專利名稱：具有染料陣列的比色人工鼻和用于人工嗅覺的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于人工嗅覺(artificial olfaction)的方法和設(shè)備如人工鼻，用于通過直觀顯示探測(cè)有氣味物質(zhì)。
背景技術(shù)：
目前在很多領(lǐng)域都非常需要嗅覺或蒸汽選擇性探測(cè)器(即，“人工鼻”)。例如，需要能夠探測(cè)少量有氣味物質(zhì)和/或?qū)θ祟?、?dòng)物或植物有害的有氣味物質(zhì)的人工鼻。個(gè)人劑量計(jì)(personal dosimeters)中需要能夠探測(cè)多種不同化學(xué)物質(zhì)的人工鼻，以便探測(cè)人體周圍的有氣味物質(zhì)的類型和數(shù)量，存在的化學(xué)毒物或毒素、食品中存在的腐敗物，調(diào)味品或散發(fā)蒸汽的物質(zhì)的存在，如植物體、果實(shí)和蔬菜，例如在海關(guān)入口處進(jìn)行探測(cè)。
傳統(tǒng)的人工鼻存在嚴(yán)重的局限和缺點(diǎn)，通常認(rèn)為這些人工鼻不能達(dá)到這些目的。傳統(tǒng)人工鼻的局限和缺點(diǎn)包括它們需要廣泛的信號(hào)轉(zhuǎn)換硬件、它們不能選擇性地鎖定金屬配位蒸汽和毒素。另外，加入質(zhì)量靈敏信號(hào)轉(zhuǎn)換或極性聚合物作為傳感元件的人工鼻易于受到水蒸汽的干擾。這種局限性非常大，因?yàn)殡S著環(huán)境濕度的變化，探測(cè)器會(huì)出現(xiàn)不同的反應(yīng)。參見F.L.Dickert，O.Hayden，Zenkel，M.E.Anal.Chem.71，1338(1999)。
Wilkens和Hatman于1964年開始人工鼻領(lǐng)域的研究，但是自二十世紀(jì)八十年代初期開始已經(jīng)在該領(lǐng)域進(jìn)行了大量的研究工作。例如，可以參見W.F.Wilkens，A.D.Hatman.Ann.NY Acad.Sci.，116，608(1964)；K.Pursaud，G.H.Dodd.Nature，299，352-355(1982)；J.W.Gardner，P.N.Bartlett.Sensorsand Actuators B，18-19，211-220(1994)。
蒸汽選擇性探測(cè)器或“人工鼻”一般是基于在暴露于散發(fā)蒸汽的物質(zhì)或有氣味物質(zhì)(后面有時(shí)稱之為“分析物”)中時(shí)產(chǎn)生可翻譯的信號(hào)或顯示。更具體地說，一般的人工鼻是基于選擇性化學(xué)鍵聯(lián)或人工鼻的探測(cè)化合物與分析物或有氣味物質(zhì)之間的界面，然后將化學(xué)鍵聯(lián)轉(zhuǎn)化成信號(hào)或顯示，即進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換。
已經(jīng)將具有單種染料的聚合物陣列(polymer arrays)用于人工鼻。即，選擇一系列不同化學(xué)性質(zhì)的聚合物或聚合物的混合物，使得它們的復(fù)合反應(yīng)能夠?qū)⒔o定的有氣味物質(zhì)或分析物與其它物質(zhì)區(qū)分開。下述文獻(xiàn)中討論了聚合物陣列蒸汽探測(cè)器的例子，包括導(dǎo)電聚合物和導(dǎo)電聚合物/碳黑復(fù)合物M.S.Freund，N.S.Lewis，Proc.Natl.Acad.Sci.USA 92，2652-2656(1995)；B.J.Doleman，R.D.Sanner，E.J.Severin，R.H.Grubbs，N.S.Lewis，Anal.Chem.70，2560-2564(1998)；T.A.Dickinson，J.White，J.S.Kauer，D.R.Walt，Nature 382，697-700(1996)(具有光學(xué)探測(cè)的聚合物陣列)；A.E.Hoyt，A.J.Ricco，H.C.Yang，R.M.Crooks，J.Am.Chem.Soc.117，8672(1995)；J.W.Grate，M.H.Abraham，Sensors and Actuators B 3，85-111(1991)。
其它界面物質(zhì)包括功能化的自組裝單分子層(SAM)、金屬氧化物和枝狀體(dendrimer)。一般用質(zhì)量靈敏壓電基體、表面聲波(SAW)變換器或?qū)щ姴牧贤瓿尚盘?hào)轉(zhuǎn)換。也檢查過光學(xué)變換器(基于吸光度或發(fā)光性)。下述文獻(xiàn)中討論了金屬氧化物、SAM和枝狀體基探測(cè)器的例子J.W.Gardner，H.V.Shurmer，P.Corcoran，Sensors and Actuators B 4，117-121(1991)；J.W.Gardner，H.V.Shurmer，T.T.Tan，Sensors and Actuators B 6，71-75(1992)；R.M.Crooks，A.J.Ricco，Acc.Chem.Res.31，219-227(1998)。這些設(shè)備也使用單種染料。
人們已經(jīng)開發(fā)了用金屬卟啉(metalloporphyrin)光學(xué)探測(cè)特定的單一氣體如氧氣或氨氣及通過石英晶體微量天平上的化學(xué)反應(yīng)層進(jìn)行蒸汽探測(cè)的技術(shù)。參見A.E.Baron，J.D.S.Danielson，M.Gouterman，J.R.Wan，J.B.Callis，Rev.Sci.Instrum.64，3394-3402(1993)；J.Kavandi等人，Rev.Sci.Instrum.61，3340-3347(1990)；W.Lee等人，J.Mater.Chem.3，1031-1035(1993)；A.A.Vaughan，M.G. Baron，R.Narayanaswamy，Anal.Comm.33，393-396(1996)；J.A.J.Brunink等人，Anal.Chim.Acta 325，53-64(1996)；C.Di Natale等人，Sensors and Actuators B 44，521-526(1997)；和C.Di Natale等人，Mat.Sci.Eng.C5，209-215(1998)。但是，這些技術(shù)或者需要廣泛的信號(hào)轉(zhuǎn)換硬件或者如上所述局限于探測(cè)特定的單一氣體。它們也存在上述受水蒸汽干擾的問題。
雖然目前的普通系統(tǒng)在化學(xué)蒸汽探測(cè)和分辨方面有一些成功之處，但這些系統(tǒng)都把注意力放在探測(cè)非金屬鍵聯(lián)或非金屬配位的溶劑蒸汽上，如芳烴、鹵代烴和酮。很少有人研究對(duì)金屬配位蒸汽(如胺、硫醇和磷化氫)的探測(cè)。另外，雖然一些單種卟啉基探測(cè)器已用于探測(cè)單種強(qiáng)酸，但是目前需要能夠探測(cè)多種蒸汽的傳感設(shè)備。
總之，一般的人工鼻和單種卟啉基探測(cè)器有許多局限性和缺點(diǎn)。如上所述，一般的人工鼻不是為金屬鍵聯(lián)和金屬配位蒸汽如胺、硫醇和磷化氫而設(shè)計(jì)的。另外，一般的人工鼻需要廣泛的信號(hào)轉(zhuǎn)換硬件，易于受到水蒸汽的干擾。如上所述，單種卟啉基探測(cè)器已用于探測(cè)單種強(qiáng)酸，但不能探測(cè)多種蒸汽。因此，目前需要新的人工鼻和使用方法，其能夠克服現(xiàn)有人工鼻和單種卟啉基探測(cè)器及其使用方法的這些局限性和其它局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明包括能夠?qū)Ψ治鑫锘蛴袣馕段镔|(zhì)明顯產(chǎn)生光譜反應(yīng)的至少包括第一種染料和第二種染料的結(jié)合的染料陣列。本發(fā)明的染料能夠在包括可見光譜的約200nm-2000nm的光譜范圍內(nèi)產(chǎn)生反應(yīng)?，F(xiàn)在已經(jīng)發(fā)現(xiàn)兩種或多種染料的陣列能夠以獨(dú)特的光譜彩色圖案和時(shí)間依賴性方式對(duì)給定的配位物質(zhì)產(chǎn)生反應(yīng)。因此，當(dāng)本發(fā)明的陣列暴露于任何一種分析物或有氣味物質(zhì)中時(shí)，陣列中的染料都能以獨(dú)特的方式改變顏色。多種染料顯示的彩色圖案表示特定或給定的分析物。換句話說，觀察到的染料彩色圖案表示特定的蒸汽或液體物質(zhì)。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，染料陣列是卟啉。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，卟啉染料是金屬卟啉。在另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，該陣列包括10-50種結(jié)合在一起的不同金屬卟啉。本發(fā)明優(yōu)選金屬卟啉染料的原因是金屬卟啉能夠通過開式軸向配位作用與金屬配位蒸汽配位，當(dāng)其與金屬配位蒸汽鍵聯(lián)或反應(yīng)時(shí)能夠產(chǎn)生大的光譜移動(dòng)。另外，卟啉、金屬卟啉及許多染料在其環(huán)境極性變化時(shí)會(huì)顯示非常大的顏色變化；這種所謂的溶劑化顯色效應(yīng)即使在蒸汽分子和金屬離子之間沒有直接鍵聯(lián)的情況下也能發(fā)生純粹的顏色變化。因此，金屬卟啉與金屬配位蒸汽進(jìn)行配位鍵聯(lián)時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈而獨(dú)特的顏色變化。
本發(fā)明提供一種探測(cè)或區(qū)分及定量測(cè)定多種配位蒸汽如胺、醇和硫醇的方法。另外，可以用本發(fā)明的陣列得到的顏色數(shù)據(jù)給出分析物的定性指紋圖譜(fingerprint)，或者用于定量分析以能夠自動(dòng)進(jìn)行模式識(shí)別和/或測(cè)定分析物濃度。因?yàn)檫策谌軇O性變化時(shí)也能在其吸收帶中顯示波長(zhǎng)和強(qiáng)度變化，所以也能區(qū)分弱配位的蒸汽(如，芳烴、鹵代烴或酮)。
通過改變母體卟啉、卟啉金屬中心或外圍的卟啉取代基可以達(dá)到金屬卟啉陣列內(nèi)的多樣性。母體卟啉也稱為游離堿(″FB″)卟啉，其有兩個(gè)質(zhì)子化的中心氮原子(即，氫陽(yáng)離子鍵聯(lián)到兩個(gè)中心吡咯氮原子上)。一種優(yōu)選的母體卟啉如圖2A所示，在卟啉中心處用兩個(gè)氫離子取代金屬離子(用″M″表示)。在圖2A中，TTP表示5，10，15，20-四苯基卟啉酸酯(-2)。
根據(jù)本發(fā)明，用圖像分析軟件通過減去未暴露和暴露的卟啉陣列圖像(例如，可以用普通的平面掃描儀或便宜的錄象機(jī)或電荷耦合器(″CCD″)探測(cè)器得到)可以得到比色差圖。這就不需要和現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)的廣泛的且昂貴的信號(hào)轉(zhuǎn)換硬件(如，壓電或半導(dǎo)體傳感器)。通過簡(jiǎn)單區(qū)分暴露于分析物前后的陣列圖像，本發(fā)明就能夠?yàn)槎喾N分析物提供獨(dú)特的顏色變化信號(hào)，這些信號(hào)可用于定性識(shí)別和定量分析。
結(jié)合了蒸汽敏感性染料組合的傳感器板構(gòu)成本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案，該傳感器板是經(jīng)濟(jì)的、一次性的，并且可用于對(duì)分析物進(jìn)行定性和/或定量識(shí)別。根據(jù)本發(fā)明，陣列目錄和得到的每一種分析物的視覺圖案可以編碼后放入將來作為參考的查詢表或書本中。因此，本發(fā)明包括的探測(cè)分析物的方法包括下述步驟形成至少有第一種染料和第二種染料的陣列，使陣列暴露于分析物中，觀察第一種染料和第二種染料的光譜反應(yīng)，將該光譜反應(yīng)與分析物光譜反應(yīng)目錄進(jìn)行對(duì)比，以確定分析物。
因?yàn)閭鞲蟹磻?yīng)是基于分析物和卟啉陣列之間的共價(jià)反應(yīng)(即配位反應(yīng))或非共價(jià)溶劑化反應(yīng)，所以化學(xué)物質(zhì)的廣譜是可區(qū)分的。雖然用大的反相二氧化硅凝膠板在約1ppm的低分析物濃度下能觀察到長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間(如，約45分鐘)，但是用不透性固體支撐件(如聚合物或玻璃基微陣列板)或小板(如，約1cm2)基本上能夠使低濃度時(shí)的反應(yīng)時(shí)間增加至約5分鐘。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供適用于多種領(lǐng)域的人工嗅覺的方法和設(shè)備、蒸汽選擇性探測(cè)器或人工鼻。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供探測(cè)方法和能夠探測(cè)少量有氣味物質(zhì)和/或?qū)θ祟?、?dòng)物或植物細(xì)胞有害的有氣味物質(zhì)的人工鼻。本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供嗅覺探測(cè)的方法和劑量計(jì)中能夠探測(cè)和定量多種不同化學(xué)物質(zhì)的人工鼻，該人工鼻能夠探測(cè)化學(xué)毒物或毒素，能夠探測(cè)食品中的腐敗物，能夠探測(cè)調(diào)味品和添加劑，能夠探測(cè)植物體如果實(shí)和蔬菜。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是用包括自動(dòng)化技術(shù)的數(shù)據(jù)分析/圖案識(shí)別技術(shù)探測(cè)分析物。


