腺嘌呤对M2+-DC-凝胶体系有序结构的影响

任 义， 杨 玲， 吕敏莹， 张 远， 尹文萱

(中国矿业大学 煤炭洁净加工与高效转化国家级实验教学示范中心， 化工学院， 江苏 徐州 221116)

0 引 言

面向本科生开放化学实验室，将新颖、科学、可操作性强的研究内容提供给本科生，开设一些探索研究性的创新实验对于培养本科生的创新能力十分重要[1-5]。胆结石是最常见的肠胃疾病之一[6-10]。在体外模拟体系中研究生命物质对有序沉淀的影响，取得了一系列的成果[11-14]。有机碱是人体内的生命物质之一，由于其在医药上的重要应用，成为医学界关注热点。腺嘌呤作为核苷酸重要部分，结构式如图1所示，结构中的5个氮原子以其孤电子对可以与金属离子形成配位键，参与影响M2+-NaDc凝胶体系的沉淀形成。针对不同加入方式腺嘌呤对M2+-NaDc凝胶体系有序结构的影响进行研究，对胆结石的形成与治疗有重要的意义。

图1 腺嘌呤的结构

1 实验部分

1.1 实验用品

(1) 仪 器。JB-2型恒温磁力搅拌器，扫描仪， 莱卡2000 体视显微镜，Nicolet AVARTA 360型FTIR 光谱仪。

(2) 药 品。脱氧胆酸钠(进口)、腺嘌呤(A)均为生化试剂；氯化钙、氯化钴均为分析纯，琼脂粉 进口分装。

1.2 实验方法

实验在φ15 mm×100 mm试管中进行，凝胶为琼脂溶于水和乙醇混合溶剂，试管中凝胶分3层。2种基本模拟体系：Ca2+-Dc-凝胶体系、Co2+-Dc-凝胶体系。腺嘌呤分别以下层、中层、中下层3种方式加入2种模拟体系。

分别用扫描仪记录体视显微镜观察沉淀的形貌，剥离沉淀，干燥后用Nicolet Avarta 360 FTIR光谱仪分析其微观结构。

2 结果与讨论

2.1 加入方式对M2+-DC-凝胶体系有序结构的影响

2.1.1腺嘌呤对Ca2+-DC-凝胶体系时空图案的影响

图2为Ca2+-DC-凝胶体系有序结构的扫描及显微形貌。不含腺嘌呤(A)凝胶体系(I)中沉淀分形明显，8 d在试管形成白色枝状分形沉淀，并向下延伸生长；下层加入腺嘌呤的体系(II)，6 d形成白色枝状分形沉淀，分形下部形成大量白色小颗粒球状沉淀；中层加入腺嘌呤的体系(III)，7 d在试管中下层界面上方形成白色球状颗粒沉淀，下部出现白色枝状分形沉淀；中下层均加入腺嘌呤的体系(IV)，7 d形成枝状分形沉淀、球状颗粒并存，并以两种有序沉淀分层分布的形态，腺嘌呤的加入使得Ca2+-DC-凝胶体系中加快有序沉淀生长速度，对体系的时空图案产生影响，使分形沉淀转变为颗粒沉淀，以中下层均加入的形式，影响显著：枝状分形、颗粒球并存，枝状分形维数降低，两种有序结构形成周期环。

I-不含腺嘌呤的体系; II-下层加入腺嘌呤的体系; III-中层加入腺嘌呤的体系; IV-中下层加入腺嘌呤的体系

图2 腺嘌呤-Ca2+-DC-Gel 体系周期环/分形图案

2.1.2腺嘌呤对Co2+-DC-凝胶体系时空图案的影响

图3为Co2+-DC-凝胶体系有序结构的扫描及显微形貌。

I-不含腺嘌呤的体系; II-下层加入腺嘌呤的体系; III-中层加入腺嘌呤的体系; IV-中下层加入腺嘌呤的体系

图3 腺嘌呤-Co2+-DC-Gel 体系周期环/分形图案

不含腺嘌呤凝胶体系(I)，5 d形成浅粉色分形沉淀，并向下生长，下方逐渐转变成粉色花状分形沉淀。下层加入腺嘌呤的体系(II)，5 d形成粉色絮状沉淀，并不断向下延伸，粉色絮状沉淀逐渐转化为粉色周期环有序结构沉淀；中层加入腺嘌呤的体系(III)，5 d体系上方形成粉色絮状沉淀，并不断向下延伸，粉色絮状沉淀逐渐减少，逐渐转化成细小颗粒组成的粉色椭球状沉淀，在椭球状沉淀上方慢慢形成粉色分形结构；中下层均加入腺嘌呤的体系(IV)，5 d体系上方形成粉色絮状沉淀，并不断向下延伸，粉色絮状沉淀逐渐减少，部分沉淀逐渐转化为大量小颗粒球沉淀。腺嘌呤对Co2+-DC-凝胶体系有序沉淀生长速度没有明显影响，对沉淀结构形态有显著影响，中下层均加入腺嘌呤的体系沉淀形态由分形转变为周期环，这显示腺嘌呤能够参与配位先形成一种絮状沉淀然后转变为其他有序结构沉淀。

