二茂铁/多壁碳纳米管手性复合材料修饰电极的构建和应用制造技术

本发明专利技术公开了二茂铁/多壁碳纳米管手性复合材料修饰电极的构建方法，是将多壁碳纳米管超声分散到二茂铁的DMF‑H2O混合溶液中，剧烈搅拌5.5~6.5h，离心，洗涤，干燥，得到二茂铁功能化多壁碳纳米管MWCNTs/Fc；将电极置于MWNTs/Fc溶液中，利用循环伏安法扫描，得到电极MWNTs/Fc/GCE；然后将β‑CD溶液滴涂到MWNTs/Fc/GCE上，得到手性识别材料修饰电极β‑CD/MWNTs/Fc/GCE。将修饰电极β‑CD/MWNTs/Fc/GCE置于色氨酸异构体的溶液中，利用差示脉冲伏安法将氨基酸异构体进行识别，峰电流值较高的为D‑色氨酸，峰电流值较低的为L‑色氨酸。

Construction and Application of Ferrocene/Multi-walled Carbon Nanotubes Chiral Composite Modified Electrode

The invention discloses the construction method of a ferrocene/multi-walled carbon nanotubes chiral composite modified electrode. The multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs/Fc) are ultrasonic dispersed into the mixed solution of DMF and H2 of ferrocene, stirred vigorously for 5.5-6.5 h, centrifuged, washed and dried to obtain the functionalized multi-walled carbon nanotubes MWCNTs/Fc; the electrode is placed in the solution of MWNTs/Fc and scanned by cyclic voltammetry to obtain the MWCNTs/Fc. The electrode MWNTs/Fc/GCE; then the chiral recognition material modified electrode beta CD/MWNTs/Fc/GCE was obtained by dropping beta CD solution onto MWNTs/Fc/GCE. The modified electrode beta CD/MWNTs/Fc/GCE was placed in the solution of tryptophan isomers. The amino acid isomers were identified by differential pulse voltammetry. The highest peak current value was D-tryptophan and the lowest peak current value was L-tryptophan.

