本發(fā)明涉及一種電化學(xué)手性傳感識(shí)別材料，尤其涉及一種基于殼聚糖的手性電化學(xué)傳感器材料及其制備；主要用于用于色氨酸異構(gòu)體的手性識(shí)別，屬于復(fù)合材料技術(shù)領(lǐng)域和手性電化學(xué)識(shí)別領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

手性是自然界的固有屬性，在生命器官中扮演著重要的角色。微觀的手性分子構(gòu)成了表觀的手性。在生命體中，手性物質(zhì)的兩個(gè)外消旋體存在的量不同，生命系統(tǒng)只有一種構(gòu)型是朝著有利于生命的正向發(fā)展，生命體能夠辨別不同構(gòu)型的生物分子產(chǎn)生不同的代謝作用。自然界的這種屬性，使得生命活動(dòng)的生物大分子或者其基本組成單元如酶、蛋白質(zhì)、多糖以及受體、離子通道等具有手性，當(dāng)手性物質(zhì)與他們作用時(shí)，只能選擇性的與一種構(gòu)象的手性小分子作用，這種在手性環(huán)境中的選擇性識(shí)別叫做手性識(shí)別。殼聚糖是手性大分子聚合物，具有手性中心、且易成膜等特點(diǎn)用于手性識(shí)別。但是，由于殼聚糖的導(dǎo)電性差，使其在手性電化學(xué)傳感器的構(gòu)建方面受到了一定的限制。

3,4,9,10-苝四羧酸（PTCA），是一種芳環(huán)有機(jī)染料，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性和水溶性，此外，還具有良好的導(dǎo)電性和氧化還原性。因此，將殼聚糖和PTCA復(fù)合之后的材料既具有手性，又具有良好的導(dǎo)電性和氧化還原性，以其構(gòu)建的的手性電化學(xué)傳感器應(yīng)當(dāng)具有更大的識(shí)別信號(hào)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于殼聚糖的手性電化學(xué)傳感器材料的制備方法。

本發(fā)明的另一目的是一種上述基于殼聚糖的手性電化學(xué)傳感器材料在手性識(shí)別L-色氨酸中的應(yīng)用。

一、基于殼聚糖的手性電化學(xué)傳感器材料的制備

本發(fā)明基于殼聚糖的手性電化學(xué)傳感器材料的制備，是將3,4,9,10-苝四甲酸二酐（PTCDA）在堿性溶液中水解得到的3,4,9,10-苝四羧酸（PTCA）分散于PBS溶液中，加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（EDC）和N-羥基丁二酰亞胺（NHS）作為交聯(lián)劑對(duì)3,4,9,10-苝四羧酸的羧基進(jìn)行活化，然后加入殼聚糖的醋酸溶液，通過酰胺化反應(yīng)將殼聚糖和3,4,9,10-苝四羧酸復(fù)合，制得3,4,9,10-苝四羧酸-殼聚糖復(fù)合材料（PTCA-CS），即為基于殼聚糖的手性電化學(xué)傳感器材料。

上述3,4,9,10-苝四甲酸二酐的水解：將3,4,9,10-苝四甲酸二酐（PTCDA）充分分散于KOH水溶液中，逐漸加入HCl溶液，直至3,4,9,10-苝四羧酸完全沉淀，離心沉淀，二次蒸餾水洗滌，真空干燥，得3,4,9,10-苝四羧酸（PTCA）。其中，KOH水溶液的質(zhì)量濃度為0.8~1.2mg/mL；HCl溶液的摩爾濃度為0.08~0.15mol/L。

3,4,9,10-苝四羧酸的活化：將3,4,9,10-苝四羧酸（PTCA）溶于pH=7的PBS緩沖溶液中，先加入1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（EDC），室溫?cái)嚢?5~30min，再加入N-羥基丁二酰亞胺（NHS），室溫?cái)嚢?~6h，得活化的3,4,9,10-苝四羧酸PTCA。其中，3,4,9,10-苝四羧酸與1-(3-二甲氨基丙基)-3-乙基碳二亞胺鹽酸鹽（EDC）的質(zhì)量比為10:0.8~10:1.2；3,4,9,10-苝四羧酸與N-羥基丁二酰亞胺（NHS）的質(zhì)量比為10:2.5~10:3.1。

