基于壳聚糖/α‑环糊精双核铜自组装手性传感器的制备与应用制造技术

本发明专利技术提供了一种基于壳聚糖/α‑环糊精双核铜自组装手性传感器的制备与应用，该手性传感器是由壳聚糖与α‑环糊精双核铜以配位键结合自组装得到，制备简单无污染。通过电化学检测手段实现对酪氨酸对映体的电位差、电流比的高效双识别。同时，上述基于壳聚糖/α‑环糊精双核铜自组装手性传感器在测试不同含量比例的L/D‑酪氨酸外消旋体时，可根据得到的电流值实现对D‑酪氨酸含量的快速确定。

【技术实现步骤摘要】
基于壳聚糖/α-环糊精双核铜自组装手性传感器的制备与应用
基于壳聚糖/α-环糊精双核铜自组装手性传感器的制备与应用，属于电化学传感器和分子识别领域。
技术介绍
生命系统中大多数生物分子都具有对映选择性。手性化合物的空间构象不同，在自然界中扮演着不同的角色。酪氨酸(Tyr)作为必要氨基酸之一，与糖尿病和肝癌有着密切的联系。目前，应用电化学方法识别和拆分酪氨酸鲜有报道。电化学手性识别是基于手性化合物和目标手性分子相互作用后电化学信号的变化进行选择性识别，根据测试电信号方法的不同，可分为电位差、电流比和交流阻抗差异手性识别。自组装是利用两个或者两个以上分子，通过非共价相互作用(或共价作用)，如氢键、π-π相互作用、配位相互作用等进行分子识别。在热力学平衡条件下，自发地聚集或者组合成一类结构稳定、具有特定功能和序列排序的分子聚集体或者超分子架构。其中分子间的相互识别会影响自组装形状和构架，这包括分子间几何尺寸，形状结构上的相互识别；还有分子对氢键、π-π相互作用等非共价键相互作用的识别。环糊精是一种环状天然手性化合物，根据D-吡喃葡萄糖单元数量的不同可分为α、β和γ-环糊精，其衍生物的尺寸也各有不同，β-环糊精应用最为广泛。其中，α-环糊精具有最小的空腔尺寸，利用其与手性分子的主客体空间匹配实现α-环糊精高效空间选择手性对映体，仍是一个挑战。
技术实现思路
本专利技术的目的是制备一种基于壳聚糖/α-环糊精双核铜自组装的手性传感器，并通过电化学手段双向识别酪氨酸对映体，进而确定外消旋体中L/D-酪氨酸含量比例。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：基于壳聚糖/α-环糊精双核铜配位自组装手性传感器的制备与应用，具体步骤如下：(1)在室温条件下，向浓度为0.5M的NaOH溶液和浓度为0.02M的α-环糊精(α-CD)的溶液中加入0.04M的CuSO4·5H2O溶液，搅拌、过滤后在滤液中加入大量的乙醇，静置24h,过滤、真空干燥一周，得到Cu2-α-CD；(2)配制浓度为2mg/mL壳聚糖溶液(溶剂为0.1～0.3MHcl，pH＝1.0～2.0)，采用恒电位-0.5V(vs.SCE)沉积时间150～450s,沉积在玻碳电极表面，再将该电极静置在2.5wt％醇氨溶液进行碱处理5～20min，然后用少量乙醇进行冲洗，放置在空气中晾干，得到碱处理CS/GCE修饰电极；(3)将制备的碱处理CS/GCE修饰电极浸入20～30mLCu2-α-CD溶液中，在不同温度下(8～25℃)自组装18～28h，得到CS/Cu2-α-CD/GCE修饰电极，其中，Cu2-α-CD的浓度为4～6mM；(4)采用差分脉冲法来识别酪氨酸对映体(L/D-Tyr)，将CS/Cu2-α-CD/GCE修饰电极静置在20～30mL不同温度(5～40℃)L/D-Tyr溶液及其外消旋体溶液中(静置时间30s～40s)，以0.1～0.5V/s的扫速在0.4V～1.0V(vs.SCE)的电化学窗范围内进行DPV，每次测完后修饰电极在20～30mL0.1～0.3M磷酸缓冲溶液中进行反复电位扫描至稳定，恢复电极活性，其中，L/D-Tyr溶液及其外消旋体溶液的浓度为0.25～5mM。本专利技术的有益效果是：CS/Cu2-α-CD修饰玻碳电极制备简单、无污染；CS与Cu2-α-CD通过配位键自组装结合起到协同作用，D-Tyr与Cu2-α-CD空腔内的高能水形成稳定的三氢键体系，实现对酪氨酸对映体高效双识别，L/D-酪氨酸(L/D-Tyr)的氧化峰电位差平均值可达112mV,氧化峰电流比平均值可达3.83。此外，该传感器检测不同含量比例的外消旋体溶液时，可根据电流信号值快速确定其中D-Tyr的含量。附图说明下面结合附图对本实验进一步说明。图1为实施例一中CS/Cu2-α-CD/GCE修饰电极的扫描电子显微镜(SEM)。图2为实施例一中不同修饰电极循环伏安图；图2为GCE；CS/GCE；CS/Cu2-α-CD/GCE。图3为实施例二中温度对识别的影响。图4为实施例三中D-Tyr在外消旋体中含量的测定。图5为实施例四中修饰电极对不同氨基酸识别能力的检测。具体实施方式现在结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，以下实施例旨在说明本专利技术而不是对本专利技术的进一步限定。实施例一：(1)配制5mMCu2-α-CD溶液(溶剂为0.1MPBS,pH＝7.0)。(2)配制壳聚糖溶液(溶剂为0.1～0.3MHCl，pH＝1.0～2.0)，采用恒电位沉积在玻碳电极表面，得到未碱处理的CS/GCE修饰电极；将该电极静置在醇氨溶液进行碱处理5～20min，然后用少量乙醇进行冲洗，放置在空气中晾干，得到碱处理CS/GCE修饰电极。(3)将步骤(2)制备得到的碱处理CS/GCE修饰电极浸入步骤(1)配制的Cu2-α-CD溶液中自组装18～28h，得到CS/Cu2-α-CD/GCE修饰电极。实施例二：为了考察不同的温度下，CS/Cu2-α-CD/GCE对Tyr对映体识别能力的差异。因此，分别采用5℃、10℃、15℃、25℃、30℃、40℃的温度，进行Tyr对映体的识别，其结果见图3,在温度为15℃时，D-Tyr的酚羟基和手性-NH2和Cu2-α-CD内的高能水之间形成稳定的三氢键，另外部分D-Tyr又与CS膜的羟基形成氢键，配位自组装碱处理CS/Cu2-α-CD/GCE修饰电极对Tyr对映体的IL-Tyr/ID-Tyr和电位差ΔEp达到最大(IL-Tyr/ID-Tyr＝3.83，ΔEp＝112mV)，在电流比和电位差两方面均可实现对Tyr对映体的高效识别。实施例三：为了考察不同比例含量L/D-Tyr的外消旋体中，配位自组装碱处理CS/Cu2-α-CD/GCE修饰电极在识别Tyr对映体过程中电流Ip和电位Ep的差异。将此修饰电极应用于0.25mmol/LTyr外消旋体溶液中，D-Tyr％含量分别为0％、10％、30％、40％、50％、60％、70％、80％、90％、100％。图4显示的是L-Tyr和D-Tyr在外消旋体中不同比例下的电流Ip和电位Ep，发现电流Ip随着D-Tyr含量的改变，成明显线性关系，这表明碱处理CS/Cu2-α-CD修饰电极能够快速确定外消旋体溶液中D-Tyr的含量。实施例四：为了考察该手性传感器对其他氨基酸的手性识别能力，因此在15℃，pH＝7.0相同条件下对苯丙氨酸(Phe)、色氨酸(Trp)对映体进行手性识别检测。其结果见图5，该手性传感器能够高效识别Tyr，但其他两种氨基酸并没有表现出较好的识别效果。对于Trp、Phe对映体，由于主-客体尺寸不匹配，Cu2-α-CD空腔尺寸适合包合单环芳烃，而Trp含有吲哚基团，与Cu2-α-CD的空腔尺寸不匹配。虽然Phe属于单环芳烃，但由于酚羟基的缺失，Phe与CS、Cu2-α-CD的包合选择性不及Tyr，从而导致识别效果欠佳。本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于壳聚糖/α‑环糊精双核铜自组装手性传感器的制备与应用，其特征在于：所述手性传感器是由氨醇溶液处理后的壳聚糖膜与α‑环糊精双核铜配位自组装修饰电极制得。