本專利的申請(qǐng)文件至少包含一個(gè)彩色附圖，通過請(qǐng)求并支付必要的費(fèi)用時(shí)，專利商標(biāo)局將會(huì)提供帶彩色附圖的本專利申請(qǐng)的復(fù)印件。
圖1示出本發(fā)明的光學(xué)傳感板的一個(gè)實(shí)施方案，在該板的y軸中使用第一種洗脫液，在x軸中使用第二種洗脫液。在該實(shí)施方案中，第一種洗脫液是R-OH/己烷，第二種洗脫液是R-SH/己烷。
圖2A示出本發(fā)明用金屬卟啉作為傳感染料的一個(gè)實(shí)施方案。
圖2B示出本發(fā)明用金屬卟啉作為傳感染料的一個(gè)實(shí)施方案。
圖3A示出本發(fā)明的蒸汽暴露裝置。
圖3B示出本發(fā)明的蒸汽暴露裝置。
圖4示出將圖2中的金屬卟啉陣列用于圖3A中的蒸汽暴露裝置中探測(cè)正丁胺時(shí)的顏色變化圖案。圖2中的金屬卟啉固定在反相二氧化硅凝膠板上。
圖5示出多種分析物在飽和時(shí)的顏色變化的比較。每一種分析物都以20℃的分析物蒸汽飽和的氮?dú)鈿饬餍问絺魉偷疥嚵兄小MF表示二甲基甲酰胺；THF表示四氫呋喃。
圖6示出2-甲基吡啶和亞磷酸三甲酯混合物中的二組分飽和反應(yīng)。將兩種分析物飽和的N2氣流以可變流率混和得到蒸汽混合物。
圖7示出Zn(TPP)暴露于二氯甲烷溶液中的乙醇和吡啶(py)中(A)和在反相支撐件上(B)的光譜移動(dòng)。
圖8示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，更具體地說是一種小陣列，其包括建立在可佩戴探測(cè)器中的微井(microwells)，可佩戴探測(cè)器還包括便攜式光源和光探測(cè)器如電荷耦合器(CCD)或光電二極管陣列。
圖9示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，更具體地說是一種用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成的微井卟啉陣列井板。
圖10示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，更具體地說是一種包括有加工的特氟隆柱的微板，在該微板上將卟啉陣列固定在聚合物基體(聚苯乙烯/鄰苯二甲酸二丁酯)中。
圖11示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，示出圖10所示類型的微板，其由四種金屬卟啉的縮微(minimized)陣列組成，并示出濃度均為1.8ppm的正辛胺、十二烷硫醇和三正丁基膦的顏色變化圖案。
圖12示出本發(fā)明對(duì)水蒸汽干擾的免疫性。
圖13示出本發(fā)明中的甲硅烷氧基取代的雙穴(bis-pocket)卟啉的合成。
圖14a，14b和14c示出各種卟啉的不同Keq值。
圖15示出Zn(Si6PP)(左欄)和Zn(Si8PP)(右欄)的分子模型。
具體實(shí)施例方式
生產(chǎn)本發(fā)明的傳感器板圖1示出根據(jù)本發(fā)明制成的傳感器板(sensor plate)10。傳感器板10包括反應(yīng)時(shí)能夠變色(如鍵聯(lián)、π-π絡(luò)合或極性誘導(dǎo)的顏色變化)的各種傳感元件或染料14的二維空間溶解(spatially resolved)陣列12。如圖1所示，通過二維色譜或直接沉積能夠使這些染料庫(kù)14空間溶解，直接沉積包括但不限定為噴墨印刷、微量移液管定點(diǎn)涂色(micropipette spotting)、絲網(wǎng)印刷(screenprinting)或沖壓(stamping)。在圖1中，金屬卟啉混合物6置于原點(diǎn)7處。然后通過二氧化硅凝膠或反相二氧化硅凝膠5在傳感器板10中洗脫金屬卟啉混合物6，金屬卟啉相互空間溶解后如圖1中所示的橢圓形或圓形4那樣固定在二氧化硅凝膠5中。傳感器板10可由任何合適的一種或多種材料制成，這些材料包括但不限定為色譜板、紙、濾紙、多孔膜或適當(dāng)加工的聚合物、玻璃或金屬。
圖1還示出本發(fā)明的光學(xué)傳感器板的一個(gè)實(shí)施方案，在傳感器板10的y軸中使用第一種洗脫液8，在x軸中使用第二種洗脫液9。在該實(shí)施方案中，第一種洗脫液8是R-OH/己烷，第二種洗脫液9是R-SH/己烷。第一種洗脫液和第二種洗脫液的順序可以顛倒。第一種洗脫液和第二種洗脫液用于在二氧化硅凝膠5中空間溶解金屬卟啉混合物6。如圖1所示，左上首象限3的特征在于金屬卟啉是″硬″選擇性的，即，具有高化學(xué)硬度的金屬中心，即，具有高電荷密度。如圖1所示，右下首象限2的特征在于金屬卟啉是″軟″選擇性的，即，具有低化學(xué)硬度的金屬中心，即，具有低電荷密度。根據(jù)本發(fā)明，陣列可以是空間溶解的染料集合，更具體地說是空間溶解的染料的組合族。
根據(jù)本發(fā)明，首先制備卟啉-金屬卟啉傳感器板，然后用于探測(cè)各種有氣味物質(zhì)。更具體地說，各種金屬化四苯基卟啉在二氯甲烷或氯苯中的溶液以1μL等分試樣涂到二碳(″C2″，即乙基封端的)反相二氧化硅薄層色譜板(Whatman，Inc.，Clifton，New Jersey生產(chǎn)的產(chǎn)品，號(hào)碼為4809-800)上，產(chǎn)生圖2B所示的傳感器陣列16。如圖2B所示和下表1所歸總的那樣，這些染料具有下述色彩(其中，確切的色彩取決于掃描儀的設(shè)置)。
表1(圖2B中染料的色彩歸總)

