CN104119244B - 基于功能性纳米通道阵列实现dl酪氨酸的手性拆分及在线检测的方法 - Google Patents

基于功能性纳米通道阵列实现dl酪氨酸的手性拆分及在线检测的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于功能性纳米通道阵列结合表面增强拉曼光谱实现DL酪氨酸的手性拆分及在线检测的方法。以聚碳酸酯膜为基膜，采用化学沉积法制备了直径25nm左右的Au纳米通道膜，L‑半胱氨酸通过金‑硫共价键自组装至Au纳米通道孔壁上，形成表面带有L‑半胱氨酸的手性选择性识别膜。该手性选择性识别的通道对DL酪氨酸的作用不一样，导致通过修饰膜的DL酪氨酸的过膜速率不一样，从而达到D‑酪氨酸和L‑酪氨酸的分离。利用DL酪氨酸的SERS特征峰的差别和极低的检测限，可以对分离池中的对象进行即时检测。本发明为难以拆分的DL酪氨酸的分离以及检测提供了一种新型，简便的方法。

Description

基于功能性纳米通道阵列实现DL酪氨酸的手性拆分及在线检测的方法
技术领域
本发明涉及材料领域和分离技术领域，是一种基于纳米通道膜材料上的分子水平膜分离检测技术，具体的为基于纳米通道结合表面增强拉曼光谱分离检测酪氨酸对映体的方法。
背景技术
纳米科学技术是现代科学和现代技术交叉结合的产物，是现代科学研究的前沿，其研究对象涉及多个领域，产生了许多新的研究课题和研究方向。纳米通道技术作为生物纳米技术研究的重要内容之一和新的生长点，为生物组分的有效分离和检测提供了一个新的手段。这种金纳米通道膜具有比表面积大、纳米通道的尺寸可控性等特点使得纳米通道在生物物质分离与检测等领域有广泛的应用。制备的纳米通道可以根据其性质进行功能化，使纳米通道膜具有我们所需的特殊功能，基于这些优势，纳米通道可以应用到药物的分离分析领域中。
手性是自然界的一种普遍现象，构成生命体的绝大多数物质如蛋白质、氨基酸等都是手性分子。手性分子，是化学中结构上镜像对称而又不能完全重合的分子，互为手性的两种物质拥有完全相同的化学性质和物理性质，但是它们在生物活性和药理方面却有很大的不同，甚至是截然相反的效果。例如，在手性药物未被人们认识以前，一些医生曾给孕妇服用没有经过拆分的消旋体药物作为镇痛药或止咳药，很多孕妇服用后，生出了无头或缺腿的先天畸形儿，有的胎儿没有胳膊，手长在肩膀上，模样非常恐怖。仅仅4年时间，世界范围内诞生了1.2万多名畸形的“海豹婴儿”。这就是被称为“反应停”的惨剧。后来经过研究发现，反应停的R体有镇静作用，但是S-对映体对胚胎有很强的致畸作用。
由于手性物质的不同对映体对生物体的生理活性不同，分离和合成出纯净的对映体则是非常重要的。目前分离手性物质的方法有色谱拆分法、化学拆分法、结晶拆分法、酶拆分法、膜拆分法等。与其他的拆分方法相比，膜拆分法具有很多优势，而纳米材料又具有许多独特的性能，因此将纳米技术与膜技术结合来研究手性药物的拆分对社会的发展具有非常重要的意义。
本发明尝试基于金纳米通道膜技术和表面增强拉曼光谱，利用金纳米通道的独特化学性质以及物质SERS信号的特异性，对金纳米通道膜进行修饰，利用此功能化的纳米通道膜对DL酪氨酸进行手性拆分，并采用SERS手段对分离对象实现即时检测。本发明为手性氨基酸的拆分以及检测提供了新的途径，也为手性药物的拆分以及检测提供了新的思路。
发明内容
本发明的目的在于发明基于功能性纳米通道阵列结合SERS实现对DL酪氨酸进行手性拆分以及在线检测的方法，可为手性药物的拆分检测提供新的思路。
本发明的技术方案为：
基于功能性纳米通道阵列实现DL酪氨酸的手性拆分的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)金纳米通道膜的修饰：
采用化学沉积法在多孔聚碳酸酯(PC)膜上沉积金，将所制得的金纳米通道膜浸泡在L-半胱氨酸溶液中24h，取出用水冲洗三次，室温下晾干，备用；
(2)DL酪氨酸手性拆分：
采用U形池作为DL酪氨酸手性拆分的装置，U形池分进样池、分离池两部分，将步骤(1)制备的金纳米通道膜置于进样池和分离池中间；在U形池的进样池中加入D-酪氨酸和L-酪氨酸混合溶液，分离池中加入相同体积的水；利用DL-酪氨酸对映异构体混合物通过L-半胱氨酸修饰纳米通道膜速率的不同实现DL酪氨酸手性拆分。
所述金纳米通道膜，其通道孔径为25nm左右。
D-酪氨酸和L-酪氨酸的浓度在1×10-12mol/L-1.0×10-4mol/L。
本发明功能性纳米通道阵列结合SERS实现对DL酪氨酸进行手性拆分在线检测的方法，包括步骤：
(1)将银溶胶、DL酪氨酸、NaCl溶液混合，对DL酪氨酸进行SERS检测，找出其特征峰；
