一种基于单分子电学检测的手性识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于单分子电学检测的手性识别方法，基于单个分子电导对结构非常敏感的特点，利用STM‑BJ技术检测手性探针分子与不同手性氨基醇分子特异性组装后的电导变化来实现手性识别。本发明专利技术不仅能够对手性对映体组成进行实时监控，具有高灵敏度，并且其分辨率可以达到单分子级别，在手性探针分子的合成方法上也能够得到大量的简化，操作简便的优点更是其亮点所在。且在单分子层面研究手性识别，能帮助理解手性识别的本质，进而为控制异构体的组成、利用其更精准的检测出手性对映体的e.e.值奠定基础。

【技术实现步骤摘要】
一种基于单分子电学检测的手性识别方法
本专利技术属于单分子电学测量
，具体涉及一种基于单分子电学检测的手性识别方法。
技术介绍
手性(Chirality)是自然界的基本属性，也是生命体系最重要的属性之一。与镜像对称而不能完全重合的现象称为手性。手性分子是指存在手性对映异构体的分子，其对映异构体通常被标记为D型、L型或S型、R型。构成生命体的三大基础物质，蛋白质、核酸和糖都是由具有手性的结构单元组成，如组成蛋白质的氨基酸除少数氨基酸外，大多为L型氨基酸；组成多糖和核酸的天然单糖大都为D型。因此生物体内的生化反应、生理反应大多表现出高度的立体特异性。研究发现，药物作用靶点结构上具有高度立体异构性，手性药物的不同立体异构体与靶点的作用的不同将产生不同的药理学活性，导致药物的不同手性构型之间存在巨大差异。因此，有机分子的手性识别不仅有助于人们对手性分子认识的深入和完善，理解生命过程本质，而且对于生物传感器的发展，新药的研发及材料科学研究都具有重要的推动作用。目前主要的手性识别方法有色谱法、光谱法、电化学传感等，这些方法大多存在测试仪器大型、操作繁琐、成本昂贵、识别范围窄、灵敏度低等缺陷。基于此，专利技术一种简便、快捷、具有高灵敏度手性识别技术具有非常重要的意义。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种基于单分子电学检测的手性识别方法。本专利技术的技术方案如下：一种基于单分子电学检测的手性识别方法，基于扫描隧道裂结技术STM-BJ，包括如下步骤：(1)通过测量金属针尖与表面镀有金属的基底之间的隧道电流来确定金属针尖与表面镀有金属的基底之间的距离，利用驱动压电陶瓷来精准控制金属针尖逼近表面镀有金属的基底表面直至二者发生碰撞，并挤压形成接触，当达到预设接触电导值时，金属针尖被反向提起，由于金属针尖和表面镀有金属的基底的金属材质的延展性，接触区域将会逐渐缩小，最终经历一个单原子点接触构型，继续提起金属针尖，则该单原子点接触断裂，直到形成与待测探针分子相匹配的纳米间隔；上述预设接触电导值为100.5G0，G0为量子电导，等于2e2/h；(2)利用液相中的含有待识别手性分子的主-客体作用二聚体两端的锚定基团与金属针尖及表面镀有金属的基底分别相互作用并连结，形成金属/主-客体作用二聚体/金属形式的分子结，并与外界测量回路电连接，监测其电导信号；(3)继续提起金属针尖至上述分子结断裂，电导突降到预设电导下限，则金属针尖反向向表面镀有金属的基底方向移动，此时反馈到外界测量仪器上的电导信号即为主-客体作用二聚体连接在金属针尖与表面镀有金属的基底之间的电信号，且能够在电导-距离单条曲线中体现出明显的台阶；(4)重复步骤(1)至(3)，获取大量的分子结的导电信息数据，对该导电信息数据进行柱状图统计，获得具有高斯分布的电导统计分析，据此实现对主-客体作用二聚体中与探针分子作用的待识别手性分子的识别。。