圖2A所示的本發(fā)明的金屬卟啉15有時(shí)稱為M(TPP)。圖2A還示出本發(fā)明的金屬卟啉15的各種金屬及相應(yīng)的金屬離子電荷與半徑的比(即Z/r比)，用_-1表示。為了探測(cè)多種金屬配位分析物，Z/r比應(yīng)優(yōu)選具有很寬的范圍。這些金屬卟啉在固體支撐件上具有優(yōu)秀的化學(xué)穩(wěn)定性，并且大多數(shù)都具有研究透徹的溶液配位化學(xué)性質(zhì)。選擇反相二氧化硅作為圖2B所示的金屬卟啉陣列16的非反應(yīng)性分散介質(zhì)及合適的漫反射光譜測(cè)量表面。更重要地是，反相二氧化硅具有疏水性界面，這就從根本上排除了大氣中水蒸汽的干擾。涂覆后，象圖2B中所示的傳感器板18在使用前先在50℃的真空下干燥1小時(shí)。由此使金屬卟啉固定在反相二氧化硅支撐件上。雖然圖2A中顯示的是十(10)種不同的金屬卟啉，但是本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到本發(fā)明中可以使用多種其它金屬卟啉。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，所有能和分析物反應(yīng)時(shí)變色的染料，不管含有或不含有金屬離子，都能用在本發(fā)明的陣列中。
用傳感器板進(jìn)行比色分析為了根據(jù)本發(fā)明探測(cè)和分析有氣味物質(zhì)，需要監(jiān)測(cè)空間溶解形式的傳感器板在一個(gè)或多個(gè)波長(zhǎng)下的吸光度。這可以用成像分光光度計(jì)、簡(jiǎn)單的平面掃描儀(如Hewlett Packard Scanjet 3c)或便宜的錄象機(jī)或CCD照相機(jī)完成。
圖3A示出本發(fā)明的蒸汽暴露裝置(vapor exposure apparatus)19。圖3B示出本發(fā)明的蒸汽暴露流動(dòng)池20的底片21的頂視圖和側(cè)視圖及頂片21′的頂視圖。在本發(fā)明的一個(gè)說明性實(shí)施方案中，如圖3A和3B所示，每一個(gè)傳感器板18都置于安裝有石英窗22的不銹鋼流動(dòng)池20內(nèi)。在商購(gòu)的2000dpi分辨率的平面掃描儀24(Hewlett Packard Scanjet 3c)上以全色模式(full colormode)掃描傳感器板18。開始掃描后，用第一種純氮?dú)鈿饬?6進(jìn)行對(duì)照實(shí)驗(yàn)。然后將板18的陣列16暴露于用待測(cè)液體分析物30飽和的第二種氮?dú)鈿饬?8中。如圖3A所示，用液體分析物30飽和的氮?dú)鈿饬?8得到飽和蒸汽32。使氮?dú)鈿饬?8以0.47L/min的流速流經(jīng)水夾套的(water-jacketed)玻璃熔結(jié)的鼓泡器(bubbler)34中的純液體分析物30時(shí)能夠生成含待測(cè)分析物30的飽和蒸汽32。通過調(diào)節(jié)鼓泡器34的溫度控制蒸汽壓。如圖3B所示，蒸汽管道23使蒸汽流至傳感器板18。
實(shí)施例1以不同的時(shí)間間隔進(jìn)行掃描，用原始掃描的紅、綠和藍(lán)色值(″RGB″)減去新圖像的紅、綠和藍(lán)色值得到顏色變化圖案。圖4中示出正丁胺的顏色變化圖案，其中，金屬卟啉傳感器陣列16的顏色變化圖案是暴露于正丁胺蒸汽中的時(shí)間的函數(shù)。從暴露于N2中5分鐘后的掃描減去開始的掃描作為對(duì)照，如圖所示，其為黑色反應(yīng)。然后使N2中9.3％的正丁胺通過陣列并在30秒、5分鐘和15分鐘后進(jìn)行掃描。減去紅、綠和藍(lán)色值(″RGB″)模式的圖像(絕對(duì)值)，得到顯示的顏色變化圖案。實(shí)際上所有的卟啉在暴露30秒后都已飽和，對(duì)于每一類分析物都產(chǎn)生一種獨(dú)有的顏色指紋圖譜，其示于圖4中。
更具體地說，從暴露于N2中5分鐘后的掃描減去開始的掃描40作為對(duì)照，如圖4所示，得到黑色反應(yīng)。然后使含0.093％正丁胺的氮?dú)鈿饬魍ㄟ^陣列16并在暴露30秒、5分鐘和15分鐘后分別進(jìn)行掃描42、44和46。用Adobe PhotoshopTM(包括標(biāo)準(zhǔn)圖像分析軟件)減去RGB模式的圖像(絕對(duì)值)，并通過放大象素范圍(把每一種R，、G和B值都從32數(shù)值范圍放大到256的數(shù)值范圍)使其對(duì)比度增強(qiáng)。減去暴露和未暴露圖像，得到色調(diào)和強(qiáng)度都變化的顏色變化圖案。因?yàn)樘綔y(cè)器的陣列提供了這種差別，所以該系統(tǒng)與哺乳動(dòng)物嗅覺系統(tǒng)相平行。如圖4所示和下表2所歸總的那樣，這些染料在掃描42、44和46中具有下述顏色。
表2(圖4中染料的顏色歸總，掃描42、44和46)

如下表3所歸總的那樣，對(duì)于圖4左手側(cè)所示的TTP陣列16，這些染料具有下述顏色。
表3

實(shí)施例2金屬中心配位時(shí)會(huì)發(fā)生可視光譜移動(dòng)和吸收強(qiáng)度的差別，導(dǎo)致易于觀察的顏色變化。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員都知道光譜移動(dòng)的大小與配位體的極化度相關(guān)；因此，在識(shí)別分析物時(shí)存在有電子基礎(chǔ)。使用具有一定范圍的化學(xué)硬度和配位體鍵聯(lián)親和力的金屬中心時(shí)可以區(qū)分很寬范圍的揮發(fā)性分析物(包括軟配位體如硫醇和硬配位體如胺)。因?yàn)檫策谌軇O性變化時(shí)在其吸收帶中顯示出波長(zhǎng)和強(qiáng)度變化，所以本發(fā)明的方法和設(shè)備可以用于比色區(qū)分一系列弱配位溶劑蒸汽(如，芳烴、鹵代烴或酮)，正如圖5所示的那樣。
圖5示出多種分析物在飽和時(shí)的顏色變化的比較。在能夠識(shí)別每一種分析物的有顏色的陣列16下確定每一種分析物。DMF表示二甲基甲酰胺分析物；THF表示四氫呋喃分析物。如圖5所示和下表4所歸總的那樣，每一種染料對(duì)一種特定分析物所反應(yīng)的顏色如下。
表4分析物DMF

分析物乙醇

分析物吡啶

分析物己胺

分析物乙腈

分析物丙酮

分析物THF

分析物CH2Cl2

分析物CHCl3

分析物P(OC2H5)3

分析物P(C4H9)3

分析物C6H13SH

分析物(C3H7)2S

分析物苯


如圖1所示，配位體的柔軟度(大致是其極化度)從左向右、從上向下增加。每一種分析物都易于與其它分析物區(qū)分開，在化學(xué)結(jié)構(gòu)類似的物質(zhì)中(如吡啶和正己胺)存在同族相似性。能夠檢測(cè)分析物的原因既在于金屬特異性的配位親和力又在于其在配位時(shí)特異性的獨(dú)特的顏色變化。每一種分析物都以20℃(為了確保完全飽和，要暴露于蒸汽中30分鐘)的分析物蒸汽飽和的氮?dú)鈿饬餍问絺魉偷疥嚵兄小ｋm然這些指紋圖案是通過暴露于飽和蒸汽(幾千ppm)中得到的，但是在非常低的濃度下也能識(shí)別這些獨(dú)特的圖案。
金屬卟啉陣列16已用于定量分析單種分析物和用于識(shí)別蒸汽混合物。因?yàn)閳D像的顏色通道數(shù)據(jù)(即RGB值)隨卟啉濃度線性變化，所以我們能夠定量分析單種卟啉對(duì)不同分析物的反應(yīng)。對(duì)每個(gè)點(diǎn)都收集顏色通道數(shù)據(jù)并以量(Rplt-Rspt)/(Rplt)作圖，其中，Rplt是開始時(shí)二氧化硅表面的紅色通道值，Rspt是該點(diǎn)的平均值。例如，F(xiàn)e(TFPP)(Cl)在0-1.5ppm內(nèi)對(duì)辛胺產(chǎn)生線性反應(yīng)。其它卟啉也具有線性反應(yīng)范圍，其范圍隨配位體的親和力(即平衡常數(shù))而改變。
實(shí)施例3如圖6所示，本發(fā)明的陣列即使對(duì)強(qiáng)配位體如吡啶和亞磷酸鹽的分析物混合物也能產(chǎn)生可翻譯的和可逆的反應(yīng)?；旌衔锏念伾兓瘓D案不同于任一種純蒸汽的顏色變化圖案。如圖6所示，當(dāng)蒸汽混合物在純分析物極點(diǎn)之間循環(huán)時(shí)，該分析物對(duì)顯示出良好的可逆性，圖6示出對(duì)2-甲基吡啶(″2MEPY″)和亞磷酸三甲酯(″TMP″)混合物的二組分飽和反應(yīng)。將兩種分析物飽和的N2氣流以可變流速混和得到蒸汽混合物。將單板首先暴露于N2中的純亞磷酸三甲酯蒸汽中(掃描A)，然后增加2-甲基吡啶的摩爾分?jǐn)?shù)直至達(dá)到純2-甲基吡啶蒸汽(掃描C)，然后減少2-甲基吡啶的摩爾分?jǐn)?shù)直至回到純亞磷酸三甲酯蒸汽。在這兩種方向下在相同亞磷酸三甲酯摩爾分?jǐn)?shù)時(shí)進(jìn)行掃描，圖6顯示其具有優(yōu)秀的可逆性；圖6還示出亞磷酸三甲酯的摩爾分?jǐn)?shù)為67％時(shí)的掃描(χtmp＝0.67，掃描B和D)及其差值圖(掃描E)。各種卟啉的反應(yīng)曲線能夠?qū)旌衔锏慕M成進(jìn)行定量分析。暴露于分析物TMP和2MEPY中時(shí)每一種染料的顏色示于圖6，并歸總于下表5中。
表5掃描A，分析物純TMP