(2)在U形池的进样池中加入D-酪氨酸和L-酪氨酸混合液，分离池中加入相同体积的水，利用表面增强拉曼光谱对分离池中的分离对象进行即时在线检测。
由于DL酪氨酸对映异构体的紫外图谱几乎完全相同，因此对混合物无法直接进行分离效果的检测。本发明在选定的最优条件下，对混合物进行分离，由于表面增强拉曼光谱能够区分DL酪氨酸，可在570nm处测定D-酪氨酸，且其检出限达到1.0×10-12mol/L，因此可以对分离对象DL酪氨酸实现在线检测。本发明可以对DL酪氨酸对映异构体进行拆分及检测，拆分及检测过程简单，具有较好的应用前景。
附图说明
图1.纳米通道膜分离装置简图。
图2.修饰过L-半胱氨酸的金纳米通道膜的XPS图。
图3.DL酪氨酸对映异构体通过金膜的情况，其中A为通过金膜的DL酪氨酸的浓度与时间的关系图，B为通过L-半胱氨酸修饰的金纳米通道膜的DL酪氨酸的浓度与时间的关系图。
图4.DL-酪氨酸对映异构体混合物通过L-半胱氨酸修饰纳米通道膜的表面增强拉曼光谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。在此应该指出的是，这些实例仅用于说明本发明但不限制本发明的范围。其次应理解，在阅读了本发明描述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，如操作手册，或按照制造厂商所建议的条件。
实施例1：金纳米通道膜的制备
采用化学沉积法在50nm的多孔聚碳酸酯(PC)膜上沉积金。将PC膜浸入无水甲醇中5min,洗去基膜上吸附的杂质；然后将清洗后的PC膜浸入0.025mol/L SnCl2溶液室温摇床中放置45min,转速90转/分，使Sn2+均匀地吸附在基膜及膜孔表面，取出用甲醇漂洗3次；在N2气保护下将膜浸入0.029mol/L Ag(NH3)2 +溶液中10min,取出用甲醇洗3次，水洗3次，浸入浓度为7.9×10-4mol/L亚硫酸金钠沉积溶液(pH＝10.00)中。在4℃下化学镀金3h后取出用水洗3次，再用25％HNO3浸12h除去未反应的Ag，水清洗后，N2吹干即得到Au纳米通道阵列膜。
实施例2：L-半胱氨酸的修饰
将所制得的Au纳米通道膜浸入1m mol/L的L-半胱氨酸溶液中24h，L-半胱氨酸即通过金-硫键自组装在Au纳米通道膜上，修饰完毕后将膜取出用超纯水清洗三次，室温下晾干，备用。
图2为修饰过L-半胱氨酸的金纳米通道膜的XPS图，从图上可以看到特征元素硫元素，说明L-半胱氨酸成功地修饰到了金纳米通道膜上。
实施例3：DL酪氨酸手性拆分及其效果测定
按图1所示，采用U形池作为DL酪氨酸手性拆分的装置，U形池分进样池、分离池两部分，将金纳米通道膜置于进样池和分离池中间，膜的有效透过面积为0.196cm2。
在U形池的进样池中分别加入1.0×10-4mol/L D-酪氨酸，1.0×10-4mol/L L-酪氨酸各5mL，分离池中加入10mL水，间隔一定时间用旋光仪检测分离池中D-酪氨酸和L-酪氨酸的量，作出渗透池中物质浓度随时间的关系，所得直线斜率之比定义为两种待测物的分离度。
图3为DL酪氨酸对映异构体通过金膜的情况，其中A为通过金膜的DL酪氨酸的浓度与时间的关系图，B为通过L-半胱氨酸修饰的金纳米通道膜的DL酪氨酸的浓度与时间的关系图。从图中可以发现L-半胱氨酸修饰后的金纳米通道能够选择性识别D-酪氨酸，D-酪氨酸的过膜速率远大于L-酪氨酸的过膜速率。
实施例4：银溶胶的制备
采用檬酸钠还原法制备银溶胶。称取0.018g硝酸银于烧杯中，用100ml的超纯水溶解，将其加热至沸腾，不断搅拌硝酸银溶液，同时将3ml柠檬酸钠溶液逐滴加入其中，待柠檬酸钠溶液加完后，在溶液沸腾状态下继续加热10min，并不断搅拌，停止加热，让其自然冷却到室温，得到灰绿色银溶胶。避光保存，备用。
实施例5：DL酪氨酸混合物的分离检测
将银溶胶、1.0×10-4mol/L的DL酪氨酸、0.08mol/L的NaCl溶液按体积为10:5:3的比例混合，一个小时后，对DL酪氨酸进行SERS检测，找出其特征峰，对分离池中的分离对象进行即时检测。
图4为DL-酪氨酸对映异构体混合物通过L-半胱氨酸修饰纳米通道膜的表面增强拉曼光谱图。
在U形池的进样池中加入1.0×10-4mol/L D-酪氨酸，1.0×10-4L-酪氨酸混合液10mL，分离池中加入10mL水，利用表面增强拉曼光谱在线检测。
结果表明，低于1.0×10-4mol/L的D-酪氨酸和L-酪氨酸可以得到较好的拆分；SERS可以检测到1×10-12mol/L的D-酪氨酸，其特征峰的差别和高灵敏度可以实现在线检测。

