表面化学官能团可控的石墨结构型纳米材料及其制备方法和在质谱分析中的应用技术

本发明专利技术提供了一种石墨结构型纳米材料及其制备方法和应用，本发明专利技术提供的石墨结构型纳米材料表面修饰的官能团为环氧基、羰基和羟基；且以所述石墨结构型纳米材料表面的碳碳键、羰基、环氧基和羟基的个数为100％计，所述碳碳键的含量为55～65％；所述羰基的含量为10～16％；环氧基的含量为0.5～1.5％；所述羟基的含量21～31％；使得本发明专利技术所述的石墨点作为一种理想的基质应用到MALDI‑MS检测技术中，成功解决了无法检测小分子的瓶颈，同时实现了小分子物质的灵敏检测和组织切片质谱成像。此外，石墨点还提供了一个改变酶活性和表征酶动力学的新手段。

Graphite structured nanomaterials controlled by surface chemical functional groups and their preparation methods and applications in mass spectrometric analysis

【技术实现步骤摘要】
表面化学官能团可控的石墨结构型纳米材料及其制备方法和在质谱分析中的应用
本专利技术涉及生物化学检测领域，尤其涉及一种表面化学官能团可控的石墨结构型纳米材料及其制备方法和在质谱分析中的应用。
技术介绍
基质辅助激光解吸电离质谱(MALDI-MS)是一种软电离技术，在快速分析生物大分子(核酸，蛋白质，多肽等)和聚合物上取得了很大的成功。在过去的30年里，基质辅助激光解吸电离质谱在大分子电离方面有很高的效率，并且大量的有机分子(CHCA，DHB等)已经成为这项技术上主要选择的基质。但是，在基质辅助激光解吸电离质谱中，传统有机基质在质谱质荷比低于700时会产生很高背景噪音，干扰质谱分析小分子的信号，更糟糕的是，有机基质倾向于形成随机分布的不同尺寸的晶体(几十微米量级)，降低了信号的重现性，这些特性使得传统有机基质在分析生物小分子方面几乎没有进展，阻碍了MALDI在生物小分子领域的应用。其中，生物小分子也是生物体内非常重要的一部分，各种生物小分子是生物大分子的基石，同时也是生命活动的参与者，各种生命活动的最后都是生物小分子的代谢。所以根据生物小分子在生物体内的活动，专门建立起了一门系统研究生物小分子变化规律的学科——代谢组学。将代谢物分为两大类，内源代谢产物和外源化合物，内源性代谢产物是生物体内基因组内或者蛋白质组调控下的代谢途径产生的生物小分子，主要包括：激素、小分子多肽、核酸和脂类等。他们调控生长规律，细胞分化，细胞间相互作用和机体的新陈代谢等过程。外源化合物是指那些不是在生物体内的代谢途径产生的小分子化合物，这类化合物可以同样调节体内新陈代谢等生命活性，并最终可以通过代谢途径代谢。这类来自环境中影响生物体的小分子对于生物体来说主要涉及两个领域：营养性物质和药物。在最近报道中，质谱学家发现无机的纳米材料或无机纳米结构表面已经作为合适的基质被应用在MALDI里替代有机基质。其中包括硅，合金，金属氧化物，碳纳米材料。但是，虽然它们能克服传统有机基质在低分子量区的背景干扰，但是对于体内小分子的敏感检测和精确成像却很困难。因此，提供一种基质，其作为MALDI-MS检测中的基质能够使得MALDI-MS检测能对不同种类分子进行广谱分析，并可以直接应用于包括天然产物，血液，生物样品分析、组织质谱成像分析和酶活性分析具有重要的意义。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术所要解决的技术问题在于提供表面化学官能团可控的石墨结构型纳米材料及其制备方法和质谱分析中的应用，本专利技术提供的石墨结构型纳米材料作为基质辅助激光解吸电离质谱的基质能够对不同种类分子进行MALDI-MS分析，并可以直接应用于天然产物，血液，生物样品分析和组织质谱成像分析以及酶反应活性的MALDI-MS检测。本专利技术提供了一种表面化学官能团可控的石墨结构型纳米材料，其中，所述石墨结构型纳米材料为以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成含共轭大π键的平面六角的网状结构；其中，所述石墨结构型纳米材料表面修饰的官能团为环氧基、羰基和羟基；且以所述石墨结构型纳米材料表面的碳碳键、羰基、环氧基和羟基的个数为100％计，所述碳碳键的含量为55～65％；所述羰基的含量为10～16％；所述环氧基的含量为0.5～1.5％；所述羟基的含量为21～31％。优选的，所述碳碳键的含量为58～62％；所述羰基的含量为12～14％；所述环氧基的含量为0.8～1.2％；所述羟基的含量为23～28％。优选的，所述碳碳键的含量为60％；所述羰基的含量为13％；环氧基的含量为1％；所述羟基的含量为26％。优选的，所述石墨结构型纳米材料的形貌为立方块体、多面体或类球体；所述立方块体石墨结构型纳米材料的边长为5～6nm；所述多面体或类球体石墨结构型纳米材料的粒径为5～6nm。石墨结构型纳米材料优选的，所述石墨结构型纳米材料在337nm和355nm处有紫外吸收。本专利技术还提供了一种石墨结构型纳米材料的制备方法，包括：将两根石墨棒分别作为阳极和阴极置于去离子水进行电解，得到未还原的石墨点；将未还原的石墨点与硼氢化钠反应，得到石墨结构型纳米材料；其中，所述未还原的石墨点与所述硼氢化钠的用量比为100mg∶(13～17)mmol。优选的，所述未还原的石墨点与所述硼氢化钠的用量比为100mg∶(14～15)mmol。本专利技术还提供了一种检测生物小分子的方法，包括，将待测生物小分子样滴在基质上，然后送入MALDI-MS进行检测，得到待测样的定量和定性结果；其中，所述基质为本专利技术所述的石墨结构型纳米材料。本专利技术还提供了一种检测生物组织切片上的生物小分子的方法，包括：将组织切片贴附于MALDI靶板上进行基质喷涂，然后将制得的样品送入MALDI-MS中进行质谱成像，得到小分子的定性和定量结果；其中，所述基质为本专利技术所述的石墨结构型纳米材料。本专利技术还提供了一种检测酶活性的方法，包括：将酶和基质复合的复合物加入反应中进行催化反应，然后将催化反应的反应液送入MALDI-MS进行检测，得到酶活性数据；其中，所述基质为本专利技术所述的石墨结构型纳米材料。与现有技术相比，本专利技术提供了一种表面化学官能团可控的石墨结构型纳米材料，所述石墨结构型纳米材料为以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成三个共价双键并排列成平面六角的网状结构；其中，所述石墨结构型纳米材料表面修饰的官能团为环氧基、羰基和羟基；且以所述石墨结构型纳米材料表面的碳碳键、羰基、环氧基和羟基的个数为100％计，所述碳碳键的含量为55～65％；所述羰基的含量为10～16％；环氧基的含量为0.5～1.5％；所述羟基的含量21～31％；使得本专利技术所述的石墨点作为一种理想的基质应用到MALDI-MS检测技术中，成功解决了无法检测小分子的瓶颈，同时实现了小分子物质的灵敏检测和组织切片质谱成像。此外，石墨点还提供了一个改变酶活性和表征酶动力学的新手段。实验结果表明，本专利技术可以利用石墨点作为基质成功的检测出糖类和多肽类小分子，且没有背景噪声干扰，获得的质谱图非常干净，灵敏度大大提高，检测限达到fmol数量级。同时，使用石墨点进行了传统中医药活性物质检测和小分子药物的活体质谱成像，结果表明，本专利技术提供的方法不但提高了成像的速度和灵敏性，同时还免去筛选传统有机基质这一过程，以及简化了传统成像方法繁琐的样品处理过程；此外，本专利技术提供的石墨点还可以与酶复合形成复合体，不仅提高酶的反应活性，同时，石墨点本身还是一种比较好的MALDI质谱的基质，可以通过石墨点-basedMALDI技术准确的检测了酶的活性。本专利技术还提供了一种表面化学官能团可控的石墨结构型纳米材料的制备方法，其中，通过控制石墨点与硼氢化钠的比例，使得得到的石墨点平均粒径为6纳米左右，且为高度结晶化的、纯度很高的晶体，实验结果表明，本专利技术所述石墨点中只含有碳、氢和氧三种元素。附图说明图1为GD-2的透射电镜表征结果图；图2为GD-2的原子力显微镜表征结果；图3为GD-2的紫外光谱、红外光谱、电导滴定曲线以及拉曼光谱表征结果；图4为GD-2与传统基质CHCA在MALDI-MS的正离子和负离子模式下的背景噪声；图5为GD-2作为基质检测葡萄糖和多肽小分子的质谱图；图6为GD-2作为基质的信号重现性检测结果；图7为正离子模式下葡萄糖和同位素13C标记的葡萄糖本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种表面化学官能团可控的石墨结构型纳米材料，其特征在于，所述石墨结构型纳米材料为以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成含共轭大π键的平面六角的网状结构；其中，所述石墨结构型纳米材料表面修饰的官能团包括环氧基、羰基和羟基；且以所述石墨结构型纳米材料表面的碳碳键、羰基、环氧基和羟基的个数为100％计，所述碳碳键的含量为55～65％；所述羰基的含量为10～16％；所述环氧基的含量为0.5～1.5％；所述羟基的含量为21～31％。