2.2 有序沉淀的FTIR光谱分析[15-16]

2.2.1Ca2+-DC-凝胶体系有序沉淀物的FTIR光谱分析

图4为图2各体系中对应部位沉淀物的FTIR光谱图。谱图a，b，c，d对比可知， 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)峰形所处化学位移及吸收峰强度几乎相同，说明两种沉淀结构相同。c的3 387 cm-1吸收峰小于a中3 422 cm-1处的吸收峰强度，且化学位移也小，官能团相同，位置不一样，或者受到其他基团的影响，造成两种沉淀的形貌不太一样，c和d两种沉淀的吸收峰峰形及化学位移几乎相同，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)强度大，造成形态上的差异。图谱a、e、f对比分析可知，a和e对应的两种沉淀相同，f对应的沉淀在吸收峰强度上小于a和e，造成f的沉淀形貌不一样。以上分析可知，腺嘌呤的加入，改变了Ca2+-DC-凝胶体系的有序结构。

腺嘌呤不管以何种方式加入，都会影响体系的有序形貌及结构。Ca2+-NaDC凝胶体系中加入腺嘌呤使生成的沉淀的有序形态、微观结构均有不同程度的影响。使沉淀物的形态、有序性、化学组成变得更为复杂，腺嘌呤参与金属离子的配位，沉淀为多配体组分的混配物，具有非化学计量特征。

图4 Ca-DC-凝胶体系有序沉淀物的FTIR光谱图

2.2.2Co2+-DC-凝胶体系有序沉淀物的FTIR光谱分析

图5为图3中各体系中对应部位沉淀物的FTIR光谱图。由FTIR谱图吸收峰分析可知， Co2+-DC-凝胶体系中粉色花状分形沉淀的特征峰为1 465和1 344cm-1，Co2+-DC-凝胶体系中浅粉色分形沉淀的特征峰为1 451和1 377 cm-1，同时两部分沉淀分别在2 862 cm-1存在较明显的差异，粉色沉淀在2 862 cm-1的吸收峰强度小于浅粉色沉淀在2 862 cm-1吸收峰的强度。从谱线a, b和c对比分析可知，Co-DC存在4个不同的特征峰(1 465，1 344，1 451，1 377 cm-1)，受到Co2+加入的影响，使得NaDC红外谱图中的—OH伸缩振动吸收峰从3 380 cm-1移至3 418cm-1，COO-反对称伸缩振动吸收峰向低波数移动，从1 564 cm-1移至1 555 cm-1，但吸收峰强度变小，峰形变窄变小。

图5 Co-DC-凝胶体系有序沉淀物的FTIR光谱图

由谱线c，d对比可知，粉色周期环沉淀和粉色絮状沉淀主要吸收峰峰形相同，且粉色周期环沉淀吸收峰(3 375,2 934，2 862，1 552,1 465,1 338 cm-1)和粉色絮状沉淀吸收峰(3 382,2 933,2 862,1 552,1 466,1 335 cm-1)几乎相同，说明两种沉淀的结构相同，也符合絮状沉淀转化为周期环沉淀这一现象，两种沉淀在—OH伸缩振动吸收峰强度方面存在差异，粉色周期环沉淀在—OH伸缩振动吸收峰强度小于粉色絮状沉淀在—OH伸缩振动吸收峰强度，这也是造成形貌差异的原因。再与图a，b对比可得到，这两种沉淀的特征峰是1 378 cm-1，通过比较发现，这两种沉淀既包含了Co2+-DC-凝胶体系中粉色花状沉淀，又包含了浅粉色分形沉淀的特征峰，在腺嘌呤的作用下，体系的有序结构发生显著变化。

3 结 语

通过考察人体中重要的生命物质对结石影响的研究，学生兴趣浓，实验内容阶段性、可操作性强，与本科生的专业基础联系密切，应用于本科生的研究型实验教学系统，有利于培养学生的创新能力。在本实验基础上，考虑结石形成的复杂性，实验具有系列性，学生可以循序渐进地进行后续的系列研究。