环丙沙星与氨茶碱作用的拉曼光谱研究

2020-02-25周光明周家羽

光谱学与光谱分析 2020年2期

陈蓉，周光明，罗丹，周家羽

西南大学化学化工学院，发光与实时分析教育部重点实验室，重庆 400715

引言

环丙沙星作为新一代的喹诺酮类抗生素，因其抗菌活性强、毒性低、组织穿透能力强等优点，是当前世界上抗感染药物最佳品种之一[1]。在临床医学[2]、水产养殖等多个行业得到了广泛的应用[3]。氨茶碱是茶碱与乙二胺的复盐，是一类常规的临床药物。其药理作用主要是源于茶碱 , 乙二胺增强其水溶性[4]。但由于氨茶碱受多种因素的影响，很容易引发不良反应。而临床上，氨茶碱与环丙沙星联用的机会非常频繁，有研究报道喹诺酮类抗菌药物与氨茶碱联合使用，会引发严重的副作用，比如心律失常、恶心呕吐等症状[5-6]。研究表明当氨茶碱的血液浓度超过20 μg·mL-1，甚至会导致毒性反应[7]。因此，深入了解氨茶碱的使用量对环丙沙星的影响，这对于临床医学来说具有实际意义。

目前有关环丙沙星的研究已有许多的报道，王佩[8]等研究了环丙沙星对氨茶碱药物的动力学影响；何华[9]等利用荧光光谱对环丙沙星与牛血清白蛋白之间的相互作用进行了研究；赵进辉[10]等利用表面增强拉曼光谱，实现了对鸭肉中环丙沙星残留的快速检测。而这些仅是对环丙沙星进行定量的检测或研究环丙沙星与蛋白之间的相互作用，有关于氨茶碱对环丙沙星分子结构影响的研究未见报道。

表面增强拉曼光谱因作为一个高灵敏度的分析工具而获得了巨大的关注与应用。有相关研究表明喹诺酮类抗菌药物与氨茶碱的联用，会引起严重的副反应，危及人体健康。实验利用表面增强拉曼光谱技术，考察了氨茶碱对环丙沙星的影响，了解两者的作用方式对于药物的混合使用具有重要的理论意义和实践意义。

1 实验部分

1.1 试剂与仪器

环丙沙星(C17H18FN3O3)、氨茶碱(C16H24N10O4)、氯金酸(HAuCl4)、柠檬酸钠(NaC6H5O7·2H2O)统购于阿拉丁；以上试剂均为分析纯，实验室用水为自制的超纯水，电阻率为18.3 MΩ·cm。

Renishaw lnvia拉曼光谱仪(英国雷尼绍公司)，激光波长为633 nm，激光强度为1 mW，拉曼光谱检测波长范围0～3 000 cm-1； UV-2450紫外-可见分光光度计(岛津)， pH酸度计(上海雷滋pHSJ-3)；透射电子显微镜(TEM)(德国蔡司)。

1.2 步骤

根据Lee[11]的方法制备金纳米基底，以柠檬酸钠作为还原剂。

环丙沙星溶液的配制：称取环丙沙星固体10 mg，溶解于蒸馏水，定容至50 mL，再将其稀释至浓度为4 mg·L-1，待用。

氨茶碱溶液的配制：称取氨茶碱固体1 mg，溶解于蒸馏水，定容至50 mL，待用。

SERS检测：运用密度泛函理论计算环丙沙星的拉曼峰；测定环丙沙星固体的常规拉曼光谱与环丙沙星溶液的表面增强拉曼光谱，并对环丙沙星的拉曼峰进行全面的归属；分别探究了环丙沙星与氨茶碱的结合时间以及氨茶碱的量对环丙沙星的影响。

2 结果与讨论

2.1 纳米金的表征

实验测定了纳米金的吸收光谱，结果如图1所示。纳米金的吸收峰会受到其形状、聚合度等影响[12]。由图1可知，纳米金的吸收峰大约在535 nm处，与文献[13]所报道的金纳米粒子的吸收峰基本一致。图2是金纳米粒子的TEM扫描图，其粒径大小在17 nm左右。从图中可以看出，纳米金分散较为均匀，加上金纳米粒子的比表面较大，能有效地吸附样品分子。

2.2 环丙沙星的密度泛函理论计算及环丙沙星拉曼光谱研究

图1 金纳米粒子的吸收光谱图

图2 金纳米粒子的透射电镜图

图3 环丙沙星理论计算值(a)和固体的常规拉曼光谱(b)

Fig.3 Calculated values of ciprofloxacin (a) and conventional Raman spectra of solids (b) and SERS spectra of ciprofloxacin solution (c)

2.3 结合时间对氨茶碱与环丙沙星混合物的拉曼光谱影响

为了探究不同结合时间对环丙沙星与氨茶碱之间拉曼光谱的影响，研究了不同的结合时间，氨茶碱与环丙沙星结合后的拉曼光谱。从图4中可以看出，结合时间在5～20 min之间，环丙沙星与氨茶碱混合后的出峰位置大致相同，而当t=30 min，两者混合物的拉曼峰发生了明显的变化，其中较为明显的是拉曼位移1 384和1 617 cm-1两处信号增强，由于过长时间的结合，氨茶碱对环丙沙星的影响更甚。而t=60 min时，拉曼位移1 568， 1 224和1 170 cm-1处峰消失，随着时间的延长，两者的作用加强，拉曼信号大大减弱。