CN104330453A - 一种基于壳聚糖及其衍生物的手性传感器及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及生物技术以及电化学研究领域，具体而言，本发明提供了一种基于壳聚糖及其衍生物的手性传感器及其制备方法。不同的手性异构体在生物体内的生物活性，药理作用，代谢过程等有着明显的差别，因此发展简单、准确、快速的手性识别方法成为近年来手性分析的热门方向。本发明提供了一种基于壳聚糖及其衍生物的手性传感器，该手性传感器利用壳聚糖及其衍生物为手性选择剂来识别手性氨基酸(D/L-色氨酸)样品，并通过电化学检测手段来实现手性识别。本发明的手性传感器能高效地应用于检测手性氨基酸和手性药物。实验表明，该手性传感器能非常灵敏的检测识别氨基酸异构体，电位差达到72mV。

Description

一种基于壳聚糖及其衍生物的手性传感器及其制备方法

技术领域

本发明涉及生物技术以及电化学研究领域，特别涉及一种基于壳聚糖及其衍生物的手性传感器及其制备方法。

背景技术

手性化合物与生命过程息息相关，不同的手性异构体在生物体内的生物活性，药理作用，代谢过程等有着明显的差别，因此发展简单，准确，快速的手性识别方法成为近年来手性分析的热门方向。最近几年，手性传感器的研究已经取得了一定的发展，其中的手性选择剂大部分是借鉴色谱上的手性固定相。

壳聚糖由于具有复杂而且可转变的构象，在手性识别剂固膜上能够很好地分离手性异构体，壳聚糖及其衍生物手性选择性主要来源于它于手性化合物(主一客体)之间的立体选择性，氢键作用，然而到目前为止，很少在手性传感器上进行手性识别的研究；另一方面，壳聚糖及其衍生物是源自食品的原料，其便宜易得、安全无毒，是药物分离等研究领域的热点。因此，以壳聚糖及其衍生物良好的手性选择性与传感器能够简单、快速和精确测定被分析物的优点相结合为切入点，对手性传感器的发展将具有重要的理论和实际研究意义。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于壳聚糖及其衍生物的手性传感器，使手性识别操作简便，识别效率及检测灵敏度高。

该传感器中，电极表面电沉积有壳聚糖及其衍生物膜，这里的“壳聚糖及其衍生物膜”可以是壳聚糖膜、L-谷氨酸/壳聚糖膜和L-谷氨酸/磺化壳聚糖膜，该传感器中的电极是玻碳电极或铂盘电极，玻碳电极或铂盘电极为杆状，直径为2-4毫米。

本发明还提供了一种上述手性传感器的制备方法：

(1)分别称取一定量的壳聚糖、L-谷氨酸和壳聚糖(质量比为1：1)、L-谷氨酸和磺化壳聚糖(质量比为1：1)溶解在0.1M的HCl溶液中，配制2mg/mL的壳聚糖、L-谷氨酸和壳聚糖、L-谷氨酸/磺化壳聚糖溶液；

(2)将电极在砂皮纸上打磨成镜面，并用二次蒸馏水冲净，再分别于1:1(溶剂水与HNO₃的质量比)的HNO₃溶液、无水乙醇、二次蒸馏水中超声波清洗4min，晾干；

(3)将经过步骤(2)处理过的电极，选择性浸入到步骤(1)中配制好的壳聚糖、L-谷氨酸和壳聚糖或L-谷氨酸/磺化壳聚糖溶液中，在恒电位的条件下，施加-0.5V的电位，沉积150s,得到相应的壳聚糖、L-谷氨酸/壳聚糖或L-谷氨酸/磺化壳聚糖修饰电极，最后将所述的电极与电化学装置连接，制得传感器。

本发明的传感器应用时，将壳聚糖(和L-谷氨酸)类物质修饰的电极识别氨基酸对映体后，可将修饰电极磨掉，重新将处理好的电极浸入2mg/mL的壳聚糖(和L-谷氨酸)类物质的溶液中施加-0.5V的电位电沉积150s，得到壳聚糖(和L-谷氨酸)类物质修饰电极，该传感器制备方法简单易得。

本发明的传感器应用过程中，采用三电极体系进行电化学测定，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，壳聚糖修饰电极、L-Glu/壳聚糖修饰电极或L-Glu/磺化壳聚糖修饰电极为工作电极，在含有0.5mM L-Trp/D-Trp的0.1M PBS(pH＝7.0)底液中静置60s，记录差分脉冲伏安曲线。

本发明的有益效果在于：本发明的传感器主要是通过电化学电沉积的方式将壳聚糖(和L-谷氨酸)类物质沉积在电极上来制备传感器，制备方法简单易得，且原料便宜易得、安全无毒。手性识别时，只需将该传感器浸入配置好一定浓度的氨基酸溶液，接着通过电化学检测得到手性识别结果，操作简单，省时。本发明的手性传感器能高效地应用于检测和识别色氨酸对映体，实验表明，该手性传感器能检测到0.5mM的色氨酸异构体。

附图说明

所有附图中的△E是修饰电极对L-Trp和D-Trp的识别的电位差，I_L-Trp/I_D-Trp为修饰电极对L-Trp和D-Trp识别的电流比值：

图1为实施例中，壳聚糖传感器识别手性色氨酸的结果图，

图1中的曲线a为壳聚糖修饰电极(CS)对L-Trp的识别，曲线b为壳聚糖修饰电极对D-Trp的识别，曲线c和曲线d分别为未经过修饰的玻碳电极(GCE)对L-Trp和D-Trp的识别。