3,4,9,10-苝四羧酸-殼聚糖復(fù)合材料（PTCA-CS）的制備：將殼聚糖（CS）在超聲條件下完全溶于50mL 0.1moL/L醋酸溶液中，再連續(xù)攪拌1.5~2.5小時(shí)使殼聚糖完全質(zhì)子化，得殼聚糖質(zhì)子化溶液；然后將殼聚糖質(zhì)子化溶液加入上述活化的3,4,9,10-苝四羧酸中，在常溫下連續(xù)攪拌5~7小時(shí)，使3,4,9,10-苝四羧酸和殼聚糖發(fā)生酰胺化反應(yīng)；酰胺化產(chǎn)物經(jīng)過濾、洗滌、干燥，得到3,4,9,10-苝四羧酸-殼聚糖復(fù)合材料。其中，殼聚糖與3,4,9,10-苝四羧酸的的質(zhì)量比為1:1~1:1.2。

圖1是本發(fā)明制備的基于殼聚糖的手性識(shí)別材料（PTCA-CS）以及CS和PTCDA的紅外光譜圖。其中，1583.92cm^-1和3110.65cm^-1歸屬于PTCDA上的C=C和–CH的伸縮振動(dòng)峰。PTCDA上1716.03cm^-1歸屬于C=O的伸縮振動(dòng)，1294.32cm^-1 歸屬于C-O-C的伸縮振動(dòng)。3441.49cm^-1是CS上-OH的伸縮振動(dòng)峰，PTCDA和CS上的所有特征峰都在PTCA-CS上出現(xiàn)，表明PTCA-CS酰胺化成功。

二、基于殼聚糖的手性電化學(xué)傳感器材料的電化學(xué)性能

1、電極的制備及循環(huán)伏安曲線

將裸玻碳電極（GCE）在麂皮上分別用0.3μm和0.05μm的Al₂O₃拋光，將表面污物洗滌后，轉(zhuǎn)入乙醇和超純水分別超聲5min。接著分別將裸玻碳電極置于CS、PTCA和PTCA-CS的溶液中，利用循環(huán)伏安法分別電沉積于玻碳電極的表面，制備成CS/GCE、PTCA/GCE和PTCA-CS/GCE。

將制備的CS/GCE、PTCA/GCE和PTCA-CS/GC分別其置于5.0mM[Fe(CN)₆]^4-/3-溶液（該溶液中包含0.1 M的KCl）進(jìn)行循環(huán)伏安（CV）測(cè)試，不同電極的循環(huán)伏安曲線（^-1）由圖2所示?？梢钥闯觯咫娏鞯拇笮∫来螢镃S/GCE＞GCE＞PTCA-CS/GCE＞PTCA/GCE。這主要是由于質(zhì)子化的殼聚糖帶正電，與溶液中帶負(fù)電的[Fe(CN)₆]^4-/3-發(fā)生靜電吸引，使得CS/GCE的峰電流最大。PTCA具有羧基，帶負(fù)電，與溶液中的[Fe(CN)₆]^4-/3-發(fā)生排斥作用，表現(xiàn)為峰電流最小。PTCA-CS結(jié)合了PTCA和CS兩者的優(yōu)點(diǎn)，既具有CS的手性，又具有PTCA良好的導(dǎo)電性和電子傳輸能力，因此PTCA-CS/GCE能作為電化學(xué)手性傳感器用于色氨酸異構(gòu)體的識(shí)別。

2、電化學(xué)手性傳感器的構(gòu)建及色氨酸異構(gòu)體的識(shí)別

將裸玻碳電極在麂皮上分別用0.3μm和0.05μm的Al₂O₃拋光，將表面污物洗滌后，轉(zhuǎn)入乙醇和超純水分別超聲5min。然后將干凈的電極置于2mg/mL的PTCA-CS溶液中，利用循環(huán)伏安法（CV）將PTCA-CS電沉積于電極表面進(jìn)行修飾：掃描電位從0~1.0V，掃速為50mVs^-1，掃描50圈。

