任 義， 楊 玲， 呂敏瑩， 張 遠(yuǎn)， 尹文萱

(中國礦業(yè)大學(xué) 煤炭潔凈加工與高效轉(zhuǎn)化國家級實驗教學(xué)示范中心， 化工學(xué)院， 江蘇 徐州 221116)

0 引 言

面向本科生開放化學(xué)實驗室，將新穎、科學(xué)、可操作性強(qiáng)的研究內(nèi)容提供給本科生，開設(shè)一些探索研究性的創(chuàng)新實驗對于培養(yǎng)本科生的創(chuàng)新能力十分重要[1-5]。膽結(jié)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(zhì)對有序沉淀的影響，取得了一系列的成果[11-14]。有機(jī)堿是人體內(nèi)的生命物質(zhì)之一，由于其在醫(yī)藥上的重要應(yīng)用，成為醫(yī)學(xué)界關(guān)注熱點(diǎn)。腺嘌呤作為核苷酸重要部分，結(jié)構(gòu)式如圖1所示，結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行研究，對膽結(jié)石的形成與治療有重要的意義。

圖1 腺嘌呤的結(jié)構(gòu)

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(jìn)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(jìn)口分裝。

1.2 實驗方法

實驗在φ15 mm×100 mm試管中進(jìn)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(jié)構(gòu)。

2 結(jié)果與討論

2.1 加入方式對M2+-DC-凝膠體系有序結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(xiàn)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(tài)，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(chǎn)生影響，使分形沉淀轉(zhuǎn)變?yōu)轭w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(shù)降低，兩種有序結(jié)構(gòu)形成周期環(huán)。

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(huán)/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(jié)構(gòu)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(huán)/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(zhuǎn)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(zhuǎn)化為粉色周期環(huán)有序結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)化成細(xì)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(jié)構(gòu)；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(zhuǎn)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(jié)構(gòu)形態(tài)有顯著影響，中下層均加入腺嘌呤的體系沉淀形態(tài)由分形轉(zhuǎn)變?yōu)橹芷诃h(huán)，這顯示腺嘌呤能夠參與配位先形成一種絮狀沉淀然后轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌行蚪Y(jié)構(gòu)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(yīng)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(xué)位移及吸收峰強(qiáng)度幾乎相同，說明兩種沉淀結(jié)構(gòu)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(qiáng)度，且化學(xué)位移也小，官能團(tuán)相同，位置不一樣，或者受到其他基團(tuán)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(xué)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(qiáng)度大，造成形態(tài)上的差異。圖譜a、e、f對比分析可知，a和e對應(yīng)的兩種沉淀相同，f對應(yīng)的沉淀在吸收峰強(qiáng)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(jié)構(gòu)。

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(jié)構(gòu)。Ca2+-NaDC凝膠體系中加入腺嘌呤使生成的沉淀的有序形態(tài)、微觀結(jié)構(gòu)均有不同程度的影響。使沉淀物的形態(tài)、有序性、化學(xué)組成變得更為復(fù)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(xué)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(yīng)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(qiáng)度小于淺粉色沉淀在2 862 cm-1吸收峰的強(qiáng)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(shù)移動，從1 564 cm-1移至1 555 cm-1，但吸收峰強(qiáng)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(huán)沉淀和粉色絮狀沉淀主要吸收峰峰形相同，且粉色周期環(huán)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(jié)構(gòu)相同，也符合絮狀沉淀轉(zhuǎn)化為周期環(huán)沉淀這一現(xiàn)象，兩種沉淀在—OH伸縮振動吸收峰強(qiáng)度方面存在差異，粉色周期環(huán)沉淀在—OH伸縮振動吸收峰強(qiáng)度小于粉色絮狀沉淀在—OH伸縮振動吸收峰強(qiáng)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(fā)現(xiàn)，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(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化。

3 結(jié) 語

通過考察人體中重要的生命物質(zhì)對結(jié)石影響的研究，學(xué)生興趣濃，實驗內(nèi)容階段性、可操作性強(qiáng)，與本科生的專業(yè)基礎(chǔ)聯(lián)系密切，應(yīng)用于本科生的研究型實驗教學(xué)系統(tǒng)，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。在本實驗基礎(chǔ)上，考慮結(jié)石形成的復(fù)雜性，實驗具有系列性，學(xué)生可以循序漸進(jìn)地進(jìn)行后續(xù)的系列研究。