Claims (4)

1.基于功能性纳米通道阵列实现DL酪氨酸的手性拆分的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)金纳米通道膜的修饰：
采用化学沉积法在多孔聚碳酸酯膜上沉积金，将所制得的金纳米通道膜浸泡在L-半胱氨酸溶液中24h，取出用水冲洗三次，室温下晾干，备用；
(2)DL酪氨酸手性拆分：
采用U形池作为DL酪氨酸手性拆分的装置，U形池分进样池、分离池两部分，将步骤(1)制备的金纳米通道膜置于进样池和分离池中间；在U形池的进样池中加入D-酪氨酸和L-酪氨酸混合溶液，分离池中加入相同体积的水；利用DL-酪氨酸对映异构体混合物通过L-半胱氨酸修饰纳米通道膜速率的不同实现DL酪氨酸手性拆分。
2.根据权利要求1所述的基于功能性纳米通道阵列实现DL酪氨酸的手性拆分的方法，其特征在于，所述金纳米通道膜，其通道孔径为25nm。
3.根据权利要求1所述的基于功能性纳米通道阵列实现DL酪氨酸的手性拆分的方法，其特征在于，D-酪氨酸的浓度在1×10-12mol/L-1.0×10-4mol/L与SERS信号呈线性关系。
4.功能性纳米通道阵列结合SERS实现对DL酪氨酸进行手性拆分在线检测的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)将银溶胶、DL酪氨酸、NaCl溶液混合，对DL酪氨酸进行SERS检测，找出其特征峰；
(2)在权利要求1所述的U形池的进样池中加入D-酪氨酸和L-酪氨酸混合液，分离池中加入相同体积的水，利用表面增强拉曼光谱对分离池中的分离对象进行即时在线检测。
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