一种自组装寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种自组装寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子及其制备方法和应用。本发明专利技术通过简单物理吸附，将含有半胱氨酸和碱性氨基酸残基交替排列的巯基寡肽自组装在磁性碳复合纳米粒子表面，形成稳定的巯基功能化磁性碳复合纳米粒子，利用巯基与铜离子之间的强相互作用选择性分离富集水溶液中的铜离子。本发明专利技术巯基功能化磁性复合纳米粒子制备方法简单，合成过程绿色环保，条件温和，可以快速有效的选择性吸附铜离子，具有快速简便、吸附效率高、选择性好、重复性好的优点，可适用于不同分离富集材料表面快速功能化。

【技术实现步骤摘要】
一种自组装寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子及其制备方法和应用
本专利技术属于纳米材料表面功能化
，具体涉及一种自组装寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子，以及该复合纳米粒子的制备方法和在选择性分离富集铜离子中的应用。
技术介绍
环境污染日益成为人们越来越关注的问题，其中重金属污染严重影响人类身体健康，因为重金属浓度过高不容易在体内进行肝脏分解代谢，而易于积存在大脑、肾脏等器官，从而引起基因突变，影响细胞遗传，严重时会产生畸胎或诱发癌症等。铜离子广泛应用于电镀、电解、农药、摄影、造纸等行业，因此，从废水中除去残余重金属离子成为当务之急。目前固相萃取是金属离子测定前分离或预浓缩最有效的方法，研究人员合成了不同类型的纳米材料，如碳、PS、SiO2和Fe3O4等，并对其进行不同基团功能化，用于金属离子分离。众所周知，碳材料对金属离子和有机化合物具有较高的吸附能力，为了分离方便，常用磁性碳纳米材料作为固相萃取金属离子的萃取剂。许多研究小组对磁性碳材料进行各种功能基团共价修饰，如氨基、羧基、巯基、羟基等，以增强材料的选择性。但大多共价修饰过程费时费力、步骤多、成本高。因此，探索高效、经济、简便、选择性好的萃取材料成为当务之急。多肽是富含各种基团如氨基、巯基、羟基、羧基等的多官能团分子，已被成功用于各种生化材质表面的修饰材料，以期获得不同功能基团修饰的功能化材料。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种自组装寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子，并为该复合纳米粒子提供一种制备方法和应用。针对上述目的，本专利技术所采用的复合纳米粒子是将含有半胱氨酸和碱性氨基酸残基交替排列的巯基寡肽自组装在磁性碳复合纳米粒子表面，得到稳定的巯基功能化磁性碳复合纳米粒子。上述巯基寡肽的结构式如下所示：式中X、Y、Z各自独立的代表中任意一种，n＝1或2。上述的磁性碳复合纳米粒子为Fe3O4@C纳米粒子，其粒径为180～200nm。本专利技术自组装寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子的制备方法为：将巯基寡肽加入到pH＝7.4的磷酸缓冲液中混合均匀，然后加入NaOH活化处理后的磁性碳复合纳米粒子，室温下震荡1～2h，得到巯基寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子。上述制备方法中，所述巯基寡肽与磷酸缓冲液的质量-体积比为1～10mg:1mL，所述巯基寡肽与NaOH活化处理后的磁性碳复合纳米粒子的质量比为1:20～200。本专利技术自组装寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子可用于分离富集铜离子。本专利技术的有益效果如下：1、本专利技术通过一步自组装法，将巯基寡肽自组装在磁性碳纳米材料上，得到稳定的巯基功能化磁性碳复合纳米粒子。2、本专利技术巯基功能化磁性碳复合纳米粒子具有较高的稳定性和选择性，利用巯基与铜离子之间的强相互作用，可以快速有效的选择性吸附水中及样品溶液中的铜离子，相比于键合法得到的功能材料，该材料具有较高的吸附效率和选择性。3、本专利技术巯基功能化磁性碳复合纳米粒子简单易制备，合成过程绿色环保，吸附效率高，重复使用性好，其中的巯基寡肽适用于不同分离富集材料表面快速功能化，对于开发新型实用经济型材料有很好的借鉴意义。附图说明图1是Fe3O4@C(a)和实施例1得到的巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子(b)的红外光谱图。图2是Fe3O4@C(a)和实施例1得到的巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子(b)的X-射线光电子能谱图。图3是Fe3O4@C和实施例1得到的巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子对Cu2+吸附效率对比图。图4是实施例1得到的巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子对水溶液中Cu2+的吸附速率。图5是实施例1得到的巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子对水溶液中Cu2+的选择性吸附图。图6是实施例1得到的巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子的稳定性。