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述预设电导下限为10-6G0～10-9G0。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述主-客体作用二聚体由待识别手性分子与主体分子相互作用而成，该主体分子为该待识别手性分子提供一具有高度立体异构的手性环境，并与待识别手性分子形成稳定的主-客作用组装体以改变主体分子的电输运性质，且该主体分子与金属探针及表面镀有金属的基底形成稳定连接。进一步优选的，所述主体分子为联二萘酚。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述金属为金。进一步优选的，所述基底为镀金硅片。在本专利技术的一个优选实施方案中，所述液相的溶剂为均三甲苯。本专利技术的有益效果是：本专利技术基于单个分子电导对结构非常敏感的特点，利用STM-BJ技术检测手性探针分子与不同手性氨基醇分子特异性组装后的电导变化来实现手性识别。相对于传统的色谱分析法和光谱分析法等宏观研究手段，本专利技术不仅能够对手性对映体组成进行实时监控，具有高灵敏度，并且其分辨率可以达到单分子级别，在手性探针分子的合成方法上也能够得到大量的简化，操作简便的优点更是其亮点所在。且在单分子层面研究手性识别，能帮助人们理解手性识别的本质，进而为控制异构体的组成、利用其更精准的检测出手性对映体的e.e.值奠定基础。在此基础上，未来将很有可能实现微型便携式手性传感器的研发。附图说明图1为本专利技术的实验装置的结构示意图。图2为本专利技术实施例1中的分子结的示意图。图3为本专利技术实施例1中的手性探针分子+S-Pyr、手性探针分子+R-Pyr一维电导统计图，该手性探针分子即为主-客体作用二聚体。图4为本专利技术实施例1中的金属/主-客体作用二聚体/金属形式的分子结的二维电导统计图。具体实施方式以下通过具体实施方式结合附图对本专利技术的技术方案进行进一步的说明和描述。实施例1一种基于单分子电学检测的手性识别方法，基于扫描隧道裂结技术STM-BJ，包括如下步骤：(1)通过测量金属针尖与表面镀有金属的基底之间的隧道电流来确定金属针尖与表面镀有金属的基底之间的距离，利用驱动压电陶瓷来精准控制金属针尖逼近表面镀有金属的基底表面直至二者发生碰撞，并挤压形成接触，当达到预设接触电导值时，金属针尖被反向提起，由于金属针尖和表面镀有金属的基底的金属材质的延展性，接触区域将会逐渐缩小，最终经历一个单原子点接触构型，继续提起金属针尖，则该单原子点接触断裂，直到形成与待测探针分子相匹配的纳米间隔；上述预设接触电导值为100.5G0，G0为量子电导，等于2e2/h，约为77.6μS；(2)利用液相中的含有待识别手性分子的主-客体作用二聚体两端的锚定基团与金属针尖及表面镀有金属的基底分别相互作用并连结，形成金属/主-客体作用二聚体/金属形式的分子结，并与外界测量回路电连接，监测器电导信号；如图2所示，主-客体作用二聚体由待测(S)-(+)-2-吡咯烷甲醇与主体分子相连而成，该主体分子为该(S)-(+)-2-吡咯烷甲醇待识别手性分子提供一具有高度立体异构的手性环境，并与(S)-(+)-2-吡咯烷甲醇(待识别手性分子)形成稳定的主-客作用组装体以改变主体分子的电输运性质，且该主体分子与金属探针及表面镀有金属的基底形成稳定连接，本实施例中的主体分子为联二萘酚；(3)继续提起金属针尖至上述分子结断裂，电导突降到预设电导下限(10-6G0～10-9G0)，则金属针尖反向向表面镀有金属的基底方向移动，此时反馈到外界测量仪器上的电导信号即为主-客体作用二聚体连接在金属针尖与表面镀有金属的基底之间的电信号，且能够在电导-距离单条曲线中体现出明显的台阶；(4)重复步骤(1)至(3)，获取大量的分子结的导电信息数据，对该导电信息数据进行柱状图统计，获得具有高斯分布的电导统计分析，据此实现对主-客体作用二聚体中的待测探针分子中的待识别手性分子的识别。