【技术实现步骤摘要】
二茂铁/多壁碳纳米管手性复合材料修饰电极的构建和应用
本专利技术涉及一种基于多壁碳纳米管手性识别材料修饰电极的构建，主要用于色氨酸对映异构体的电化学手性识别，属于电化学手性识别领域。
技术介绍
由于不同的氨基酸异构体具有不同的生理活性和药理特征，氨基酸的手性识别在生物化学和科学
日益重要。目前，有许多方法已经用于手性识别，例如，高效液相色谱法、石英晶体微量天平、荧光光谱、毛细管电泳、比色法以及电化学方法。由于电化学方法具有环保性、实时检测、灵敏度低以及价格低廉的优点，已经广泛应用于手性识别领域。L-色氨酸（L-Trp）是生命的基本组成部分，它在医药和食品领域具有广泛的应用，而D-色氨酸（D-Trp）是合成免疫抑制剂和抗癌药物的前驱体。但是色氨酸的手性识别在一定程度上受到了挑战。β-环糊精是直链淀粉在由芽孢杆菌产生的环糊精葡萄糖基转移酶作用下生成的一系列环状低聚糖的总称，通常含有6~12个D-吡喃葡萄糖单元。β-环糊精是手性化合物，它对有机分子具有手性识别和选择的能力，已成功地应用于各种色谱与电泳方法中以分离各种异构体和对映体。多壁碳纳米管（MWCNTs）作为碳纳米材料的一员，由于其较大的比表面积以及良好的导电性，已经广泛应用于电化学传感器领域。但是由于其团聚效应，原始MWCNTs的应用在某种程度上受到了一定的限制。传统的用混酸处理的方法会破坏MWCNTs的结构，影响其导电性，二茂铁（Fc）作为电化学传感器和生物传感器中常见的中间介质，应用于功能化MWCNTs，从而达到减小团聚效应的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种二茂铁/多壁碳纳米管手性复合材料修饰电极的构建方法；本专利技术的另一目的是提供二茂铁/多壁碳纳米管手性复合材料修饰电极在识别色氨酸对映异构体中的具体应用。一、二茂铁/多壁碳纳米管手性复合材料修饰电极的构建（1）二茂铁非共价功能化多壁碳纳米管的制备：将多壁碳纳米管（MWCNTs）分散到二茂铁的DMF-H2O混合溶液中，超声1.5~2.5h，然后在室温下剧烈搅拌（搅拌速度为500~700rpm）5.5~6.5h，离心，洗涤，干燥，得到二茂铁功能化多壁碳纳米管MWCNTs/Fc。DMF-H2O混合溶液中，DMF与H2O的体积比为1:4~1:5；多壁碳纳米管（MWCNTs）与二茂铁（Fc）的质量比为1:35~1:40；所述离心机转速为10000rpm。（2）二茂铁/多壁碳纳米管手性复合材料修饰电极的构建将二茂铁功能化多壁碳纳米管MWNTs/Fc分散于水中，形成浓度1~1.2mg/mL的MWNTs/Fc溶液；将预处理的裸电极置于MWNTs/Fc溶液中，在扫描电势为0~1.0V，扫速为50mVs-1，利用循环伏安法扫描60圈，得到电极MWNTs/Fc/GCE；电极MWNTs/Fc/GCE在红外灯下烤干后，将浓度1~1.2mg/mL的β-CD溶液滴涂到MWNTs/Fc/GCE上，得到手性识别材料修饰的电极β-CD/MWNTs/Fc/GCE。二、修饰电极的电化学性能将上述制备的修饰电极MWNTs/Fc/GCE，β-CD/MWNTs/Fc/GCE分别置于5.0mM[Fe(CN)6]4-/3-溶液（该溶液中包含0.1~0.15M的KCl）进行循环伏安（CV）测试。图1为不同修饰电极的循环伏安曲线（CV）。其中，a为裸电极的循环伏安曲线，b为MWNTs/Fc/GCE的循环伏安曲线，c为β-CD/MWNTs/Fc/GCE的循环伏安曲线。由图1可以看出，MWNTs/Fc/GCE的峰电流最大，这主要是因为Fc和MWCNTs通过π-π作用结合，Fc和MWCNTs的协同作用加速了电子的转移；当β-CD修饰到MWNTs/Fc/GCE之后，峰电流值下降，这是由于β-CD的绝缘性导致其导电性降低。三、β-CD/MWNTs/Fc/GCE对色氨酸异构体的识别将手性识别材料修饰电极β-CD/MWNTs/Fc/GCE分别置于浓度为5~6mM/L的L-色氨酸和D-色氨酸溶液中；利用差示脉冲伏安法（DPV）进行扫描识别，扫描电位为-0.2~0.6V。图2为β-CD/MWNTs/Fc/GCE电极识别色氨酸异构体的DPV图。可以看出，L-色氨酸和D-色氨酸与工作电极β-CD/MWNTs/Fc/GCE作用时，峰电流大小不同，从而可以对色氨酸异构体识别。相比于D-色氨酸，L-色氨酸的峰电流下降更多，这是由于L-色氨酸更易与环糊精形成氢键作用，所以能够进入环糊精的内腔，色氨酸的绝缘性能导致峰电流下降。四、不同修饰电极对色氨酸异构体的识别图3为不同修饰电极对色氨酸异构体的识别，图3a为裸GCE对色氨酸异构体的识别，b为MWNTs/Fc/GCE对色氨酸异构体的识别，c为β-CD/GCE对色氨酸异构体的识别，d为β-CD/MWNTs/Fc/GCE的识别。由图3的结果可以看出，裸电极、MWNTs/Fc/GCE和β-CD/GCE对色氨酸异构体几乎没有识别效果。当用β-CD/MWNTs/Fc/GCE识别色氨酸异构体时，其识别效率：ID/IL=2.23。附图说明图1为不同修饰电极的循环伏安曲线。图2为MWCNTs-Fc/β-CD/GCE对L-色氨酸和D-色氨酸识别的DPV图。图3为不同修饰电极对L-色氨酸和D-色氨酸识别的DPV图。具体实施方式下面通过具体实施例对本专利技术一种基于电合成的手性识别材料的制备及应用作进一步说明。1、MWCNTs/Fc复合材料的制备将200mg二茂铁Fc溶于50mLDMF-H2O（DMF与H2O体积比为1:4）溶液中；将5mg未处理的MWCNTs分散到上述二茂铁Fc的溶液中；超声2h，然后在室温下剧烈搅拌（600rpm）6h使其充分反应；离心（转速为10000rpm）后用DMF洗涤数次，真空干燥箱中干燥24h，得MWCNTs/Fc复合材料；保持4~5°C使用。2、手性传感界面的构建裸玻碳电极（GCE）的预处理：分别用1.0μm、0.3μm、0.05μm的Al2O3悬浊液抛光，再将抛光后的GCE分别置于乙醇和二次水中超声2~3min；氮气下吹干；手性识别材料修饰电极的构建：将MWCNTs/Fc复合材料分散于水中，形成1mg/mL的MWNTs/Fc悬浊液；将预处理的裸电极分别置于1mg/mL的MWNTs/Fc悬浊液中，在扫描电势为0~1.0V，扫速为50mVs-1下利用循环伏安法扫描60圈，得到MWNTs/Fc/GCE；将MWNTs/Fc/GCE在红外灯下烤干；再将8~9μLβ-CD溶液（1mg/mL）滴涂到MWNTs/Fc/GCE上，得到手性识别材料修饰电极β-CD/MWNTs/Fc/GCE。3、β-CD/MWNTs/Fc/GCE对色氨酸异构体的识别将β-CD/MWNTs/Fc/GCE分别浸入20mLL-色氨酸（L-Trp）和D-色氨酸（D-Trp）异构体的水溶液中，孵化2~3min，利用差示脉冲伏安法，扫描电位为-0.2~0.6V的条件下进行扫描识别。其中电流值较大（电流值为29.47μA）的为D-色氨酸，电流值较小（电流值为13.93μA）的为L-色氨酸。识别效率：ID/IL=2.23。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.二茂铁/多壁碳纳米管手性复合材料修饰电极的构建方法，包括以下步骤：（1）二茂铁功能化多壁碳纳米管的制备：将多壁碳纳米管MWCNTs分散到二茂铁的DMF‑H2O混合溶液中，超声1.5~2.5h，然后在室温下剧烈搅拌5.5~6.5h，离心，洗涤，干燥，得到二茂铁功能化多壁碳纳米管MWCNTs/Fc（2）二茂铁/多壁碳纳米管手性复合材料修饰电极的构建：将二茂铁功能化多壁碳纳米管MWNTs/Fc分散于水中，形成浓度1~1.2mg/mL的MWNTs/Fc溶液；将预处理的裸电极置于MWNTs/Fc溶液中，在扫描电势为0~1.0V，扫速为50 mV s‑1，利用循环伏安法扫描60圈，得到电极MWNTs/Fc/GCE；电极MWNTs/Fc/GCE在红外灯下烤干后，将浓度1~1.2mg/mL的β‑CD溶液滴涂到MWNTs/Fc/GCE上，得到手性识别材料修饰的电极β‑CD/MWNTs/Fc/GCE。

