CN105021681A - 基于壳聚糖修饰的玻碳电极对含有锌离子的色氨酸对映体的选择性识别 - Google Patents

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陶永新
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Abstract

本发明涉及基于壳聚糖修饰的玻碳电极对含有锌离子的色氨酸对映体的选择性识别，包括以下步骤：碱处理壳聚糖(CS)修饰玻碳电极(GCE)的制备(CS/GCE)和对含有金属离子的色氨酸对映体的选择性识别(Zn(II)-L/D-Trp)。本发明的有益效果是：壳聚糖修饰电极的制备简便易行，制备过程环保无污染，以这种修饰电极对色氨酸对映体的识别效率较高、时间短、操作简便。

Description

基于壳聚糖修饰的玻碳电极对含有锌离子的色氨酸对映体的选择性识别
技术领域
本发明涉及基于壳聚糖修饰的玻碳电极对含有锌离子的色氨酸对映体的选择性识别，属于电化学传感器和分子识别领域。
技术背景
生命系统中包含着大量的生物大分子，大多数都具有对映选择性。手性是自然界的一种普遍现象，如糖类、氨基酸、蛋白质和DNA都是手性分子。手性化合物的分子式是一样的，物理化学性质也及其相似，所以很难将其区分开来，但它们的生物活性却有很大的差异(比如：药效和药物动力学)。因此，分子识别在区分手性分子中起至关重要的作用。目前，手性分析方法主要有以下几种，分别是：毛细管电泳法(CE)、高效液相色谱法(HPLC)、荧光检测、和电化学方法，由于毛细管电泳法的重现性差、高效液相色谱法耗材、荧光检测的应用范围较窄，色氨酸有电活性芳香基团，电化学方法可以体现出立体选择性的氧化还原反应特性，操作简单，灵感度高，电化学方法可以作为识别色氨酸对映体潜在的分析技术。
氨基酸及其衍生物是化学和生物系统的重要组成部分，氨基酸的结构不同，在生命体系中所扮演的角色也不同。L-型氨基酸参与蛋白质的合成，D-型氨基酸不能参与蛋白质的合成，甚至在生命体中会产生不良影响，因此其检测识别方法也一直受到化学工作者的重视。色氨酸对映体(L/D-Trp)结构中有着不对称手性碳原子，这对于生物系统有着很大的影响。作为一种必需氨基酸，Trp已经被确定为血清素神经递质的前驱体，同时也与肝脏疾病有着非常密切的联系。因此其检测识别方法也一直受到化学工作者的重视。
壳聚糖(CS)，又称脱乙酰壳多糖，是由甲壳素进一步脱乙酰化后得到的线性、天然含氨基的聚合物多糖，化学名称β-(1,4)-2-氨基-2-脱氧-D-葡萄糖，壳聚糖在自然界中含量丰富，成膜性好，其分子具有丰富的-NH2和-OH，从而使得壳聚糖对许多离子、有机物以及生物分子具有离子交换、离子螯合、吸附等作用，壳聚糖及其衍生物可用作手性识别材料。
发明内容
针对背景技术中存在的问题，本发明的目的是制备壳聚糖修饰的玻碳电极对含有锌离子的色氨酸对映体的选择性识别。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：制备壳聚糖修饰的玻碳电极对含有锌离子的色氨酸对映体的选择性识别，包括以下步骤：
a、碱处理壳聚糖修饰玻碳电极的制备(CS/GCE)：配制CS溶液(溶剂为0.1～0.3M HCl，pH＝1.0～2.0)，采用恒电位沉积在玻碳电极表面，得到未碱处理的CS/GCE修饰电极；将该电极静置在醇氨溶液进行碱处理5～20min，然后用少量乙醇进行冲洗，放置在空气中晾干，得到碱处理CS/GCE修饰电极。
b、对含有金属离子的色氨酸对映体的选择性识别(Zn(II)-L/D-Trp)：采用差分脉冲(DPV)法来识别含ZnCl2的L/D-Trp溶液，将步骤a得到的修饰电极静置在20～30mL Zn(II)-L/D-Trp溶液中后在电化学窗范围内进行DPV，每次测完后修饰电极在20～30mL空白溶液(溶剂为0.1～0.3M KCl，pH 6～8)中扫稳恢复电极活性。
进一步地，步骤a中恒电位电压为-0.3～-0.7V。
进一步地，步骤a中沉积时间为300～400s。
进一步地，步骤a中醇氨溶液的浓度2.0～4.0wt％。
进一步地，步骤b中ZnCl2的浓度为0.1～0.3mM。
进一步地，步骤b中L/D-Trp的浓度为0.5～1.5mM。
进一步地，步骤b中静置时间为40～80s。
进一步地，步骤b中DPV的扫幅从0.4～1.2V，扫描速度为0.1～0.5V/s。
本发明的有益效果是：壳聚糖修饰电极的制备简便易行，制备过程环保无污染，以这种修饰电极对色氨酸对映体的识别效率较高、时间短、操作简便。
附图说明
下面结合附图对本实验进一步说明。
图1为实施例一中不同修饰电极的循环伏安图；图1中a：GCE，b：CS/GCE。
图2为实施例二中锌离子溶度对识别的影响。
图3为实施例三中L/D-Trp的浓度对识别的影响。
图4为对比例一中GCE电极有无修饰CS对Zn(II)-L/D-Trp识别的影响；A：GCE，B：CS/GCE。
图5为对比例二中CS修饰电极对有无Zn(II)对L/D-Trp识别的影响；A：无Zn(II)，B：有Zn(II)。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明作进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例一：
(1)配制CS溶液(溶剂为0.1M HCl，pH＝1.0)，采用恒电位沉积在玻碳电极表面，沉积电压为-0.5V，沉积时间为375s，得到未碱处理的CS/GCE修饰电极；将该电极静置在醇氨溶液进行碱处理15min，然后用少量乙醇进行冲洗，放置在空气中晾干，得到碱处理CS/GCE修饰电极。
(2)将步骤1制备得到的电极静置在铁氰化钾溶液中，采用循环伏安法进行表征，电位范围为-0.2～0.6V，扫速为0.1V/s。
实施例二：
为了考察不同的锌离子浓度对色氨酸对映体识别能力的差异。因此，锌离子的浓度分别采用0.05mM、0.07mM、0.1mM、0.2mM、0.3mM和0.4mM，进行色氨酸对映体的识别，其结果见图2，可见当锌离子的浓度为0.2mM时，识别能力最好。Zn2+在此三元混合体系中作为配位的金属离子，随着Zn2+在L/D-Trp溶液中的浓度升高，溶液中将有更多的Zn(II)与CS和L/D-Trp参与配位，识别效果显著提高。当Zn2+的浓度上升为0.20mM时，达到最佳识别效果。但随着Zn2+浓度的继续升高，阳离子间相互作用力增强，反而抑制了配位反应的Zn2+活性，降低了反应速率，从而降低了识别效果。
实施例三：
为了考察壳聚糖修饰电极对不同浓度的色氨酸对映体识别能力的差异。因此，色氨酸的浓度分别采用0.1mM、0.3mM、0.6mM、0.8mM、1.0mM、1.2mM和1.5mM。其结果见图3，可见当锌离子的浓度为1.0mM时，识别能力最好。
对比例一：
(1)将GCE电极静置在0.2mM ZnCl2的1.0mM L/D-Trp溶液中60s,以0.1v/s的扫速在0.4～1.2V(vs.SCE)的电化学窗范围内进行DPV。
其结果见图4，从我们可以看出，CS修饰电极较GCE对含有锌离子的色氨酸对映体有更好的识别能力。因为CS可以和Zn(II)、L/D-Trp形成配位化合物，有利于和CS发生配体交换，形成三元配位体系，从而提高其识别能力。
对比例二：
(1)按照实施例一中步骤1的方法制备CS/GCE修饰电极。
(2)将步骤1制备得到的电极静置在1.0mM L/D-Trp溶液中60s,以0.1v/s的扫速在0.4～1.2V(vs.SCE)的电化学窗范围内进行DPV。
其结果见图5，从我们可以看出，加入Zn(II)的识别效果明显优于不加Zn(II)。因为Zn(II)的加入，可以和L/D-Trp形成配位化合物，有利于和CS发生配体交换，形成三元配位体系，从而提高其识别能力。
本发明制备了CS/GCE修饰电极对含有锌离子的色氨酸有较好的识别能力。结果表明，在沉积电位-0.5V，沉积时间为375s，静置时间为60s的条件下，由于D-Trp和L-Trp的空间构型不同，D-Trp上的-NH2更容易与Zn(II)配位，CS对Zn(II)-D-Trp的吸附大于对Zn(II)-L-Trp的吸附量。这也就间接地表明CS/GCE修饰电极对含有锌离子的色氨酸有较好的识别能力。