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步详细说明，但本专利技术的保护范围不仅限于这些实施例。下面实施例中所用的巯基寡肽CKCKCK的结构式如下所示：实施例1称取200mgFe3O4@C纳米粒子(根据文献“Yang,J.；Li,J.；Qiao,J.；Lian，H.；Chen,H.J.Chromatogr.A2014,1325,8-15”中公开的方法制备而成)于50mL离心管中，加入50mL1.0mol/LNaOH水溶液超声10min，再用大量超纯水洗涤至中性，80℃烘干，得到NaOH活化处理后的Fe3O4@C纳米粒子。将100.0mg巯基寡肽CKCKCK加入20.0mL10mmol/LpH＝7.4的磷酸缓冲液中混合均匀，再加入20mgNaOH活化处理后的Fe3O4@C纳米粒子，超声1min，室温震荡1h，磁分离后于40℃干燥，接着用超纯水洗涤三次除去多余巯基寡肽，再40℃干燥，得到巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子。将上述Fe3O4@C纳米粒子、巯基寡肽功能化的Fe3O4@C复合纳米粒子进行傅里叶变换衰减全反射红外光谱、X-射线光电子能谱表征，结果如图1和图2所示。由图1可见，Fe3O4@C纳米粒子在1711和1584cm-1处分别出现C＝O和C＝C伸缩振动峰，而巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子在1626cm-1处出现明显的红外吸收峰，表明面巯基寡肽主要以β-折叠构型自组装于磁性Fe3O4@C纳米粒子表面。从X-射线光电子能谱可以看出，巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子表面出现来自于多肽的氮元素，说明寡肽涂层的存在，表明该方法成功的使巯基寡肽修饰到Fe3O4@C纳米粒子表面。由于硫元素在寡肽中所占比重太小，在红外和能谱中未体现出，因此以氮元素的出现证明材料上巯基寡肽的存在。实施例2实施例1得到的巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子在分离富集水溶液中Cu2+的应用1、不同材料吸附效率对比实验向5.0mL5.0μg/mL的氯化铜水溶液中分别加入10mg巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子、Fe3O4@C，超声1min，室温振荡10min进行吸附，然后进行磁分离，分别移取2.0mL上清液至干净离心管中，进行火焰原子吸收测试，最后计算不同材料对Cu2+的吸附效率，结果如图3所示。由图可见，实施例1制备的巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子对Cu2+的吸附效率更好。2、巯基寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子对水溶液中Cu2+的吸附速率实验向5.0mL5.0μg/mL的氯化铜水溶液中加入10mg巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子，超声1min，室温分别振荡1min、5min、8min、10min、20min、30min、55min进行吸附，然后进行磁分离，后续步骤按实验1的操作，结果见图4。由图可见，实施例1制备的巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子能快速高效的吸附Cu2+。3、巯基寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子对水溶液中Cu2+的选择性实验向5.0mL5.0μg/mL的氯化铜水溶液中分别加入含有50.0μg/mLK+、Na+、Ca2+、Fe3+、Co2+、Ni2+的水溶液，再加入10mg巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒子，超声1min，室温振荡10min进行吸附，然后进行磁分离，后续步骤按实验1的操作，结果如图5所示。由图可见，在10倍干扰离子的存在下，巯基寡肽功能化Fe3O4@C复合纳米粒本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自组装寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子，其特征在于：该复合纳米粒子是将巯基寡肽修饰在磁性碳复合纳米粒子表面，得到的巯基功能化磁性碳复合纳米粒子；上述巯基寡肽的结构式如下所示：

【技术特征摘要】
1.一种自组装寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子，其特征在于：该复合纳米粒子是将巯基寡肽修饰在磁性碳复合纳米粒子表面，得到的巯基功能化磁性碳复合纳米粒子；上述巯基寡肽的结构式如下所示：式中X、Y、Z各自独立的代表中任意一种，n＝1或2。2.根据权利要求1所述的自组装寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子，其特征在于：所述的磁性碳复合纳米粒子为Fe3O4@C纳米粒子，其粒径为180～200nm。3.一种权利要求1所述的自组装寡肽功能化磁性碳复合纳米粒子的制备方法，其特征在于：将巯基寡肽加入到pH＝7.4的磷酸缓冲液中...

【专利技术属性】
技术研发人员：党福全，李南，张莉，石海兰，
申请(专利权)人：陕西师范大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61