掃描B，分析物TMP，χtmp＝0.67

掃描C，分析物純2MEPY

掃描D，分析物TMP，χtmp＝0.67


掃描E

實(shí)施例4在我們努力理解暴露于蒸汽中顏色變化的原因時(shí)，在單種卟啉暴露于分析物蒸汽的前后得到單種卟啉點(diǎn)的漫反射光譜。卟啉溶液以50μL等分試樣涂到板上后在50℃的真空下干燥。然后用安裝有積分球的UV可見光分光光度計(jì)測(cè)板的漫反射光譜。暴露于分析物中時(shí)觀察到的獨(dú)特的光譜移動(dòng)與從溶液配位看到的光譜移動(dòng)有很好的關(guān)聯(lián)。例如，Zn(TPP)暴露于乙醇和吡啶中得到的獨(dú)特的光譜移動(dòng)與暴露于溶液中的配位體中得到的光譜移動(dòng)非常相似。圖7示出Zn(TPP)暴露于二氯甲烷溶液中的乙醇和吡啶(py)中(A)和在反相支撐件上(B)的光譜移動(dòng)的比較。在A和B中，譜帶從左向右分別對(duì)應(yīng)于Zn(TPP)、Zn(TPP)(C2H5OH)和Zn(TPP)(py)。用Hitachi U-3300分光光度計(jì)收集溶液光譜(A)；Zn(TPP)、C2H5OH和py的濃度分別約為2μM、170mM和200μM。用所配置的積分球得到暴露于分析物之前、暴露于N2中的乙醇蒸汽中后和暴露于N2中的吡啶蒸汽中30分鐘后的漫反射光譜(B)。每一種都使用流動(dòng)池(flow cell)。
低濃度反應(yīng)的改進(jìn)盡管由于板18上二氧化硅的大表面積使得反應(yīng)時(shí)間變慢，但是對(duì)于辛胺蒸汽來說，低至460ppb的濃度也能觀察到顏色變化。C2板的表面積約為350m2/g。從板18上除去卟啉斑點(diǎn)周圍過多的二氧化硅凝膠能夠很大地改進(jìn)其暴露于痕量辛胺中的反應(yīng)時(shí)間。因?yàn)榉聪喽趸璞砻娴拇蟊砻娣e是反應(yīng)時(shí)間增加的主要原因，所以可以使用其它固體支撐或成膜的方法改進(jìn)低濃度反應(yīng)。
另外，本發(fā)明嘗試用小井60(＜1mm)使陣列小型化，例如，在玻璃、石英或聚合物中支撐作為薄膜的金屬卟啉或其它染料，這些染料是作為溶液通過液滴分散而沉積的，或作為帶有金屬卟啉的聚合物溶液而沉積的。
這些實(shí)施方案示于圖8、9和10中。圖8示出將微板60界面連接至由CCD 70、微板72和光源74組成的組合件中。圖9示出本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方案，更具體地說是一種用聚二甲基硅氧烷(PDMS)制成的微井卟啉陣列井板80。圖9中所示染料的顏色歸總于下表6中。
表6

圖10示出金屬卟啉/聚合物(聚苯乙烯/鄰苯二甲酸二丁酯)溶液在板上的沉積，該板包括一系列微加工的Teflon_柱100，這些柱相互之間的基本位置與圖2A和2B中所示的相同。圖10中間的染料的顏色歸總于下表7中。
表7

圖10右手側(cè)染料的顏色歸總于下表8中。表8


將除起泡性稀奶油外的所有配料放入Hobart混合機(jī)中并且混合5分鐘。在此開始的5分鐘之后，將起泡性稀奶油添加到混合機(jī)中并且混合第二個(gè)2分鐘。增香咖啡飲料制備飲料(1000ml)，即通過將82g干混物和添加的918ml的180°F(82℃)水混合。該飲料含有總共8.2％的固形物(可溶和不可溶固形物)，水溶性物質(zhì)與水不溶性物質(zhì)比(S/I)＝2.96，水不溶性物質(zhì)與水溶性物質(zhì)比(I/S)為0.338，并且每單位體積的水不溶性物質(zhì)(I/V)＝0.0207g/cc。
圖12示出本發(fā)明對(duì)水蒸汽干擾的免疫性。反相的疏水性大大地支撐了待測(cè)的大氣中的水蒸汽產(chǎn)生的任何可能的影響。例如，如圖12所示，將陣列暴露于正己胺(在N2中的濃度為0.86％)中得到的顏色指紋圖案與暴露于摻有大量水蒸汽的正己胺(在N2中有1.2％的H2O和0.48％的己胺)中得到的顏色指紋圖案相同。參考掃描120、122和124。在有大量水背景存在的情況下能夠易于探測(cè)物質(zhì)這一事實(shí)表明其比用極性聚合物作為傳感器陣列的一部分的質(zhì)量-靈敏性探測(cè)技術(shù)或方法更優(yōu)越。圖12中所示的顏色圖案歸總于下表10中。
表10掃描120