Claims (3)

1.制备壳聚糖修饰的玻碳电极对含有锌离子的色氨酸对映体的选择性识别，步骤如下：
a、碱处理壳聚糖修饰玻碳电极的制备(CS/GCE)：配制壳聚糖(CS)溶液(溶剂为0.1～0.3M HCl，pH＝1.0～2.0)，采用恒电位沉积在玻碳电极表面，得到未碱处理的CS/GCE修饰电极；将该电极静置在醇氨溶液进行碱处理5～20min，然后用少量乙醇进行冲洗，放置在空气中晾干，得到碱处理CS/GCE修饰电极。
b、对含有金属离子的色氨酸对映体的选择性识别(Zn(II)-L/D-Trp)：采用差分脉冲(DPV)法来识别含ZnCl2的L/D-色氨酸(L/D-Trp)溶液，将步骤a得到的修饰电极静置在20～30mLZn(II)-L/D-Trp溶液中后在电化学窗范围内进行DPV，每次测完后修饰电极在20～30mL空白溶液(溶剂为0.1～0.3M KCl，pH 6～8)中扫稳恢复电极活性。
2.根据权利要求1所述制备壳聚糖修饰的玻碳电极对含有锌离子的色氨酸对映体的选择性识别，其特征是：所述步骤a中CS的浓度为1.8～2.2g/L，沉积电位为-0.3～-0.7V，沉积时间为300～400s。
3.根据权利要求1所述制备壳聚糖修饰的玻碳电极对含有锌离子的色氨酸对映体的选择性识别，其特征是：所述步骤b中，ZnCl2的浓度为0.1～0.3mM，L/D-Trp的浓度为0.5～1.5mM，静置时间为40～80s，DPV的扫幅从0.4～1.2V，扫描速度为0.1～0.5V/s。
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