內(nèi)源性大麻素WIN55,212-2和SR141716A的光學(xué)檢驗

沈 堯, 苗翠英, 劉 星, 徐少輝, 陳蕊麗

(1.中國人民公安大學(xué)刑事科學(xué)技術(shù)學(xué)院， 北京 100038; 2.瑞源文徳科技有限公司， 北京 100176)

0 引言

大麻學(xué)名 Cannabis sativa L.，是人類最早發(fā)現(xiàn)的成癮類植物。大麻由于其醫(yī)學(xué)價值，常被用來緩解疼痛、治療青光眼、癲癇等神經(jīng)癥狀以及輔助治療艾滋病、癌癥等。2015年經(jīng)過臨床證明，大麻可以用來殺死癌細(xì)胞提高放療效果。大麻具有一定的成癮性，由于其易于種植加工，因此稱為最普及廉價易于獲得的毒品，具有巨大的社會危害，對于大麻成分的檢驗鑒定具有重要的意義。內(nèi)源性大麻素與人體對應(yīng)的受體CB1和CB2同樣具有鎮(zhèn)痛的作用，同時大麻毒品的毒副作用是否與內(nèi)源性大麻素相關(guān)現(xiàn)階段還沒有定論但已經(jīng)成為研究的重點(diǎn)，因此對于內(nèi)源性大麻素的探測具有深刻的研究意義與價值?，F(xiàn)階段通常對于大麻的理化檢驗主要采取的手段有：毛細(xì)管電泳法、液相色譜法、氣相色譜法和氣相色譜/質(zhì)譜法、生物檢測法等。

1968年由Veselago首次提出了一種區(qū)別于正常光學(xué)折射的現(xiàn)象-負(fù)折射[1]。正常的折射現(xiàn)象入射光線和折射光線分別分布于法線的兩側(cè)，折射率為正數(shù)同時介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時為正數(shù)。負(fù)折射現(xiàn)象折射光線與入射光線分布于法線的同一側(cè)，因此負(fù)折射的折射率是負(fù)數(shù)并且介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時為負(fù)數(shù)。對于負(fù)折射現(xiàn)象和負(fù)折射材料的研究是一個新興的熱門學(xué)科，它的奇特性質(zhì)引發(fā)了廣泛的關(guān)注[2-12]。經(jīng)研究某些特殊的毒物毒品分子能夠展現(xiàn)不同程度的負(fù)折射現(xiàn)象，因此我們可以對這些分子利用負(fù)折射進(jìn)行辨別[13]，從而使負(fù)折射現(xiàn)象成為一種新型的無損檢驗方法。

本文中由于其特殊的藥用價值，我們主要研究大麻素受體激動劑WIN55，212-2以及大麻素受體拮抗劑SR141716A的負(fù)折射性質(zhì)，同時指出大麻環(huán)萜酚(cannabichromene，CBC)也能展現(xiàn)出某種程度的負(fù)折射性質(zhì)。

1 WIN55，212- 2及SR141716A分子的Hückel模型

大麻素中的受體激動劑WIN55，212-2以及受體拮抗劑SR141716A的分子結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 受體激動劑WIN55，212-2以及受體拮抗劑SR141716A的分子結(jié)構(gòu)

這兩種分子結(jié)構(gòu)都包含有對稱性破缺的五邊形共軛結(jié)構(gòu)，因此采用π電子的Hückel模型來描述整個系統(tǒng)的性質(zhì)。系統(tǒng)的Hamiltonian可以表達(dá)為

(1)

其中α代表場點(diǎn)能，β代表共振積分。由于結(jié)構(gòu)為環(huán)狀5原子結(jié)構(gòu)，當(dāng)i=5的時候i+1=1。同時把碳原子和氮原子的場點(diǎn)能分別取作αC=-6.7 eV,αN=-7.9 eV[14]。此時的共振積分采用Harrison expression[15-16]

(2)

這里m代表電子質(zhì)量，d代表鍵長。經(jīng)過計算，WIN55，212-2及SR141716A分子的破缺對稱性能級變?yōu)槿鐖D2所示。

圖2 WIN55，212-2及SR141716A分子的破缺對稱性能級

圖3 WIN55，212-2分子的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的數(shù)值模擬結(jié)果

5個π電子分別填充進(jìn)單電子能級，系統(tǒng)共有14個可能的態(tài)。當(dāng)把分子放入依賴于時間的電磁場的時候，系統(tǒng)偶極近似下的Haniltonian可以表示為

H=H0-μE0cos(kr-ωt)-mB0cos(kr-ωt)

(3)

其中k是波矢，μ為電偶極矩，m為磁偶極矩，H0為沒有磁場情況下的Haniltonian。

經(jīng)過微擾論的計算，得出系統(tǒng)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的表達(dá)式為

(4)

(5)

其中i,j=x,y,z代表3個方向。當(dāng)介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時為負(fù)數(shù)的時候，系統(tǒng)分子可以展現(xiàn)出負(fù)折射現(xiàn)象。

2 數(shù)值結(jié)果

經(jīng)過對WIN55，212-2及SR141716A分子結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬(如圖3，圖4)，可以得出這兩種大麻素分子在某些入射光的頻率下介電常數(shù)和磁導(dǎo)率可以同時為負(fù)數(shù)(橫坐標(biāo)為能量差，縱坐標(biāo)分別為介電常數(shù)和磁導(dǎo)率)，也就是說它們在特定條件(能量差)下可以表現(xiàn)出負(fù)折射現(xiàn)象。這就為我們利用負(fù)折射現(xiàn)象識別這兩種物質(zhì)成分提供了有力證明。

3 結(jié)論

圖4 SR141716A分子的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率的數(shù)值模擬結(jié)果

光學(xué)檢驗是一種無損的檢驗方法，因此在刑事技術(shù)領(lǐng)域具有很強(qiáng)的優(yōu)勢。區(qū)別于傳統(tǒng)的光學(xué)檢驗方法，經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)大麻素受體激動劑WIN55，212-2以及大麻素受體拮抗劑SR141716A在不同頻率的光激發(fā)下能夠展現(xiàn)出不同程度的負(fù)折射現(xiàn)象，因此利用負(fù)折射光學(xué)現(xiàn)象可以將這兩種成分從大麻的主要成分中識別出來。具體方法為將待測溶液涂在透明介質(zhì)(如載玻片)上，用特定頻率的光照射。在入射光線的同一側(cè)放置探測器，當(dāng)待測溶液含有WIN55，212-2及SR141716A時，探測器會做出響應(yīng)，證實這兩種物質(zhì)成分的存在。