掃描122

掃描124

本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案的附加特征前面已經(jīng)對(duì)電子區(qū)分進(jìn)行了說明，但是本發(fā)明還有一個(gè)重要的目的是分析物的形狀選擇性區(qū)分(如，正己胺對(duì)環(huán)己胺)。這種區(qū)分可以使用限制空間接近金屬離子的功能化金屬卟啉。例如，我們能夠控制各種含氮配位體與枝狀體金屬卟啉的配位反應(yīng)并能在大于104的范圍內(nèi)誘導(dǎo)選擇性。最初我們想嘗試形狀選擇性探測(cè)，所以在傳感陣列中使用了略微受阻的四(2，4，6-三甲氧苯基)卟啉(TTMPP)。使用這些卟啉時(shí)，叔丁胺和正丁胺的指紋圖案區(qū)別很小，環(huán)己胺和正己胺也如此?？梢灶A(yù)料使用位阻更大的金屬卟啉時(shí)，本發(fā)明能夠產(chǎn)生更大的視覺差別。這樣的卟啉包括周圍被枝狀體、甲硅烷氧基、苯基、叔丁基及其它大取代基修飾的那些卟啉，并且至少在卟啉的一個(gè)面(優(yōu)選兩個(gè)面)上有多個(gè)空間上受限的穴(pockets)。
可以預(yù)料本發(fā)明的傳感器板可以用類似的方式探測(cè)液體或溶液或固體的分析物。能夠探測(cè)液體或溶液或固體形式的分析物的設(shè)備可以稱為人工舌。選擇合適的金屬絡(luò)合物和固體支撐件能夠使其不溶解在待分析的溶液中。表面支撐件優(yōu)選對(duì)所有載體溶劑都排斥，這樣有助于探測(cè)溶液中的痕量分析物；例如，對(duì)水溶液進(jìn)行分析，因?yàn)榉聪喽趸璨粫?huì)直接被水潤(rùn)濕，所以反相二氧化硅作為支撐件是有利的。
在本發(fā)明中，替代性傳感器可以包括暴露于分析物中時(shí)能夠變色且在紫外、可見光或近紅外光譜中有強(qiáng)吸光度的所有其它染料或金屬絡(luò)合物。這些替代性傳感器包括但不限定為各種大環(huán)和非大環(huán)的物質(zhì)如二氫卟酚類和葉綠素類、酞菁染料和金屬酞菁染料、salen型化合物及其金屬絡(luò)合物、或其它含金屬的染料。
本發(fā)明可用于探測(cè)多種分析物，而不論這些分析物的物理形式如何。即，本發(fā)明可用于探測(cè)所有散發(fā)蒸汽的物質(zhì)，包括液體、固體或氣體形式，甚至當(dāng)其與其它散發(fā)蒸汽的物質(zhì)混和時(shí)，如這些物質(zhì)的溶液混合物。
本發(fā)明可以以金屬卟啉的組合庫(kù)的形式使用，以對(duì)基物(substrate)進(jìn)行形狀選擇性探測(cè)，其中，卟啉首先鍵聯(lián)大環(huán)周邊或金屬上的取代基，然后通過(部分)色譜或電泳分離使其二維地物理分散。
為了識(shí)別手性基物，本發(fā)明使用的大環(huán)物質(zhì)的周邊上可以有手性取代基，手性基物包括但不限定為藥品、天然產(chǎn)品、血液或體液組分。
本發(fā)明可基于能夠和本發(fā)明的金屬卟啉陣列傳感器反應(yīng)的表面蛋白質(zhì)、低聚糖、抗原等而用于分析生物體(biological entities)。另外，本發(fā)明的傳感器可用于特異性識(shí)別各種細(xì)菌或病毒。
本發(fā)明可基于能夠和金屬卟啉陣列傳感器發(fā)生表面反應(yīng)的序列特異性而用于分析核酸序列。本發(fā)明的傳感器可用于特異性識(shí)別核酸的各個(gè)序列。在這方面特別有用的卟啉上的取代基是公知的DNA插入分子和核酸低聚物。
本發(fā)明可以使用帶有染料如金屬卟啉微陣列的普通平面掃描儀和便攜式微型探測(cè)器如CCD探測(cè)器。
本發(fā)明可用于改進(jìn)靈敏度、液體和溶液的自動(dòng)圖案識(shí)別及生物和生物化學(xué)樣品的分析。
和卟啉周邊鍵聯(lián)的超結(jié)構(gòu)本發(fā)明包括具有和卟啉周邊鍵聯(lián)的超結(jié)構(gòu)(superstructure)的改性卟啉。和本發(fā)明的卟啉周邊鍵聯(lián)的超結(jié)構(gòu)包括處于卟啉邊緣并與之鍵聯(lián)的任何附加結(jié)構(gòu)元素或化學(xué)結(jié)構(gòu)。
超結(jié)構(gòu)可以包括所有特征在于具有某些選擇性的結(jié)構(gòu)元素或化學(xué)結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠認(rèn)識(shí)到本發(fā)明的超結(jié)構(gòu)包括形狀選擇性、極性選擇性、inantio選擇性、區(qū)位選擇性、氫鍵選擇性和酸堿選擇性的超結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)可以包括甲硅烷氧基取代的取代基和非甲硅烷氧基取代的取代基，非甲硅烷氧基取代的取代基包括但不限定為芳基取代基、烷基取代基和有機(jī)、有機(jī)金屬及無機(jī)官能團(tuán)取代基。
超結(jié)構(gòu)雙穴卟啉已經(jīng)合成出許多改性卟啉，以模擬血紅素蛋白的酶功能的各個(gè)方面，特別是氧鍵聯(lián)(肌球素和血色素)和基物氧化(細(xì)胞色素P-450)。參見Suslick，K.S.；Reinert，T.J.J.Chem.Ed.1985，62，974；Collman，J.P.；Zhang，X.；Lee，V.J.；Uffelman，E.S.；Brauman，J.I.Science 1993，261，1404；Collman，J.P.；Zhang，X.in Comprehensive Supramolecular Chemistry；Atwood，J.L.；Davies，J.E.D.；MacNicol，D.D.；Vogtel，F(xiàn).Eds.； PergamonNew York，1996；vol.5，pp.1-32；Suslick，K.S.；van Deusen-Jeffries，S.in Comprehensive SupramolecularChemistry；Atwood，J.L.；Davies，J.E.D.；MacNicol，D.D.；Vogtel，F(xiàn).Eds.；PergamonNew York，1996；vol.5，pp.141-170；Suslick，K..S.in Activation andFunctionalization of Alkanes；Hill，C.L.，ed.；Wiley & SonsNew York，1989；pp.219-241。許多血紅素蛋白的重要性能是其明顯的基物選擇性；但是，高區(qū)位選擇性合成催化劑的發(fā)展還處于早期階段。分子上一個(gè)位置與其它位置的區(qū)別及許多類似分子之間的識(shí)別都對(duì)工業(yè)化學(xué)和生物化學(xué)提出了困難而重要的挑戰(zhàn)。參見Metalloporphyrins in Catalytic Oxidations；Sheldon，R.A.Ed.Marcel DekkerNew York，1994。盡管文獻(xiàn)中已經(jīng)公開了簡(jiǎn)單的合成金屬卟啉的軸向配位性能，參見Bampos，N.；Marvaud，V.；Sanders，J.K.M.Chem.Eur.J.1998，4，325；Stibrany，R.T.；Vasudevan，J.；Knapp，S.；Potenza，J.A.；Emge，T.；Schugar，H.J.J.Am.Chem.Soc.1996，118，3980，但是對(duì)周邊改性的金屬卟啉的配位的大小和形狀控制沒有進(jìn)行過很多研究，一些值得注意的例外情況是只觀察到有限的選擇性。參見Bhyrappa，P.；Vaijayanthimala，G.；Suslick，K.S.J.Am.Chem.Soc.1999，121，262；Imai，H.；Nakagawa，S.；Kyuno，E.J.Am.Chem.Soc.1992，114，6719。
本發(fā)明包括5，10，15，20-四(2′，6′-二羥苯基)卟啉鋅(II)和叔丁基二甲基甲硅烷基氯化物的反應(yīng)得到的甲硅烷基醚-金屬卟啉骨架的合成、表征和顯著的形狀選擇性配位反應(yīng)，其中，卟啉鋅(II)的兩個(gè)面受到六、七或八個(gè)甲硅烷氧基保護(hù)。這將產(chǎn)生一組電子學(xué)幾乎近似而卟啉中存在的中心金屬原子周圍的空間位阻不同的三種卟啉。多類不同大小的配位體與Zn的配位反應(yīng)顯示出的形狀選擇性大至107。
根據(jù)圖13所示的機(jī)理制備一族甲硅烷氧基取代的雙穴卟啉?？梢愿鶕?jù)圖13所示機(jī)理制備的卟啉的縮寫如下Zn(TPP)，5，10，15，20-四苯基卟啉鋅(II)；Zn[(OH)6PP]，5-苯基-10，15，20-三(2/，6/-二羥苯基)卟啉鋅(II)；Zn[(OH)8PP]，5，10，15，20-四(2/，6/-二羥苯基)卟啉鋅(II)；Zn(Si6PP)，5(苯基)-10，15，20-三(2/，6/-二甲硅烷氧苯基)卟啉鋅(II)；Zn(Si7OHPP)，5，10，15-三(2/，6/-二甲硅烷氧苯基)-20-(2/-羥基-6/-甲硅烷氧苯基)卟啉鋅(II)；Zn(Si8PP)，5，10，15，20-四(2/，6/-二甲硅烷氧苯基)卟啉鋅(II)。
下面詳述Zn[(OH)6PP]、Zn(Si6PP)和Zn(Si8PP)的合成。相應(yīng)的游離堿甲氧基化合物脫甲基(參見Momenteau，M.；Mispelter，J.；Loock，B.；Bisagni，E.J.Chem.Soc.Perkin Trans.1，1983，189)后嵌入鋅(II)可得到Zn[(OH)6PP]和Zn[(OH)8PP](參見Bhyrappa，P.；Vaijayanthimala，G.；Suslick，K.S.J.Am.Chem.Soc.1999，121，262)。甲氧基卟啉是吡咯和各種苯甲醛按照Lindsey程序進(jìn)行酸催化縮合反應(yīng)合成的。參見Lindsey，J.S.；Wagner，R.W.J.Org.Chem.1989，54，828。用Zn(O2CCH3)2在甲醇中進(jìn)行金屬化。在咪唑存在下通過攪拌羥基卟啉絡(luò)合物和TBDMSiCl(即，叔丁基二甲基甲硅烷基氯化物)的DMF溶液向金屬卟啉中引入叔丁基二甲基甲硅烷基。參見Corey，E.J；Venkateswarlu，A.J.Am.Chem.Soc. 1972，94，6190。八(Zn(Si8PP))、七(Zn(Si7OHPP))和六(Zn(Si6PP))甲硅烷基醚卟啉是分別由Zn[(OH)8PP]和Zn[(OH)6PP]得到的。用二氧化硅凝膠柱色譜純化這些化合物，然后用UV-可見光，1H-NMR、HPLC和MALDI-TOF MS對(duì)其完全表征。
