[發明專利]組氨酸功能化碳納米管及其制備方法及應用

無效

• 申請號: 201210109261.8
• 申請日: 2012-04-16
• 公開（公告）號: CN102642825A
• 公開（公告）日: 2012-08-22
• 發明（設計）人: 劉越;李琰
• 申請（專利權）人: 天津師范大學
• 主分類號: C01B31/02
• 分類號: C01B31/02;B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;G01N1/40
• 代理公司: 天津市杰盈專利代理有限公司 12207
• 代理人: 朱紅星

技術領域

本發明涉及生物分子功能化的碳納米管，用于選擇性檢測復雜生物及環境體系的痕量金屬元素，屬于納米材料制備技術及生物、環境復雜體系中金屬成分的分析檢測技術領域。

背景技術

一些特定過渡金屬超過一定濃度后對于大部分生命體都具有毒性及致病性。甚至在很低的濃度下，對于人和動物來講，都有很強毒性。并且它不具備生物降解性，易于在體內堆積，引發各種疾病和失調。

碳納米管是由單層或多層石墨片圍繞中心軸按一定的螺旋角卷繞而成的無縫、中空的“微管”。根據形成條件的不同,碳納米管存在多壁碳納米管(MWNTs)?和單壁碳納米管(SWNTs)?兩種形式。MWNTs一般由幾層到幾十層石墨片同軸卷繞構成，層間間距為?0.?34?nm?左右，其典型的直徑和長度分別為2～30?nm?和0.?1～50μm。碳納米管因具有尺寸小、機械強度高、比表面大、電導率高、界面效應強等特點，從而使其具有特殊的機械、物理、化學性能，在工程材料、催化、吸附—分離、儲能器件電極材料等諸多領域中具有重要的應用前景。碳納米管的化學性能中最優異、最突出的就是吸附性能。由于碳納米管是由石墨層片卷曲而成的一維量子線，其每一個碳原子都暴露在表面，這種獨特的結構導致它對液體和氣體都有顯著的吸附性，在分析化學領域中的應用尤為廣泛?；诩{米級的尺度和微觀結構，在制備的過程中產生不同大小和尺度的孔徑結構，再加上極高的比表面積(單壁碳納米管的理論極限表面積可達2630?m²?g^-1，相當于單層石墨片的比表面積，接近于超級活性炭)。碳納米管納米空腔的存在使得液體能通過浸潤碳表面和毛細作用吸附于碳納米管上，并且表面張力越小，就越容易吸附和填充。這使得碳納米管具有獨特的吸附特性。雖然碳納米管在分析樣品前的預富集金屬方面做了很多應用，但是選擇性并不高。因此我們發展了高靈敏度、高選擇性預富集，可直接檢測生物、環境復雜體系中金屬成分。

流動注射（FI）在線吸附分離、預富集顯示出巨大的潛力，并且在這些年成為一種最有潛力的自動樣品分析的方式。在線固相萃取微柱中，將功能化的碳納米管密實地填充于微柱中，兩端加入少量的玻璃棉，即可完成微柱的制備。流動注射在線預富集、分離與電熱原子吸收聯用已經成為通過增強信號來檢測痕量元素的有效方法，具備高樣品通量，低消耗等特點。本工作即采用此方式來實現材料性能的特定性能。

發明內容

本發明的目的是解決未修飾碳納米管富集、分離中選擇性差的問題，提供一種可以高靈敏度、高選擇性預富集并直接定量檢測生物、環境復雜體系中金屬成分的、組氨酸功能化的碳納米管的制備方法。

為實現上述目的，本發明公開如下的技術內容：

一種組氨酸功能化多壁碳納米管，其特征在于它是由下述成分組成：

0.2-2?g?多壁碳納米管MWCNT表面負載62-620?mg的組氨酸（2-氨基-3咪唑基丙酸）。

本發明所述組氨酸功能化碳納米管的制備方法，其特征是該方法包括如下步驟：

(a)?在敞開反應容器內，加入0.2-2?g?多壁碳納米管MWCNT，混合酸，多壁碳納米管與混合酸的質量體積比m/V為1:20，常溫超聲分散60-120?min，制得均勻分散的MWCNT黑色懸濁液；其中的混合酸指的是：濃硫酸與濃硝酸按體積比為1:1-3:1加以混合；

(b)取15-25?mL步驟?(a)制得的MWCNT黑色懸濁液于燒杯中，加熱到65-75℃，攪拌5-15?h；

(c)?向步驟(b)中加入蒸餾水稀釋，7000?rpm離心5?min，棄去上清酸液；

(d)?再向步驟(c)中加入蒸餾水，通過0.22?μm?的聚碳酸酯膜過濾，再用蒸餾水反復洗滌過濾物至過濾液的pH=6-7；真空干燥，得到碳納米管甲酸MWCNT-COOH；

(e)?在100?mL?的三口瓶中加入步驟（d）中的MWCNT-COOH，將MWCNT-COOH分別用NHS（N-羥基琥珀酰亞胺）和EDC（1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳二亞胺鹽酸鹽）室溫下攪拌活化5?h，并反應成內酯基團，懸濁液通過PTFE膜過濾分離,?并用乙醇和蒸餾水洗滌；其中MWCNT-COOH:NHS:EDC的重量比為1?:?10?:?1?~?1?:?1:?10?。