【技术特征摘要】
1.二茂铁/多壁碳纳米管手性复合材料修饰电极的构建方法，包括以下步骤：（1）二茂铁功能化多壁碳纳米管的制备：将多壁碳纳米管MWCNTs分散到二茂铁的DMF-H2O混合溶液中，超声1.5~2.5h，然后在室温下剧烈搅拌5.5~6.5h，离心，洗涤，干燥，得到二茂铁功能化多壁碳纳米管MWCNTs/Fc（2）二茂铁/多壁碳纳米管手性复合材料修饰电极的构建：将二茂铁功能化多壁碳纳米管MWNTs/Fc分散于水中，形成浓度1~1.2mg/mL的MWNTs/Fc溶液；将预处理的裸电极置于MWNTs/Fc溶液中，在扫描电势为0~1.0V，扫速为50mVs-1，利用循环伏安法扫描60圈，得到电极MWNTs/Fc/GCE；电极MWNTs/Fc/GCE在红外灯下烤干后，将浓度1~1.2mg/mL的β-CD溶液滴涂到MWNTs/Fc/GCE上，得到手性识别材料修饰的电极β-CD/MWNTs/Fc/GCE。2.如权利要求1所述二茂铁/多壁碳纳米管手性复合材料修饰电极的构建方法，其特征在于：步骤（1）的DMF-H2O混合溶液中，DMF与H2O的体积比为1:4~1:5。3.如权利要求1...

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