[發(fā)明專利]一種氨基酸對映體的光電催化手性識別方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410161159.1
• 申請日: 2014-04-22
• 公開（公告）號: CN103940871A
• 公開（公告）日: 2014-07-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙國華;陳成;史慧杰
• 申請（專利權(quán)）人: 同濟(jì)大學(xué)
• 主分類號: G01N27/26
• 分類號: G01N27/26;G01N27/30
• 代理公司: 上海正旦專利代理有限公司 31200
• 代理人: 張磊

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及納米材料、光電化學(xué)分析與手性生物分子識別技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種氨基酸對映體的光電催化手性識別方法。

背景技術(shù)

手性是自然界的本質(zhì)屬性之一，自然界中許多構(gòu)成生命體的生物分子，如氨基酸、蛋白質(zhì)、多糖、核酸和酶等，大多是手性的。很多化學(xué)物質(zhì)包括一些人工合成的氨基酸、藥物和農(nóng)藥也都具有手性結(jié)構(gòu)，而且往往以外消旋體形式出現(xiàn)。在非手性環(huán)境中，手性對映體的物理化學(xué)性質(zhì)幾乎相同，可以看作是同一物質(zhì)。但是在手性環(huán)境中，特別是手性化合物相互作用時(shí)，手性對映異構(gòu)體往往表現(xiàn)出不同的特性，有時(shí)甚至表現(xiàn)出截然相反的性質(zhì)，可以認(rèn)為是兩種不同化學(xué)性質(zhì)的物質(zhì)。

在眾多的手性物質(zhì)中，氨基酸是最常見也最基礎(chǔ)的手性對映體。在生命體系中，?L-氨基酸是構(gòu)成蛋白質(zhì)的一種基本單元，而D-氨基酸很少參與蛋白質(zhì)的構(gòu)成，甚至?xí)ιw系產(chǎn)生一些副作用。不僅手性物質(zhì)的生物效應(yīng)，如致畸、致癌、致突變、內(nèi)分泌干擾活性等會(huì)呈現(xiàn)出手性選擇性，事實(shí)上，手性選擇性在生命過程和自然界演變中普遍存在，如氨基酸的一種異構(gòu)體可能會(huì)優(yōu)先被生物攝取吸收并在生物體內(nèi)代謝轉(zhuǎn)化。因此，進(jìn)行氨基酸手性識別及其對映體選擇性檢測的研究，在生命、環(huán)境、農(nóng)藥、材料等領(lǐng)域中均具有重要的理論和實(shí)際研究意義。?

光電化學(xué)方法由于具有簡單、快速、準(zhǔn)確、易于實(shí)時(shí)在線檢測等特點(diǎn)，特別是采用TiO₂、ZnO等各種氧化物半導(dǎo)體作為催化劑的光電檢測方法，一直備受青睞。光電催化氧化方法主要是通過電極表面產(chǎn)生具有強(qiáng)氧化能力的羥基自由基將底物進(jìn)行氧化降解，具有快速高效、氧化較徹底等優(yōu)點(diǎn)。但是，也正是因?yàn)槿绱耍磻?yīng)的選擇性差，往往較難實(shí)現(xiàn)混合體系中不同底物的選擇性光電催化氧化以及進(jìn)一步的選擇性光電檢測。因此，如何實(shí)現(xiàn)有機(jī)物的選擇性催化氧化也是目前光電催化研究領(lǐng)域中一個(gè)重要的前沿問題和技術(shù)難點(diǎn)。近年來眾多科學(xué)家們嘗試通過對催化劑表面進(jìn)行修飾或改性以攻克光電催化氧化技術(shù)缺乏選擇性這一難題。例如，結(jié)合分子印跡技術(shù)，通過在印跡材料制備過程中添加目標(biāo)物質(zhì)作為模板分子可以獲得對目標(biāo)分子具有選擇性識別能力的識別位點(diǎn)；將它和光電催化氧化相結(jié)合，可以有效改善光電催化的選擇性氧化的能力。除了采用傳統(tǒng)的有機(jī)聚合物作為印跡材料外，更多的人致力于研究直接在無機(jī)光催化劑上構(gòu)筑印跡位點(diǎn)。但是常見的無機(jī)光催化劑（TiO₂、ZnO）通常以無序納米膜或顆粒的形式存在，表面往往凹凸不平，三維起伏；而且TiO₂光催化劑往往為銳鈦礦和金紅石混合晶型、多晶結(jié)構(gòu)生長。在其表面直接制備目標(biāo)污染物的識別位點(diǎn)對于印跡表達(dá)的重現(xiàn)性可能會(huì)造成一定影響。而且，手性污染物的對映體分子量和大小完全相同，僅存在空間結(jié)構(gòu)的差異，這對于構(gòu)筑具有手性識別功能的選擇性光電催化劑是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。我們認(rèn)為，如果從這兩方面對無機(jī)光催化劑進(jìn)行改善，能夠很大地提高其選擇性，有望實(shí)現(xiàn)手性氨基酸的光電識別和選擇性檢測。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的就是為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，通過直接在單晶ZnO表面構(gòu)筑手性氨基酸的印跡位點(diǎn)來提供一種簡單易行、選擇性好，檢測靈敏度高、重現(xiàn)性好、適用范圍廣的氨基酸對映體的光電催化手性識別方法。

本發(fā)明的目的可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)：

氨基酸對映體的光電催化手性識別方法，選用手性對映體L-苯丙氨酸和D-苯丙氨酸作為識別對象，配置一定濃度的L-苯丙氨酸和D-苯丙氨酸對映體溶液，分別加入0.1M?Na₂SO₄電解液中，攪拌10分鐘，靜置，并采用i-t曲線的方法，在0.5mW紫外光照射下，施加偏壓0.6V，測定光電流的響應(yīng)，并用模板對映體L和干擾對映體D-苯丙氨酸的光電流增加率的比值來說明該電極在單一體系中對其目標(biāo)手性物質(zhì)的選擇性；同時(shí)地，采用該電極檢測在加入模板對映體L后再加入D-苯丙氨酸引起的干擾光電流，以說明該電極在混合體系中對手性對映體的識別能力。

所述的光陽極在混合體系中手性光電催化識別是在分別加入的不同濃度的L-苯丙氨酸到電解液中，測得相應(yīng)的光電流響應(yīng)，再分別加入0.5、1、10、20、50、100倍數(shù)的干擾對映體D-苯丙氨酸到電解液中檢測其引起的干擾光電流響應(yīng)。

采用手性印跡功能化的光陽極的光電檢測方法，分別將配制的不同濃度的待測物質(zhì)L和D-苯丙氨酸的標(biāo)準(zhǔn)溶液，依次分別加入到電解池中作為電解液，攪拌10分鐘后，靜置后測定光電流，根據(jù)光電流與標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度的線性關(guān)系繪制工作曲線。