【技术特征摘要】
1.一种表面化学官能团可控的石墨结构型纳米材料，其特征在于，所述石墨结构型纳米材料为以sp2杂化轨道和邻近的三个碳原子形成含共轭大π键的平面六角的网状结构；其中，所述石墨结构型纳米材料表面修饰的官能团包括环氧基、羰基和羟基；且以所述石墨结构型纳米材料表面的碳碳键、羰基、环氧基和羟基的个数为100％计，所述碳碳键的含量为55～65％；所述羰基的含量为10～16％；所述环氧基的含量为0.5～1.5％；所述羟基的含量为21～31％。2.根据权利要求1所述的石墨结构型纳米材料，其特征在于，所述碳碳键的含量为58～62％；所述羰基的含量为12～14％；所述环氧基的含量为0.8～1.2％；所述羟基的含量为23～28％。3.根据权利要求2所述的石墨结构型纳米材料，其特征在于，所述碳碳键的含量为60％；所述羰基的含量为13％；环氧基的含量为1％；所述羟基的含量为26％。4.根据权利要求1所述的石墨结构型纳米材料，其特征在于，所述石墨结构型纳米材料的形貌为立方块体、多面体或类球体；所述立方块体石墨结构型纳米材料的边长为5～6nm；所述多面体或类球体石墨结构型纳米材料的粒径为5～6nm。5.根据权利要求1所述的石墨结构型纳米材料，其特征在于，所述石墨结构型纳米材料在337nm和355nm处有紫外吸收。6.一种表面化学官能团可控的石墨结构型纳米材料的制备方...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘坚，石瑞，康振辉，李灏，刘阳，黄慧，吴恩慧，吕蕊，
申请(专利权)人：苏州大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32