【技术特征摘要】
1.基于壳聚糖/α-环糊精双核铜自组装手性传感器的制备与应用，其特征在于：所述手性传感器是由氨醇溶液处理后的壳聚糖膜与α-环糊精双核铜配位自组装修饰电极制得。2.根据权利要求1所述的基于壳聚糖/α-环糊精双核铜自组装手性传感器的制备与应用，其特征在于：所述制备方法为，(1)在室温条件下，向浓度为0.5M的NaOH溶液和浓度为0.02M的α-环糊精(α-CD)的溶液中加入0.04M的CuSO4·5H2O溶液，搅拌、过滤后在滤液中加入大量的乙醇，静置24h,过滤、真空干燥一周，得到Cu2-α-CD；(2)配制浓度为2mg/mL壳聚糖溶液(溶剂为0.1～0.3MHcl，pH＝1.0～2.0)，采用恒电位-0.5V(vs.SCE)沉积时间150～450s,沉积在玻碳电极表面，再将该电极静置在2.5wt％醇氨溶液进行碱处理5～20min，然后用少量乙醇进行冲洗，放置在空气中晾干，得到碱处理CS/GCE修饰电极；(3)将步骤(2)中制得的碱处理CS/GCE修饰电极浸入20～30mL步骤(1)制备的Cu2-α-CD溶液中，在不同温度下(8～25℃)自组装18～28...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶永新，吕泳其，顾晓刚，彭勇刚，储富强，孔泳，
申请(专利权)人：常州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32