在25℃的甲苯中用不同形狀和大小的含氮堿的軸向配位探測(cè)這些雙穴Zn甲硅烷基醚卟啉鍵聯(lián)位點(diǎn)的大小和形狀的選擇性。之所以選擇Zn(II)卟啉是因?yàn)樗鼈冊(cè)谌芤褐幸话阒绘I聯(lián)單軸向配位體。在卟啉溶液中連續(xù)加入配位體將產(chǎn)生卟啉鋅絡(luò)合物配位典型的索瑞帶的紅移。從這些卟啉的電子譜圖中無法證明卟啉的電子結(jié)構(gòu)發(fā)生了大的變形。用標(biāo)準(zhǔn)程序評(píng)價(jià)結(jié)合常數(shù)(Keq)和結(jié)合組成(通常為1∶1)。參見Collman，J.P.；Brauman，J.I.；Doxsee，K.M.；Halbert，T.R.；Hayes，S.E.；Suslick，K.S.J.Am.Chem.Soc.1978，100，2761；Suslick，K.S.；Fox，M.M.；Reinert，T.J.Am.Chem.Soc.1984，106，4522。圖14a、14b和14c中示出甲硅烷基醚卟啉和不同種類的含氮堿的Keq值與空間結(jié)構(gòu)不是所需的Zn(TPP)的對(duì)比。值得注意的是在這些平衡測(cè)定和現(xiàn)有的動(dòng)力控制環(huán)氧化和羥基化中形狀選擇的相似性。參見Collman，J.P.；Zhang，X.inComprehensive Supramolecular Chemistry；Atwood，J.L.；Davies，J.E.D.；MacNicol，D.D.；Vogtel，F(xiàn).Eds.；PergamonNew York，1996；vol.5，pp.1-32；Suslick，K.S.；van Deusen-Jeffries，S.In Comprehensive SupramolecularChemistry；Atwood，J.L.；Davies，J.E.D.；MacNicol，D.D.；Vogtel，F(xiàn).Eds.；PergamonNew York，1996；vol.5，pp.141-170；Suslick，K.S.in Activation andFunctionalization of Alkanes；Hill，C.L.，ed.；Wiley & SonsNew York，1989；pp.219-241；Bhyrappa，P.；Young，J.K.；Moore，J.S.；Suslick，K.S.J.Am.Chem.Soc.，1996，118，5708-5711；Suslick，K.S.；Cook，B.R.J.Chem.Soc.，Chem.Comm.1987，200-202；Cook，B.R.；Reinert，T.J.；Suslic，K.S.J.Am.Chem.Soc.1986，108，7281-7286；Suslick，K.S.；Cook，B.R.；Fox，M.M.J.Chem.Soc.，Chem.Commun.1985，580-582。平衡配位的選擇性看起來大大高于形狀類似的基物的不可逆氧化的選擇性。
參看圖14a、14b和14c，相對(duì)于Zn(TPP)，甲硅烷基醚卟啉的結(jié)合常數(shù)對(duì)基物的形狀和大小非常敏感。相對(duì)于Zn(TPP)，不同胺的結(jié)合常數(shù)可以控制在101-107范圍內(nèi)?？梢哉J(rèn)為這些選擇性源自叔丁基二甲基甲硅烷氧基取代基的甲基所產(chǎn)生的強(qiáng)空間排斥力。即使對(duì)于線性胺和小的環(huán)狀胺(如，氮雜環(huán)丁烷和吡咯烷)來說，這些大的甲硅烷基醚基團(tuán)所產(chǎn)生的空間擁擠也是很明顯的。
正如公知的空間理論所預(yù)期的那樣(參看圖14a、14b和14c)，每一個(gè)面上有三個(gè)和有四個(gè)甲硅烷基醚基團(tuán)的卟啉(如六和八甲硅烷基醚卟啉)的Keq有很大的差別。但是，即使在如六和七甲硅烷基醚卟啉之間，結(jié)合方式也有很大的差別?？梢哉J(rèn)為其原因可能是大環(huán)在六和七甲硅烷基醚卟啉中的突起(doming)，這相對(duì)于八甲硅烷基醚卟啉來說削弱了空間限制。這種突起對(duì)兩面不同的卟啉來說特別重要。七甲硅烷基醚的游離羥基官能團(tuán)在雙功能配位體(如，游離氨基酸)的結(jié)合中可能起作用。但是，對(duì)于本申請(qǐng)中的簡(jiǎn)單胺，我們還沒有任何特殊效應(yīng)的證據(jù)。
這些甲硅烷基醚卟啉對(duì)于正線性胺來說比對(duì)其環(huán)狀相似物具有更大的選擇性。對(duì)于系列線性胺來說(正丙胺至正癸胺)，每一種甲硅烷基醚卟啉的Keq都非常類似。線性和環(huán)狀伯胺(圖14a，正丁胺和環(huán)己胺)的相對(duì)Kea有很大的不同對(duì)于Zn(TPP)、Zn(Si6PP)、Zn(Si7OHPP)和Zn(Si8PP)來說，Keq線性/Keq環(huán)狀的范圍分別是1-23、1-115和1-＞200。因此能夠區(qū)別線性和環(huán)狀化合物。
在這組雙穴卟啉中，環(huán)狀2°胺(圖14b)系列具有很大的大小及形狀選擇性。但是，這些胺與Zn(TPP)的結(jié)合常數(shù)非常相似。相反，甲硅烷基醚卟啉的Keq值在很大程度上取決于環(huán)的大小和其周邊的取代基。即使是對(duì)于帶有非鄰位甲基取代基的緊密芳香族配位體(圖14c)來說，這些形狀選擇性結(jié)合位點(diǎn)的效應(yīng)也很明顯。
這些甲硅烷基醚卟啉的分子結(jié)構(gòu)能夠解釋其配位選擇性。參見圖15所示的Zn(Si8PP)的X射線單晶結(jié)構(gòu)，Zn(Si8PP)的X射線單晶結(jié)構(gòu)已經(jīng)溶解在三斜晶Pl條帶空間群中。如圖15所示，Zn(Si6PP)(能量最小化的分子模型)和Zn(Si8PP)(單晶X射線結(jié)構(gòu))具有明顯不同的結(jié)合穴。在八甲硅烷基醚卟啉中，甲硅烷氧基穴非常緊地控制卟啉的兩個(gè)面上的頂部入口(top access)。相反，六甲硅烷基醚卟啉的金屬中心明顯更加暴露出來用于配位。
圖15示出Zn(Si6PP)(左欄)和Zn(Si8PP)(右欄)的分子模型。從上到下的圖像對(duì)分別為圓柱體側(cè)視圖、側(cè)視圖和頂視圖；以70％的范德華半徑表示空白填充；卟啉碳原子用紫色表示，氧原子用紅色表示，硅原子用綠色表示，Zn用暗紅色表示。圖中示出Zn(Si8PP)的X射線單晶結(jié)構(gòu)；對(duì)于Zn(Si6PP)，則用來自MSI的Cerius 2得到能量最小化的結(jié)構(gòu)。
總之，用大環(huán)兩個(gè)面上的空間受限的結(jié)合穴制備系列雙穴甲硅烷氧基金屬卟啉絡(luò)合物。我們對(duì)用不同大小和形狀的各種含氮堿對(duì)Zn的配合反應(yīng)進(jìn)行了研究。我們發(fā)現(xiàn)與非受阻金屬卟啉相比，其形狀選擇性大至107。使用各種空間需求的穴還可以微調(diào)(fine-tuning)這些卟啉的配合性能。本申請(qǐng)所示的形狀選擇性與所有生物系統(tǒng)相比具有競(jìng)爭(zhēng)力，或比生物系統(tǒng)優(yōu)越。
合成超結(jié)構(gòu)卟啉和金屬卟啉的例子合成5-苯基-10，15，20-三(2′，6′-二羥基-苯基)-卟啉鋅(II)，Zn[(OH)6PP]2，6-二甲氧基苯甲醛和苯甲醛和吡咯(摩爾比為3∶1∶4)按照Lindsey法進(jìn)行路易斯酸催化，合成游離堿5-苯基-10，15，20-三(2′，6′-二甲氧基苯基)-卟啉。參見Lindsey，J.S.；Wagner，R.W.J.Org.Chem.1989，54，828。用二氧化硅凝膠柱色譜(如果需要，用CH2Cl2作為洗脫液)純化如此形成的產(chǎn)品混合物。所需產(chǎn)品的分離產(chǎn)率為7％(就所用的吡咯重量而言)。用鹽酸吡啶脫甲基化得到相應(yīng)的羥基卟啉。參見Momenteau，M.；Mispelter，J.；Loock，B.；Bisagni，E.J.Chem.Soc.Perkin Trans.1，1983，189。進(jìn)行完本領(lǐng)域普通技術(shù)人員公知的一般操作后，用以乙酸乙酯作為洗脫液的二氧化硅凝膠柱色譜純化粗化合物。第一種餾分是Zn[(OH)6PP]，收集第一種餾分后將溶劑脫除。產(chǎn)品的產(chǎn)率為90％(基于原料羥基卟啉)。H2[(OH)6PP]在丙酮-d6(ppm)中的1H NMR譜圖8.96-8.79(m，8H，b-吡咯H)，8.24(m，2H，鄰位H5-苯基)，8.07和8.02(2s，6H，-OH)，7.83(m，3H，間位，對(duì)位-H5-苯基)，7.50(t，3H，對(duì)位-H羥基苯基)，6.90(d，6H，間位-H羥基苯基)，-2.69(s，2H，亞氨基-H)。元素分析C44H30O6N4.H2O的計(jì)算值C＝72.5，H＝4.4，N＝7.7％，實(shí)驗(yàn)值C＝72.7，H＝4.4，N＝7.4％。該化合物在FAB-MS中的分子離子峰在711處(對(duì)C44H30O6N4計(jì)算的m/z＝710)。
將H2[(OH)6PP]和過量的Zn(O2CCH3)22H2O的甲醇溶液攪拌1小時(shí)得到Zn衍生物。蒸發(fā)甲醇至干燥狀態(tài)，剩余物溶入乙酸乙酯，用水洗滌，然后使有機(jī)層流經(jīng)無水Na2SO4。使?jié)饪s的乙酸乙酯溶液流經(jīng)二氧化硅凝膠柱后收集第一層帶作為所需產(chǎn)品。產(chǎn)品產(chǎn)率幾乎是定量的。Zn(OH)6PP在丙酮-d6(ppm)中的1H NMR譜圖8.95-8.79(m，8H，b-吡咯H)，8.22(m，2H，鄰位-H 5-苯基)，7.79(m，3H，間位，對(duì)位-H 5-苯基)，7.75和7.65(2s，6H，-OH)，7.48(t，3H，對(duì)位-H羥基苯基)，6.88(d，6H，間位-H羥基苯基)。元素分析ZnC44H28O6N4.H2O的計(jì)算值C＝66.7，H＝3.8，N＝7.1，Zn＝8.3％，實(shí)驗(yàn)值C＝66.4，H＝3.8，N＝6.7，Zn＝8.2％。該化合物在FAB-MS中的分子離子峰在774處(對(duì)ZnC44H28O6N4計(jì)算的m/z＝773)。
