一种rGO-PTCA-CS复合材料的制备及应用制造技术

本发明专利技术提供了一种rGO‑PTCA‑CS复合材料的制备，是先将氧化石墨超声分散于水中形成均匀悬浮液；向悬浮液加入3,4,9‑苝四羧酸，再加入肼和氨水溶液，在90~95℃下剧烈搅拌2~3h，静置，分离，水洗，干燥，得还原氧化石墨烯‑3,4,9‑苝四羧酸复合材料；再将还原氧化石墨烯‑3,4,9‑苝四羧酸溶于去离子水中，超声处理3~5h；然后向其中加入壳聚糖乙酸溶液，再加入交联剂EDC和NHS,在常温下反应24h，反应完成后过滤，干燥即得。以rGO‑PTCA‑CS修饰的电极为工作电极进行示差脉冲伏安进行识别。L‑色氨酸和D‑色氨酸与修饰电极作用时，峰电流大小不同，从而可以快速、灵敏的识别色氨酸异构体。

Preparation and Application of a rGO-PTCA-CS Composite

The invention provides a preparation method of rGO PTCA CS composite material, which first disperses graphite oxide in water to form a uniform suspension; adds 3,4,9 perylene tetracarboxylic acid to the suspension, then hydrazine and ammonia aqueous solution, stirs vigorously for 2-3 hours at 90-95 C, and then rests, separates, washes, dries, obtains reduced graphene oxide 3,4,9_perylene tetracarboxylic acid composite material; and oxidizes reductively. Graphene 3,4,9 perylene tetracarboxylic acid is dissolved in deionized water and treated by ultrasound for 3-5 hours. Then chitosan acetic acid solution is added to it, crosslinking agent EDC and NHS are added, and the reaction is carried out at room temperature for 24 hours. After the reaction is completed, filtration and drying can be obtained. Differential pulse voltammetry (DPV) was used to identify the electrode modified by rGO PTCA CS. When L-tryptophan and D-tryptophan interact with the modified electrode, the peak current is different, so that tryptophan isomers can be identified quickly and sensitively.

【技术实现步骤摘要】
一种rGO-PTCA-CS复合材料的制备及应用
本专利技术涉及一种具有优异电性能的还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸-壳聚糖复合材料（rGO-PTCA-CS）复合材料的制备方法，本专利技术属于复合材料和电化学

