物成像、化学传感等方面展现出独特的优势[2]。其中，铱配合物因其量子产率高、稳定性好、发光波段易受有机配体结构调节、寿命较长、斯托克斯位移较大等特点，已成为光功能材料领域的研究热点[3-4]。根据配合物所带电荷的不同，铱配合物分为中性配合物和离子型配合物。与中性铱配合物相比，离子型铱配合物具有易提纯、合成路线简单、氧化还原可逆等优势，在光动力学治疗、发光材料、抗癌、生物传感、化学探针、催化等领域已被广泛应用[5]。在离子型铱配合物中，阳离子型铱配合物最常见，其结构中含有N^N双齿配体，比如1,10-菲啰啉和联吡啶。1,10-菲啰啉因其刚性平面性好、与金属的配位能力强、结构容易修饰等特点，当其与金属铱配位后形成的阳离子型配合物，已被广泛用于生物成像、抗癌药物、抗菌、有机发光二极管等诸多领域[6]。
基于上述思想，本文以4-(2-吡啶基)苯甲醛衍生物为主配体，1,10-菲啰啉为辅助配体，设计合成了一种阳离子型铱配合物IrL1(图1)，在分子中引入醚氧链官能团，以提高分子的生物相容性，研究了配合物IrL1的光物理性能及其在活的和固定的HepG2细胞中的成像情况。
图1 配合物IrL1的合成路线图Fig.1 Synthetic route of complex IrL1
1.1 试剂与仪器
仪器：Bruker Avance 600型核磁共振仪(TMS为内标)，德国Bruker；
AB SCIEX MALDI-TOF基质辅助激光解析飞行时间质谱仪，SCIEX公司；
Nicolet FTIR is5型傅里叶变换红外光谱仪(KBr压片)，美国赛默飞；
UV-5900 PC型紫外可见分光光度计，上海元析；
HITACHI F-4600型荧光分光光度计(测试参数：激发波长410 nm，狭缝宽度均为10 nm，电压500 V)，日本日立；
Leica TCS SP8共聚焦显微镜，德国徕卡；
试剂：三氯化铱水合物(Ir>52%)，4-(2-吡啶基)苯甲醛(98%)，四丁基溴化铵，三乙二醇单甲醚，对甲基苯磺酰氯，1,10-菲罗啉(99 %)，对苯二甲醛，其它试剂为分析纯，购自上海阿拉丁试剂有限公司；
人肝癌细胞株(HepG2)来源于皖南医学院药学院中心实验室。
1.2 配合物IrL1的合成
中间体M2的合成见参考文献[7]。
2.1 配合物的光物理性能
首先测试了配合物IrL1在不同溶剂中的紫外可见吸收光谱。测试波长范围为250～750 nm，配合物IrL1的测试浓度为10 μM，溶剂分别为1,4-二氧六环 (DOA)、乙酸乙酯(EA)、四氢呋喃(THF)、乙醇(EtOH)、乙腈(CH3CN)、二甲基亚砜(DMSO)和PBS缓冲溶液(pH=7.40)。图2A是配合物IrL1在不同溶剂中的紫外可见光吸收光谱，由图2可知，配合物IrL1的紫外可见吸收峰的位置随着溶剂极性的增加没有发生明显的变化，说明在不同的溶液体系中，配合物IrL1的基态偶极矩相近，溶剂极性没有明显引起能级差的变化。配合物IrL1在小于310 nm处表现出强的吸收峰，可归因于配体内自旋允许的π-π*跃迁，在310～450 nm范围内表现出中等强度的吸收峰，可归因于自旋轨道耦合产生的以配体为中心的3π-π*跃迁并混合单线态和三线态的金属-配体间的电荷转移(1MLCT和3MLCT)跃迁[9]。
图2B是配合物IrL1在不同溶剂中的荧光发射光谱，测试条件与紫外可见吸收光谱相同。以410 nm为激发波长，配合物IrL1在DOA、EA、THF、EtOH、CH3CN、DMSO和PBS中的发射波长分别为574 nm，575 nm，573 nm，584 nm，581 nm，587 nm和581 nm，属于黄光发射，而且随着溶剂极性的增加，配合物IrL1的最大发射波长发生了轻微的红移。从图2B中发现配合物IrL1的发射光谱是一个宽的、没有精细结构的谱图，表明在此配合物中3LLCT或3MLCT跃迁在辐射跃迁过程中贡献最大，而3LC的贡献相对较少[10]。
图2 配合物IrL1在不同溶剂中的紫外可见吸收光谱(A)和荧光发射光谱(B)Fig.2 UV-vis absorption (A) and fluorescence emission (B) spectra of complex IrL1 in different solvents
2.2 配合物的细胞成像研究
为了探究配合物IrL1对细胞的毒性作用，采用MTT法进行研究[11]。用不同浓度的配合物IrL1作用于人肝癌细胞(HepG2)24 h，根据细胞存活率公式进行计算，实验结果如图3B所示，可知，当配合物IrL1的浓度为25 μM时，细胞存活率仍在90%左右，表明配合物IrL1毒性较小，可用于活细胞成像研究。
图3 配合物IrL1与各种分析物相互作用后的荧光光谱(A)和不同浓度的 配合物IrL1与HepG2细胞共孵育24 h后的细胞存活率(B)Fig.3 Fluorescence emission spectra of complex IrL1 interacting with various analytes(A); cell survival rate of HepG2 cells co-incubated with IrL1 at different concentrations for 24 h(B)
紧接着进一步研究了配合物IrL1在细胞内的分布情况，如图4所示。将10 μM的配合物IrL1与活的HepG2细胞共培养30 min后，用PBS洗涤三遍，利用共聚焦显微镜直接观察，发现配合物IrL1能够穿过细胞膜着色细胞的细胞质区域。当用4%的多聚甲醛先固定HepG2细胞，然后再与配合物共培养30 min，发现配合物IrL1仍可着色于细胞的细胞质部位，并发出明亮的荧光信号，说明配合物IrL1无论在活细胞还是固定细胞中，都能够进入细胞着色细胞质。
图4 配合物IrL1与活的和固定的HepG2细胞共 培养30 min后的细胞成像图Fig.4 Cell imaging of the complex IrL1 after 30 min co-culture with living and fixed HepG2 cells, respectively
以4-(2-吡啶基)苯甲醛衍生物为主配体，4-(1H-咪唑[4,5-f][1,10]邻菲啰啉)苯甲醛为辅助配体，制备了一种阳离子型的铱配合物IrL1，通过1H NMR、13C NMR、IR和MALDI-TOF对配合物的结构进行了表征，系统研究了配合物IrL1在不同溶剂中的光物理性质，结果表明配合物IrL1的最大发射峰在573～587 nn范围内，其发光波段处于黄光区域，属于黄光发射的阳离子型铱配合物。由于配合物IrL1具有较低的细胞毒性和较好的生物相容性，其能够进入细胞着色活细胞和固定细胞的细胞质区域。本研究为后期阳离子型黄光铱配合物的制备提供了实验依据。
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