合成5-苯基-10，15，20-三(2′，6′-二甲硅氧基苯基)-卟啉鋅(II)，Zn(Si6PP)在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將5-苯基-10，15，20-三(2′，6′-二羥基苯基)-卟啉鋅(II)(100mg，0.13mmol)和叔丁基二甲基甲硅烷基氯(1.18g，7.8mmol)的DMF溶液在咪唑(1.2g，17.9mmol)的存在下在60℃下攪拌24小時(shí)，合成出六甲硅烷基醚卟啉。24小時(shí)后用水洗滌反應(yīng)混合物，并在CHCl3中萃取。有機(jī)層在無水Na2SO4上干燥。粗反應(yīng)混合物負(fù)載在短二氧化硅凝膠柱上并用CHCl3/石油醚(1∶1，v/v)混合物洗脫，以除去未反應(yīng)的原料和低甲硅烷基化的產(chǎn)品。用另一個(gè)以CHCl3/石油醚(1∶3，v/v)混合物作為洗脫液的二氧化硅凝膠柱色譜將所需化合物進(jìn)一步純化。基于原料羥基卟啉的產(chǎn)品產(chǎn)率為60％。
其在氯仿-d(ppm)中的1H NMR譜圖8.94-8.82(m，8H，b-吡咯H)，8.20(m，2H，鄰位-H5-苯基)，7.74(m，3H，間位，對(duì)位-H5-苯基)，7.49(t，3H，對(duì)位-H，羥基苯基)，6.91(t，6H，間位-H羥基苯基)，-0.02和-0.34(2s，54H，叔丁基H)，-0.43、-0.78和-1.01(3s，36H，甲基H)。元素分析ZnC80H112O6N4Si6的計(jì)算值C＝65.8，H＝7.7，N＝3.8，Si＝11.5，Zn＝4.5％，實(shí)驗(yàn)值C＝65.5，H＝7.7，N＝3.8，Si＝11.2，Zn＝4.4％。低分辨率的MALDI-TOF質(zhì)譜顯示該化合物的分子離子峰在1457處(對(duì)ZnC80H112O6N4Si6計(jì)算的m/z＝1458)。
合成5，10，15-三(2′，6′-二甲硅氧基苯基)-20-(2′-羥基-6′-甲硅氧基苯基)卟啉鋅(II)，[Zn(Si7OHPP)]和5，10，15，20-四(2′，6′-二甲硅氧基苯基)卟啉鋅(II)，[Zn(Si8PP)]在以前的報(bào)道中已經(jīng)成功地合成了卟啉前驅(qū)體5，10，15，20-四(2′，6′-二羥基苯基)卟啉及其Zn衍生物。參見Bhyrappa，P.；Vaijayanthimala，G.；Suslick，K.S.J.Am.Chem.Soc.1999，121，262。在氮?dú)獗Ｗo(hù)下將5，10，15，20-四(2′，6′-二羥基苯基)卟啉鋅(II)(100mg，0.12mmol)和叔丁基二甲基甲硅烷基氯(1.45g，9.6mmol)的DMF溶液在咪唑(1.50g，22.1mmol)的存在下在60℃下攪拌24小時(shí)，合成出七和八甲硅烷基醚卟啉。常規(guī)操作后將粗產(chǎn)品的混合物負(fù)載在二氧化硅凝膠柱上并用CHCl3/石油醚(1∶1，v/v)混合物洗脫，以除去未反應(yīng)的原料和低甲硅烷基化的產(chǎn)品。從該柱分離出的主產(chǎn)品是七和八甲硅烷基化卟啉的混合物。用另一個(gè)以CHCl3/石油醚(1∶3，v/v)混合物作為洗脫液的二氧化硅凝膠柱色譜將這樣得到的混合物進(jìn)一步純化。分別以45％和30％的產(chǎn)率分離出頭兩個(gè)層帶作為八和七甲硅烷基醚。這兩種化合物都用UV-可見光、1H NMR和MALDI-TOF分光技術(shù)表征。用HPLC校驗(yàn)樣品的均一性。
對(duì)于Zn(Si7OHPP)，其在氯仿-d(ppm)中的1H NMR譜圖8.91(m，8H，b-吡咯H)，7.50(m，4H，對(duì)位-H)，7.01-6.81(m，8H，對(duì)位-H)，0.11至-0.03(12s，105H，叔丁基和甲基H)。元素分析ZnC86H126O8N4Si7的計(jì)算值C＝64.3，H＝7.8，N＝3.5，Si＝12.3，Zn＝4.1％，實(shí)驗(yàn)值C＝63.6，H＝8.1，N＝3.5，Si＝12.1，Zn＝3.9％。低分辨率的MALDI-TOF質(zhì)譜顯示該化合物的分子離子峰在1604處(對(duì)ZnC86H126O8N4Si7計(jì)算的m/z＝1604)。
對(duì)于Zn(Si8PP)，其在氯仿-d(ppm)中的1H NMR譜圖8.89(s，8H，b-吡咯H)，7.49(t，4H，對(duì)位-H)，6.92(d，8H，間位-H)，0.09(s，72H，叔丁基H)，-1.01(s，48H，甲基H)。元素分析ZnC92H140O8N4Si8的計(jì)算值C＝64.2，H＝8.1，N＝3.3，Si＝13.1，Zn＝3.8％，實(shí)驗(yàn)值C＝63.5，H＝8.4，N＝3.3，Si＝12.8，Zn＝4.0％。低分辨率的MALDI-TOF質(zhì)譜顯示該化合物的分子離子峰在1719處(對(duì)ZnC92H140O8N4Si8計(jì)算的m/z＝1718)。
在不背離本發(fā)明的精神和保護(hù)范圍的情況下可以對(duì)本申請(qǐng)所描述和例示的技術(shù)和結(jié)構(gòu)進(jìn)行許多改進(jìn)和變化。因此，本申請(qǐng)所描述和例示的技術(shù)和結(jié)構(gòu)只能理解為是例示性的，并非是為了限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種人工鼻，其包括一個(gè)陣列，該陣列至少包括相結(jié)合的第一種染料和第二種染料且該陣列能夠?qū)Ψ治鑫锂a(chǎn)生特定的光譜反應(yīng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的人工鼻，其中，第一種染料和第二種染料是卟啉。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的人工鼻，其中，第一種染料和第二種染料選自卟啉、二氫卟酚、葉綠素、酞菁染料或salen。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的人工鼻，其中，第一種染料和第二種染料是金屬卟啉。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的人工鼻，其中，第一種和第二種金屬卟啉選自圖2A所示的金屬卟啉。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的人工鼻，其中，陣列如圖2B所示。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的人工鼻，其中，陣列是傳感器板的一部分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的人工鼻，其中，陣列與可視顯示裝置連接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的人工鼻，其中，可視顯示裝置包括掃描儀。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的人工鼻，其中，可視顯示裝置包括電荷耦合器。
11.根據(jù)權(quán)利要求1的人工鼻，其中，陣列是空間溶解的染料集合。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的人工鼻，其中，陣列是空間溶解的的染料的組合族。
13.一種探測(cè)分析物的方法，其包括下述步驟形成至少有第一種染料和第二種染料組合的陣列，使陣列暴露于分析物中，觀察第一種染料和第二種染料對(duì)分析物的光譜反應(yīng)。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，第一種染料和第二種染料是卟啉。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，第一種染料和第二種染料選自卟啉、二氫卟酚、葉綠素、酞菁染料或salen。
16.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，第一種染料和第二種染料是金屬卟啉。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，第一種和第二種金屬卟啉選自圖2A所示的金屬卟啉。
18.根據(jù)權(quán)利要求16的方法，其中，陣列如圖2B所示。
19.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中有將陣列置于傳感器板上的步驟。
20.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中有將陣列與可視顯示裝置或探測(cè)裝置連接的步驟。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，可視顯示裝置包括掃描儀。
22.根據(jù)權(quán)利要求20的方法，其中，可視顯示裝置包括電荷耦合器。
23.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，陣列是空間溶解的染料集合。
24.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，陣列是空間溶解的的染料的組合族。
25.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中還有將光譜反應(yīng)與分析物光譜反應(yīng)的目錄進(jìn)行對(duì)照以識(shí)別分析物的步驟。
26.一種人工舌，其包括一個(gè)陣列，該陣列至少包括相結(jié)合的第一種染料和第二種染料且該陣列能夠?qū)θ芤褐械姆治鑫锘蛞后w分析物、或固體中的分析物或固體分析物產(chǎn)生特定的光譜反應(yīng)。
27.根據(jù)權(quán)利要求26的人工舌，其中，第一種染料和第二種染料是卟啉。
28.根據(jù)權(quán)利要求26的人工舌，其中，第一種染料和第二種染料選自卟啉、二氫卟酚、葉綠素、酞菁染料或salen。
29.根據(jù)權(quán)利要求26的人工舌，其中，第一種染料和第二種染料是金屬卟啉。
30.根據(jù)權(quán)利要求29的人工舌，其中，第一種和第二種金屬卟啉選自圖2A所示的金屬卟啉。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的人工舌，其中，陣列如圖2B所示。
32.根據(jù)權(quán)利要求26的人工舌，其中，陣列是傳感器板的一部分。
33.根據(jù)權(quán)利要求26的人工舌，其中，陣列與可視顯示裝置連接。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的人工舌，其中，可視顯示裝置包括掃描儀。
