卤键、π-hole键功能化固相萃取吸附剂的设计、合成及其在生物体内多环芳烃DNA加合物检测中的应用

Polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) are typical environmental pollutants. The metabolites of PAHs can bind DNA to form DNA adducts. DNA adduction plays an important role in the initiation stage of the multistage carcinogenesis processes. An assay with high accuracy, sensitivity, and specificity for DNA adducts which can be biomarkers is very important for establishing health risk assessment model and public health protection. It is, however, an analytical challenge to accurately quantify DNA adducts, because they are frequently present in very low amounts, in the range of 0.01-10 adducts per 0.1 billion normal nucleotides. Therefore, an assay with high accuracy, sensitivity, and specificity is demanded. To achieve these goals, many detection methods have been developed. Now, the most potential detection technology is LC-MS and the most widely used method of sample pretreatment of LC-MS technology is solid phase extraction. Now, C18 column has much broad application in solid phase extraction of PAH-DNA adducts because of the hydrophobicity of these DNA adducts. But the selectivity of hydrophobic interaction is not good and the interaction is weak. So, the principal objective of this project is to enhance the selectivity and efficiency of solid phase extraction of PAH-DNA adducts through introducing the two new non-covalent bonds with molecular recognition function in solid phase extraction, that is halogen bond and π-hole bond which is more selective and stronger than hydrophobic interaction.

多环芳烃是一类典型的环境污染物，进入人体后经代谢可与DNA碱基反应形成DNA 加合物。研究表明DNA 加合物的形成是化学物质致癌进程中一个重要起始事件。DNA 加合物作为生物标志物，其准确定量分析对建立健康风险评估模型、保护人群健康具有重要意义。而生物体内形成的DNA 加合物含量极低，如何从大量正常核苷中准确检测出一个特定加合物仍是当前分析技术面临的挑战。目前LC-MS是最具发展潜力的检测方法，当用该方法检测多环芳烃DNA加合物时，大多利用其疏水性采用C18柱对样品进行固相萃取纯化和富集。但是单纯靠疏水作用，选择性较差，DNA样品用量大，因此，本课题的研究目的就是想将两种新型的具有比疏水作用选择性更高作用更强的非共价键作用力卤键和π-hole键引入固相萃取中，合成具有卤键/π-hole键功能的固相萃取吸附剂，提高固相萃取多环芳烃DNA加合物的选择性和富集效率。

多环芳烃是一类典型的环境污染物，进入人体后经代谢可与DNA反应形成DNA加合物。生物体内形成的DNA加合物含量极低，如何从大量正常核苷中准确检测出一个特定加合物仍是当前分析技术面临的挑战。目前LC-MS是最具发展潜力的检测方法，当用该方法检测多环芳烃DNA加合物时，大多利用其疏水性采用C18柱对样品进行固相萃取纯化和富集。但是单纯靠疏水作用，选择性较差，DNA样品用量大，因此，本课题将两种新型的具有比疏水作用选择性更高作用更强的非共价键作用力卤键和π-hole键引入固相萃取中，从而提高固相萃取多环芳烃DNA加合物的选择性和富集效率。. 本项目以苯并芘为模型分子，考察了苯并芘与四种卤键/π-hole键供体分子之间的成键性质，结果显示苯并芘更易形成π-hole键。因此我们将两种π-hole键供体分子键合在硅胶基质上，合成出两种新型的固相萃取吸附剂。考察了所合成π-hole键功能化吸附剂对16种多环芳烃的富集效果。结果显示与传统的C-18吸附剂相比，合成吸附剂对低分子量的多环芳烃（具有2-3个苯环）的富集效率差别不大，但是对于高分子量的多环芳烃（具有4-6个苯环），合成吸附剂则具有更高的吸附能力，固相萃取回收率可以提高20%。我们将合成吸附剂成功应用于环境水样中多环芳烃的检测中。进而我们将合成吸附剂用于固相萃取苯并芘DNA加合物—BPDE-dG adduct，并与传统的C-18吸附剂进行比较，结果显示合成吸附剂对BPDE-dG adduct的固相萃取效率提高约20%，而对于其他副产物的萃取效率则低于C-18吸附剂，说明合成吸附剂对BPDE-dG adduct的具有较高的吸附能力和选择性。该结果证明了将π-hole键这种专属性作用力应用到固相萃取中可以提高固相萃取的选择性和富集效率，该工作为选择和设计固相萃取吸附剂提供了新的思路。. 此外，我们尝试采用具有π-hole键供体的色谱柱对BPDE-dG adduct的四种异构体进行分离，可以实现30min内将四种异构体完全分离，与用C-18色谱柱80min才能将四种异构体分离相比，极大的缩短了分离时间。该工作为π-hole键在色谱领域的应用提供了理论和实践参考。