图2为实施例中，壳聚糖/L-谷氨酸传感器识别手性色氨酸的结果图，

图2中的曲线a和曲线b分别为壳聚糖/L-谷氨酸修饰电极(CS/L-Glu)对L-Trp和D-Trp的识别。

图3为实施例中，磺化壳聚糖/L-谷氨酸传感器识别手性色氨酸的结果图，

图3中的曲线a和曲线b分别为磺化壳聚糖/L-谷氨酸修饰电极(SCS/L-Glu)对L-Trp和D-Trp的识别。

具体实施方式

(1)磺化壳聚糖的制备

用移液管取2mL乙酸加入到装有蒸馏水的烧杯中，制得溶质质量分数为2％的乙酸水溶液。称取1g提纯后的壳聚糖(壳聚糖的脱乙酰度为90％)，加入到上述50mL的2％的乙酸水溶液中溶解，得到壳聚糖溶液。然后，将壳聚糖溶液移到100mL三颈烧瓶中，加入2mL的1,3-丙烷磺内酯，用恒温水浴锅在60℃下恒温搅拌反应12h。反应结束后，将上述反应液移到100mL圆底烧瓶中，蒸馏，待反应液浓缩至2mL时，停止蒸馏，然后加入过量的无水乙醇使反应产物沉淀析出，离心、抽滤，并将所得到的磺化壳聚糖滤饼放入电热鼓风干燥箱，60℃过夜干燥，即得到磺化壳聚糖；

壳聚糖磺化反应的反应式如下：

(2)玻碳电极的处理

实验采用三电极体系，即玻碳电极(直径3mm)为工作电极，铂片为辅助电极，饱和甘汞电极(SCE)为参比电极的三电极体系。其中工作电极的预处理步骤如下：将电极在砂皮纸上打磨成镜面，并用二次蒸馏水冲净，再分别于1:1(溶剂水与HNO₃的质量比)的HNO₃溶液、无水乙醇、二次蒸馏水中超声波清洗4min，晾干；

(3)壳聚糖及其衍生物溶液的制备

分别称取一定量的壳聚糖、L-谷氨酸和壳聚糖、L-谷氨酸和磺化壳聚糖(本实施例步骤1所制备)溶解在0.1M的HCl溶液中，配制2mg/mL的壳聚糖、L-谷氨酸/壳聚糖(L-谷氨酸和壳聚糖之间的质量比是1:1)、L-谷氨酸/磺化壳聚糖(L-谷氨酸和磺化壳聚糖之间的质量比为1:1)溶液(电解质溶液为0.1M的HCl溶液)；

(4)壳聚糖、L-谷氨酸/壳聚糖、L-谷氨酸/磺化壳聚糖修饰电极的制备

将步骤(2)中处理过的玻碳电极为工作电极，分别浸入步骤(3)中制备的2mg/mL的壳聚糖、L-谷氨酸/壳聚糖和L-谷氨酸/磺化壳聚糖溶液(电解质溶液为0.1M的HCl溶液)中，在恒电位的条件下(vs.SCE)施加-0.5V的电位沉积150s，分别得到壳聚糖、L-谷氨酸/壳聚糖和L-谷氨酸/磺化壳聚糖修饰电极。

(5)电化学识别色氨酸对映体

采用三电极体系进行电化学测定，铂片为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，分别以步骤(4)中制备的壳聚糖修饰电极、L-Glu/壳聚糖修饰电极及L-Glu/磺化壳聚糖修饰电极为工作电极，在含有0.5mM L-Trp/D-Trp的0.1M PBS(pH＝7.0)底液中静置60s，分别记录差分脉冲伏安曲线，如附图1、2、3。

Claims (4)

1.一种基于壳聚糖及其衍生物的手性传感器，其特征在于：所述的传感器中，电极表面电沉积有壳聚糖及其衍生物膜，所述的壳聚糖及其衍生物膜为壳聚糖膜、L-谷氨酸/壳聚糖膜或L-谷氨酸/磺化壳聚糖膜。

2.如权利要求1所述的基于壳聚糖及其衍生物的手性传感器，其特征在于：所述的传感器中，电极是玻碳电极或铂盘电极，电极直径为2-4毫米。

3.如权利要求1或2所述的基于壳聚糖及其衍生物的手性传感器的制备方法，其特征在于：所述制备方法为，

(1)分别将一定量的壳聚糖、L-谷氨酸和壳聚糖、L-谷氨酸和磺化壳聚糖溶解在0.1M的HCl溶液中，配制2mg/mL的壳聚糖、L-谷氨酸和壳聚糖、L-谷氨酸/磺化壳聚糖溶液；

(2)将电极在砂皮纸上打磨成镜面，并用二次蒸馏水冲净，再分别于1:1的HNO₃溶液、无水乙醇、二次蒸馏水中超声波清洗4min，晾干；

(3)将经过步骤(2)处理过的电极，选择性浸入到步骤(1)中配制好的壳聚糖、L-谷氨酸和壳聚糖或L-谷氨酸/磺化壳聚糖溶液中，在恒电位的条件下，施加-0.5V的电位，沉积150s,得到相应的壳聚糖、L-谷氨酸/壳聚糖或L-谷氨酸/磺化壳聚糖修饰电极，最后将所述的电极与电化学装置连接，制得传感器。

4.如权利要求3所述传感器的制备方法，其特征在于：该传感器在改性后加入酸后，识别效果最好。