35.根據(jù)權(quán)利要求33的人工舌，其中，可視顯示裝置包括電荷耦合器。
36.根據(jù)權(quán)利要求26的人工舌，其中，陣列是空間溶解的染料集合。
37.根據(jù)權(quán)利要求26的人工舌，其中，陣列是空間溶解的的染料的組合族。
38.一種人工鼻，其包括一個(gè)陣列，該陣列至少包括相結(jié)合的第一種染料和第二種染料且該陣列能夠?qū)Ψ治鑫锂a(chǎn)生不同的光譜反應(yīng)，其中，第一種染料或第二種染料均是有周邊的卟啉，并且第一種染料或第二種染料中的至少一種具有鍵聯(lián)在其各自周邊上的超結(jié)構(gòu)。
39.根據(jù)權(quán)利要求38的人工鼻，其中，超結(jié)構(gòu)選自甲硅烷氧基取代的取代基和非甲硅烷氧基取代的取代基，這些取代基包括芳基取代基、烷基取代基和有機(jī)、有機(jī)金屬及無機(jī)官能團(tuán)取代基。
40.根據(jù)權(quán)利要求38的人工鼻，其中，超結(jié)構(gòu)是形狀選擇性、極性選擇性、inantio選擇性、區(qū)位選擇性、氫鍵選擇性和酸堿選擇性的。
41.根據(jù)權(quán)利要求38的人工鼻，其中，第一種卟啉或第二種卟啉是甲硅烷氧基取代的雙穴卟啉。
42.根據(jù)權(quán)利要求41的人工鼻，其中，甲硅烷氧基取代的雙穴卟啉是根據(jù)圖13所示的合成路線得到的。
43.根據(jù)權(quán)利要求41的人工鼻，其中，甲硅烷氧基取代的雙穴卟啉選自Zn(TPP)，5，10，15，20-四苯基卟啉鋅(II)；Zn[(OH)6PP]，5-苯基-10，15，20-三(2′，6′-二羥基苯基)-卟啉鋅(II)；Zn[(OH)8PP]，5，10，15，20-四(2′，6′-二羥基苯基)-卟啉鋅(II)；Zn(Si6PP)，5-苯基-10，15，20-三(2′，6′-二甲硅氧基苯基)-卟啉鋅(II)；Zn(Si7OHPP)，5，10，15-三(2′，6′-二甲硅氧基苯基)-20-(2′-羥基-6′-甲硅氧基苯基)卟啉鋅(II)；和Zn(Si8PP)，5，10，15，20-四(2′，6′-二甲硅氧基苯基)卟啉鋅(II)。
44.根據(jù)權(quán)利要求38的人工鼻，其中，陣列是傳感器板的一部分。
45.根據(jù)權(quán)利要求38的人工鼻，其中，陣列與波長(zhǎng)敏感光探測(cè)裝置連接。
46.根據(jù)權(quán)利要求45的人工鼻，其中，波長(zhǎng)敏感光探測(cè)裝置包括掃描儀。
47.根據(jù)權(quán)利要求45的人工鼻，其中，波長(zhǎng)敏感光探測(cè)裝置包括電荷耦合器。
48.根據(jù)權(quán)利要求38的人工鼻，其中，陣列是空間溶解的染料集合。
49.根據(jù)權(quán)利要求38的人工鼻，其中，陣列是空間溶解的的染料的組合族。
50.一種探測(cè)分析物的方法，其包括下述步驟形成至少有第一種染料和第二種染料組合的陣列，使陣列暴露于分析物中，觀察第一種染料和第二種染料對(duì)分析物的光譜反應(yīng)，其中，第一種染料或第二種染料均是有周邊的卟啉，并且第一種卟啉或第二種卟啉中的至少一種具有鍵聯(lián)在其各自周邊上的超結(jié)構(gòu)。
51.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中，超結(jié)構(gòu)選自甲硅烷氧基取代的取代基和非甲硅烷氧基取代的取代基，這些取代基包括芳基取代基、烷基取代基和有機(jī)、有機(jī)金屬及無機(jī)官能團(tuán)取代基。
52.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中，超結(jié)構(gòu)是形狀選擇性、極性選擇性、inantio選擇性、區(qū)位選擇性、氫鍵選擇性和酸堿選擇性的。
53.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中，第一種卟啉或第二種卟啉是甲硅烷氧基取代的雙穴卟啉。
54.根據(jù)權(quán)利要求53的方法，其中，甲硅烷氧基取代的雙穴卟啉是根據(jù)圖13所示的合成路線得到的。
55.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中，甲硅烷氧基取代的雙穴卟啉選自Zn(TPP)，5，10，15，20-四苯基卟啉鋅(II)；Zn[(OH)6PP]，5-苯基-10，15，20-三(2′，6′-二羥基苯基)-卟啉鋅(II)；Zn[(OH)8PP]，5，10，15，20-四(2′，6′-二羥基苯基)-卟啉鋅(II)；Zn(Si6PP)，5-苯基-10，15，20-三(2′，6′-二甲硅氧基苯基)-卟啉鋅(II)；Zn(Si7OHPP)，5，10，15-三(2′，6′-二甲硅氧基苯基)-20-(2′-羥基-6′-甲硅氧基苯基)卟啉鋅(II)；和Zn(Si8PP)，5，10，15，20-四(2′，6′-二甲硅氧基苯基)卟啉鋅(II)。
56.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中有將陣列置于傳感器板上的步驟。
57.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中有將陣列與可視顯示裝置或探測(cè)裝置連接的步驟。
58.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中，波長(zhǎng)敏感光探測(cè)裝置包括掃描儀。
59.根據(jù)權(quán)利要求57的方法，其中，波長(zhǎng)敏感光探測(cè)裝置包括電荷耦合器。
60.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中，陣列是空間溶解的染料集合。
61.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中，陣列是空間溶解的的染料的組合族。
62.根據(jù)權(quán)利要求50的方法，其中還有將光譜反應(yīng)與分析物光譜反應(yīng)的目錄進(jìn)行對(duì)照以識(shí)別分析物的步驟。
63.一種人工舌，其包括一個(gè)陣列，該陣列至少包括相結(jié)合的第一種染料和第二種染料且該陣列能夠?qū)θ芤褐械姆治鑫锘蛞后w分析物、或固體中的分析物或固體分析物產(chǎn)生特定的光譜反應(yīng)，其中，第一種染料或第二種染料均是有周邊的卟啉，并且第一種卟啉或第二種卟啉中的至少一種具有鍵聯(lián)在各自周邊上的超結(jié)構(gòu)。
64.根據(jù)權(quán)利要求63的人工舌，其中，超結(jié)構(gòu)選自甲硅烷氧基取代的取代基和非甲硅烷氧基取代的取代基，這些取代基包括芳基取代基、烷基取代基和有機(jī)、有機(jī)金屬及無機(jī)官能團(tuán)取代基。
65.根據(jù)權(quán)利要求63的人工舌，其中，超結(jié)構(gòu)是形狀選擇性、極性選擇性、inantio選擇性、區(qū)位選擇性、氫鍵選擇性和酸堿選擇性的。
66.根據(jù)權(quán)利要求63的人工舌，其中，第一種卟啉或第二種卟啉是甲硅烷氧基取代的雙穴卟啉。
67.根據(jù)權(quán)利要求66的人工舌，其中，甲硅烷氧基取代的雙穴卟啉是根據(jù)圖13所示的合成路線得到的。
68.根據(jù)權(quán)利要求66的人工舌，其中，甲硅烷氧基取代的雙穴卟啉選自Zn(TPP)，5，10，15，20-四苯基卟啉鋅(II)；Zn[(OH)6PP]，5-苯基-10，15，20-三(2′，6′-二羥基苯基)-卟啉鋅(II)；Zn[(OH)8PP]，5，10，15，20-四(2′，6′-二羥基苯基)-卟啉鋅(II)；Zn(Si6PP)，5-苯基-10，15，20-三(2′，6′-二甲硅氧基苯基)-卟啉鋅(II)；Zn(Si7OHPP)，5，10，15-三(2′，6′-二甲硅氧基苯基)-20-(2′-羥基-6′-甲硅氧基苯基)卟啉鋅(II)；和Zn(Si8PP)，5，10，15，20-四(2′，6′-二甲硅氧基苯基)卟啉鋅(II)。
69.根據(jù)權(quán)利要求63的人工舌，其中，陣列是傳感器板的一部分。
70.根據(jù)權(quán)利要求63的人工舌，其中，陣列與波長(zhǎng)敏感光探測(cè)裝置連接。
71.根據(jù)權(quán)利要求70的人工舌，其中，波長(zhǎng)敏感光探測(cè)裝置包括掃描儀。
72.根據(jù)權(quán)利要求70的人工舌，其中，波長(zhǎng)敏感光探測(cè)裝置包括電荷耦合器。
73.根據(jù)權(quán)利要求63的人工舌，其中，陣列是空間溶解的染料集合。
74.根據(jù)權(quán)利要求63的人工舌，其中，陣列是空間溶解的的染料的組合族。
75.一種卟啉，其化學(xué)式為Zn[(OH)6PP]，其為5-苯基-10，15，20-三(2′，6′-二羥基苯基)-卟啉鋅(II)。
76.一種卟啉，其化學(xué)式為Zn(Si6PP)，其為5-苯基-10，15，20-三(2′，6′-二甲硅氧基苯基)-卟啉鋅(II)。
77.一種卟啉，其化學(xué)式為Zn(Si7OHPP)，其為5，10，15-三(2′，6′-二甲硅氧基苯基)-20-(2′-羥基-6′-甲硅氧基苯基)卟啉鋅(II)。
78.一種卟啉，其化學(xué)式為Zn(Si8PP)，其為5，10，15，20-四(2′，6′-二甲硅氧基苯基)卟啉鋅(II)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人工鼻(10)，其包括一個(gè)陣列(12)，該陣列至少包括相結(jié)合的第一種染料和第二種染料且該陣列能夠?qū)Ψ治鑫锂a(chǎn)生特定的光譜反應(yīng)。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一種染料和第二種染料選自卟啉、二氫卟酚、葉綠素、酞菁染料或salen。在另一個(gè)實(shí)施方案中，第一種染料和第二種染料是金屬卟啉。本發(fā)明特別適用于探測(cè)金屬配位蒸汽。另外，本發(fā)明的陣列(12)可以與波長(zhǎng)敏感光探測(cè)裝置連接。
文檔編號(hào)G01N21/77GK1430726SQ01809878
公開日2003年7月16日 申請(qǐng)日期2001年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2000年3月21日
發(fā)明者肯尼思·S·薩斯利克, 尼爾·A·拉科夫, 阿維吉特·森 申請(qǐng)人:伊利諾伊大學(xué)受托管理委員會(huì)