將PTCA-CS修飾的電極分別置于4~5mmol/L 25mL L-色氨酸和D-色氨酸溶液中，利用差示脈沖伏安法（DPV）對(duì)色氨酸異構(gòu)體進(jìn)行手性識(shí)別，掃描電位為-0.2到0.6V。圖3為對(duì)色氨酸異構(gòu)體的識(shí)別的DPV圖。可以看出，色氨酸異構(gòu)體（L-色氨酸和D-色氨酸）分別與PTCA-CS/GCE作用時(shí)，峰電流值不同。這可能是因?yàn)镈-色氨酸與PTCA-CS具有更強(qiáng)氫鍵作用和π-π作用，導(dǎo)致更多的D-色氨酸吸附在PTCA-CS/GCE電極表面，致使其導(dǎo)電性下降，從而使得識(shí)別D-色氨酸時(shí)峰電流下降更多，說明該手性識(shí)別材料對(duì)L-色氨酸具有更大的識(shí)別信號(hào)。因此，可快速、靈敏的識(shí)別色氨酸異構(gòu)體中的L-色氨酸。

附圖說明

圖1為CS、PTCDA和PTCA-CS的紅外光譜圖。

圖2為GCE、CS/GCE、PTCA/GCE和PTCA-CS/GCE的循環(huán)伏安曲線。

圖3為對(duì)色氨酸異構(gòu)體的識(shí)別的DPV圖。

具體實(shí)施方式

下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明一種基于殼聚糖的電化學(xué)手性傳感器的制備以及手性識(shí)別色氨酸異構(gòu)體中的L-色氨酸的應(yīng)用作進(jìn)一步說明。

實(shí)施例 1、PTCA-CS復(fù)合材料的制備

（1）PTCDA的水解：稱取1g PTCDA，將其分散于50mL的1%KOH溶液中，超聲5min使其分散均勻，然后置于水浴中加熱1h后，得到完全溶于水且分散均勻的溶液，然后逐漸加入0.1mol/L的HCl溶液，直至3,4,9,10-苝四羧酸（PTCA）完全沉淀并使其保持一定弱酸性；離心沉淀，并用二次蒸餾水洗滌數(shù)次，制得PTCA；

（2）PTCA的活化：稱取PTCA 100mg，超聲5min使PTCA均勻分散在50mL PBS（pH=7）溶液中；加入10mg EDC，在室溫下攪拌0.5h后，再加入30mg（NHS），室溫下連續(xù)攪拌6h以活化其羧基，得活化的PTCA；

（3）CS的質(zhì)子化：稱取100mg CS，加入到50ml 0.1mol/L醋酸溶液中，超聲5min使其完全溶解于醋酸溶液中；然后將該溶液置于磁力攪拌器常溫下攪拌2h，得質(zhì)子化的CS溶液；

（4）酰胺化反應(yīng)：將質(zhì)子化的CS溶液在半小時(shí)內(nèi)逐滴加入到步驟（2）活化的PTCA中，常溫下連續(xù)攪拌6h，使PTCA和CS發(fā)生酰胺化反應(yīng)；反應(yīng)結(jié)束后，過濾酰胺化產(chǎn)物、洗滌、干燥，得到手性識(shí)別材料PTCA-CS，在4℃保存用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

實(shí)施例2、電化學(xué)傳感器的構(gòu)建

（1）裸玻碳電極的清洗：將裸玻碳電極在麂皮上分別用0.3μm和0.05μm的Al₂O₃拋光，將表面污物洗滌后，轉(zhuǎn)入乙醇和超純水分別超聲5min；

（2）玻碳電極的表面修飾：將清洗的裸玻碳電極置于2mg/mL的PTCA-CS水溶液中，利用循環(huán)伏安法（CV）將PTCA-CS電沉積于電極表面，得到PTCA-CS修飾的玻碳電極PTCA-CS/GCE。循環(huán)伏安法的條件為：掃描電位從0~1.0V，掃速為50mVs^-1，掃描50圈。

（3）色氨酸異構(gòu)體的識(shí)別：將PTCA-CS修飾的電極分別置于25mL L-色氨酸、D-色氨酸水溶液中（濃度為5mmol/L），利用差示脈沖伏安法（DPV）對(duì)色氨酸異構(gòu)體進(jìn)行手性識(shí)別：峰電流值高的為L-色氨酸，峰電流值低的為D-色氨酸。差示脈沖伏安法（DPV）的具體條件為：掃描電位從-0.2到0.6V。