技术介绍
色氨酸的化学名称为α-氨基-β-吲哚丙酸，有2种同分异构体：L型、D型。L-色氨酸是人体和动物所必需的8种必需氨基酸之一，不能通过自身合成。所以，人和动物只能通过食物来摄取L-色氨酸。D-色氨酸主要存在于植物和微生物之中，动物中含量极少，而且在人体内几乎不发生代谢作用，也无毒性。L-色氨酸又被称为第二必需氨基酸，目前广泛应用于医药、食品、饲料添加剂以及农业环境检测等行业。目前，L-色氨酸的重要性越来越受到人们的重视。而且L-色氨酸的应用不仅局限在传统的医药、食品、饲料添加剂行业，在一些新领域也逐渐有了更多应用。应该看到D-色氨酸和L-色氨酸的作用有着很大的差别，所以研究和开发一种简单，高效和灵敏的识别方法来区分D-色氨酸和L-色氨酸就尤为重要。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于手性识别D-色氨酸/L-色氨酸的rGO-PTCA-CS复合材料的制备方法。本专利技术的另一目的是提供rGO-PTCA-CS复合材料在手性识别D-色氨酸/L-色氨酸的具体应用。一、还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸-壳聚糖复合材料的制备（1）还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸的制备：将氧化石墨（rGO）超声分散于去离子水中形成均匀悬浮液；向悬浮液加入3,4,9,10-苝四羧酸（PTCA），再加入还原剂水合肼和氨水溶液，在90~95℃下剧烈搅拌2~3h，静置30~40min，分离，水洗，干燥，即得还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸复合材料，标记为rGO-PTCA。其中，氧化石墨与3,4,9,10-苝四羧酸的质量比为4:1~2:1；水合肼的加入量为氧化石墨质量的1%~1.5%；氨水溶液的浓度25％~28%，氨水的用量为氧化石墨质量的0.5%~1%。（2）还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸-壳聚糖复合材料的制备：将还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸溶于去离子水中，超声处理3~5h；将壳聚糖溶于乙酸中，再加入到还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸溶液中，然后加入交联剂EDC和NHS，在室温下反应22~24h，使壳聚糖与苝四羧酸形成酰胺键；反应完成后过滤，干燥，得到还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸-壳聚糖，标记为rGO-PTCA-CS。上述还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸与壳聚糖的质量比为1:2~1:3。交联剂EDC（1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亚胺盐酸盐）的加入量为壳聚糖质量的3~4倍；交联剂NHS（N-羟基琥珀酰亚胺）的加入量为壳聚糖质量的2~3。所述干燥是在冷冻干燥箱中干燥8~10h。二、rGO-PTCA-CS的结构图1为本专利技术制备的还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸-壳聚糖复合材料的扫描电镜图。从图1可以看出，rGO-PTCA-CS具有三维结构，且具有很好的孔隙结构，其形貌规整，孔隙分布均匀，而这些孔隙在反应过程中有利于电子的传导这样会使得复合材料的导电性能有较大的上升。三、rGO-PTCA-CS复合材料的电化学性能电化学性能的测试：裸玻碳电极分别用1μm，0.3μm和0.05μm的Al2O3悬浊液进行抛光，分别在两支裸玻碳电极表面滴涂rGO-PTCA、rGO-PTCA-CS，制备成电极rGO-PTCA/GCE、rGO-PTCA-CS/GCE。然后分别置于5.0mM[Fe(CN)6]4-/3-溶液（包含0.1M的KCl），在扫速为50mV/s，扫描范围-0.2V~0.6V的条件进行循环伏安测试其导电性。图2为rGO-PTCA、rGO-PTCA-CS复合材料的循环伏安曲线。从图2中可以看到，rGO-PTCA-CS复合材料的导电性能明显高于rGO-PTCA，这进一步说明还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸-壳聚糖复合材料具有优异的电性能，随着苝四羧酸的加入更加的有利于电子的传输。本专利技术的原理：苝四羧酸化合物都含有苝酐母体，具有特殊的稠环结构，大的共扼π电子体系赋于它强的荧光性能和光电性能。3,4,9,10-苝四羧酸（PTCA）可以共价以及非共价修饰石墨烯，将石墨烯层有效的分开，使石墨烯成功的剥离；此外，PTCA还能在还原后引入更多的羧基，能够有效的对石墨烯进行修饰。苝四羧酸上的羧基与壳聚糖上的氨基在交联剂存在的条件下共价接枝形成酰胺键，使得壳聚糖与rGO-PTCA连接的更加牢固，更加有利于壳聚糖的接枝。因此，形成的复合材料rGO-PTCA-CS具有良好的导电性，是一种良好的导电材料。四、rGO-PTCA-CS手性识别D-色氨酸修饰电极RGO-PTCA-CS/GCE的构建：将上述制备的复合材料RGO-PTCA-CS分散在蒸馏水中，超声60~70min得到均相分散液；然后将均相分散液滴涂在经清洁处理的裸玻碳电极表面，在室温下放置使电极表面的溶剂完全蒸发，得到修饰电极RGO-PTCA-CS/GCE。通过电化学工作站来识别D-色氨酸：将修饰电极RGO-PTCA-CS/GCE作为工作电极，置于含有色氨酸的PBS溶液（包含0.1M的KCl），在扫速为50mV/s，扫描范围0.3V~1.1V的条件进行示差脉冲伏安进行识别。在0.3V~1.1V的电压下D-色氨酸会沉积到工作电极表面，使得氧化还原反应不能顺利的进行；而L-色氨酸基本不会沉积到工作电极的表面。紧接着，工作电极被施加从负到正的反向电位进行示差脉冲溶出过程。L-色氨酸和D-色氨酸与修饰电极作用时，峰电流大小不同，从而可以快速、灵敏的识别色氨酸异构体。图3为修饰电极rGO-PTCA-CS/GCE对于D-色氨酸检测的示差脉冲溶出伏安曲线。由图3可以看到，D-色氨酸的溶出峰电流值较大，L-色氨酸的溶出峰电流值较小。图4为修饰电极rGO-PTCA-CS/GCE对于D-色氨酸检测的示差脉冲伏溶出峰电流的大小与色氨酸浓度的呈线性关系。从图4可以看出，结果显示随着复合材料的浓度增大，峰电流值越越大，这说明吸附的D-色氨酸越多，从而达到识别出D-色氨酸。D-色氨酸在1μM~10μM浓度范围内，随着D-色氨酸浓度的增大峰电流增大，示差脉冲溶出峰电流的大小也在增大，而且溶出峰电流的大小与色氨酸浓度的呈如下线性关系：ΔI=(6.27±0.15)+(4.54±0.17)cD-TrpΔI——示差脉冲溶出峰电流：μAcD-Trp——D-色氨酸浓度：μM/L。附图说明图1为rGO-PTCA-CS复合材料的扫描电镜图。图2为rGO-PTCA-CS复合材料的循环伏安曲线。图3为修饰电极rGO-PTCA-CS/GCE对于D-色氨酸检测的示差脉冲伏安曲线。图4为修饰电极rGO-PTCA-CS/GCE对于D-色氨酸检测在示差脉冲伏安曲线下的线性关系图。具体实施方式下面通过具体实例对本专利技术rGO-PTCA-CS复合材料的制备、性能等作进一步说明。实施例1、rGO-PTCA-CS的制备（1）氧化石墨的制备：第一步预氧化的过程:在磁力搅拌下将1.25gK2S2O8和1.25gP2O5一次性加入到12.5mL浓H本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种rGO‑PTCA‑CS复合材料的制备方法，包括以下工艺步骤：（1）还原氧化石墨烯‑3,4,9,10‑苝四羧酸的制备：将氧化石墨超声分散于去离子水中形成均匀悬浮液；向悬浮液加入3,4,9‑苝四羧酸，再加入还原剂水合肼和氨水溶液，在90℃~95℃下剧烈搅拌2~3h，静置30~40min，分离，水洗，干燥，即得还原氧化石墨烯‑3,4,9‑苝四羧酸复合材料；（2）还原氧化石墨烯‑3,4,9,10‑苝四羧酸‑壳聚糖复合材料的制备：将还原氧化石墨烯‑3,4,9‑苝四羧酸溶于去离子水中，超声处理3~5h；将壳聚糖溶于乙酸中，再加入到还原氧化石墨烯‑3,4,9‑苝四羧酸溶液中，然后加入交联剂EDC和NHS使壳聚糖与苝四羧酸形成酰胺键，在室温下反应22~24h，反应完成后过滤，干燥，得到黑色固体还原氧化石墨烯‑3,4,9‑苝四羧酸‑壳聚糖。