本专利技术所用的实验装置如图1所示，包括一骨架1、一套设于骨架1上端的顶杆2和一设于骨架1的液池3，液池3上具有有螺丝固定的且正对顶杆下端的基底31，顶杆2的下端具有金属针尖21；具体包括如下步骤：1.准备步骤：清洗溶剂瓶、溶剂瓶、液池、O圈以及备用的镀金硅片。将备用的试剂瓶、溶剂瓶、液池、O圈以及镀金硅片(基底31)放入盛有体积比为浓硫酸：双氧水＝3∶1的食人鱼洗液的烧杯中浸泡至少2h。浸泡完毕后将废液倒入废液缸中，用超纯水反复冲洗泡好本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于单分子电学检测的手性识别方法，其特征在于：基于扫描隧道裂结技术STM‑BJ，包括如下步骤：(1)通过测量金属针尖与表面镀有金属的基底之间的隧道电流来确定金属针尖与表面镀有金属的基底之间的距离，利用驱动压电陶瓷来精准控制金属针尖逼近表面镀有金属的基底表面直至二者发生碰撞，并挤压形成接触，当达到预设接触电导值时，金属针尖被反向提起，由于金属针尖和表面镀有金属的基底的金属材质的延展性，接触区域将会逐渐缩小，最终经历一个单原子点接触构型，继续提起金属针尖，则该单原子点接触断裂，直到形成与待测探针分子相匹配的纳米间隔；上述预设接触电导值为100.5G0，G0为量子电导，等于2e2/h；(2)利用液相中的含有待识别手性分子的主‑客体作用二聚体两端的锚定基团与金属针尖及表面镀有金属的基底分别相互作用并连结，形成金属/主‑客体作用二聚体/金属形式的分子结，并与外界测量回路电连接，监测其电导信号；(3)继续提起金属针尖至上述分子结断裂，电导突降到预设电导下限，则金属针尖反向向表面镀有金属的基底方向移动，此时反馈到外界测量仪器上的电导信号即为主‑客体作用二聚体连接在金属针尖与表面镀有金属的基底之间的电信号，且能够在电导‑距离单条曲线中体现出明显的台阶；(4)重复步骤(1)至(3)，获取大量分子结的电导信息数据，对该电导信息数据进行柱状图统计，获得具有高斯分布的电导统计分析，据此实现对主‑客体作用二聚体中与探针分子作用的待识别手性分子的识别。...

【技术特征摘要】
1.一种基于单分子电学检测的手性识别方法，其特征在于：基于扫描隧道裂结技术STM-BJ，包括如下步骤：(1)通过测量金属针尖与表面镀有金属的基底之间的隧道电流来确定金属针尖与表面镀有金属的基底之间的距离，利用驱动压电陶瓷来精准控制金属针尖逼近表面镀有金属的基底表面直至二者发生碰撞，并挤压形成接触，当达到预设接触电导值时，金属针尖被反向提起，由于金属针尖和表面镀有金属的基底的金属材质的延展性，接触区域将会逐渐缩小，最终经历一个单原子点接触构型，继续提起金属针尖，则该单原子点接触断裂，直到形成与待测探针分子相匹配的纳米间隔；上述预设接触电导值为100.5G0，G0为量子电导，等于2e2/h；(2)利用液相中的含有待识别手性分子的主-客体作用二聚体两端的锚定基团与金属针尖及表面镀有金属的基底分别相互作用并连结，形成金属/主-客体作用二聚体/金属形式的分子结，并与外界测量回路电连接，监测其电导信号；(3)继续提起金属针尖至上述分子结断裂，电导突降到预设电导下限，则金属针尖反向向表面镀有金属的基底方向移动，此时反馈到外界测量仪器上的电导信号即为主-客体作用...

【专利技术属性】
技术研发人员：洪文晶，盛诗琪，谭志冰，师佳，李瑞豪，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：福建,35