【技术特征摘要】
1.一种rGO-PTCA-CS复合材料的制备方法，包括以下工艺步骤：（1）还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸的制备：将氧化石墨超声分散于去离子水中形成均匀悬浮液；向悬浮液加入3,4,9-苝四羧酸，再加入还原剂水合肼和氨水溶液，在90℃~95℃下剧烈搅拌2~3h，静置30~40min，分离，水洗，干燥，即得还原氧化石墨烯-3,4,9-苝四羧酸复合材料；（2）还原氧化石墨烯-3,4,9,10-苝四羧酸-壳聚糖复合材料的制备：将还原氧化石墨烯-3,4,9-苝四羧酸溶于去离子水中，超声处理3~5h；将壳聚糖溶于乙酸中，再加入到还原氧化石墨烯-3,4,9-苝四羧酸溶液中，然后加入交联剂EDC和NHS使壳聚糖与苝四羧酸形成酰胺键，在室温下反应22~24h，反应完成后过滤，干燥，得到黑色固体还原氧化石墨烯-3,4,9-苝四羧酸-壳聚糖。2.如权利要求1所述一种rGO-PTCA-CS复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，氧化石墨与3,4,9,10-苝四羧酸的质量比为4:1~2:1。3.如权利要求1所述一种rGO-PTCA-CS复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，水合肼的加入量为氧化石墨质量的1%~1.5%。4.如权利要求1所述一种rGO-PTCA-CS复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（1）中，氨水溶液的浓度25％~28%，其用量为氧化石墨质量的0.5%~1%。5.如权利要求1所述一种rGO-PTCA-CS复合材料的制备方法，其特征在于：步骤（2）中，还原氧化石墨烯-3,...

【专利技术属性】
技术研发人员：莫尊理，杨星，牛小慧，赵盼，刘振宇，郭瑞斌，刘妮娟，欧阳美璇，
申请(专利权)人：西北师范大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62