CN105300953A

CN105300953A - 手性荧光传感器及手性分子检测方法

Info

Publication number: CN105300953A
Application number: CN201510909923.3A
Authority: CN
Inventors: 刘巍; 康静; 赵杰; 段迎超; 杨丽娟
Original assignee: Xinxiang Medical University
Current assignee: Xinxiang Medical University
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2015-12-10
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2035-12-10
Also published as: CN105300953B

Abstract

本发明涉及一种手性荧光传感器，其为石墨烯-杯芳烃-荧光分子复合物；所述的杯芳烃为手性杯芳烃衍生物；所述的杯芳烃通过氢键修饰在所述石墨烯的表面，所述的荧光分子包合在所述的杯芳烃内。本发明所述的手性荧光传感器，通过将具有手性识别功能的杯芳烃作为连接臂，修饰在石墨烯表面，构建出具有手性识别功能的荧光传感器，可用于手性分子的识别和含量测定。

Description

手性荧光传感器及手性分子检测方法

技术领域

本发明涉及一种荧光传感器及其检测方法，特别是涉及一种手性荧光传感器及其手性分子检测方法。

背景技术

手性是自然界的普遍现象，对于手性识别的研究可以帮助我们理解生命体系，在医药卫生、环境安全等领域有着重要的意义。为了研究手性识别，各种传感器技术得到了长足的发展。其中，荧光传感器具有灵敏度高、检测下限较低、响应时间短、使用简单、成本较低等优点，因此受到研究者的极大关注。基于荧光猝灭作用设计的各种荧光传感器是目前的一个重要研究方向，寻找一种高猝灭效率的新型荧光猝灭剂无疑具有极大的吸引力。

石墨烯是近年来备受关注的一种新型荧光猝灭材料，可以通过强烈的π-π堆积作用吸附具有大共轭体系的荧光分子。当荧光分子靠近石墨烯表面时会发生荧光共振能量转移，产生荧光猝灭现象；当荧光分子远离石墨烯表面时荧光恢复。但是，由于石墨烯表面不提供手性微环境，π-π堆积作用无差别地吸附对映异构体，无法实现对手性分子的识别。

发明内容

基于此，本发明的目的在于，提供一种手性荧光传感器。其通过将具有手性识别功能的杯芳烃作为连接臂，修饰在石墨烯表面，构建出具有手性识别功能的荧光传感器。

一种手性荧光传感器，其为石墨烯-杯芳烃-荧光分子复合物；所述的杯芳烃为手性杯芳烃衍生物；所述的杯芳烃通过氢键修饰在所述石墨烯的表面，所述的荧光分子包合在所述的杯芳烃内。

上述手性荧光传感器，通过在石墨烯表面修饰手性杯芳烃衍生物，在石墨烯表面形成了手性环境，同时，荧光分子通过疏水作用包合在杯芳烃内，与石墨烯发生荧光共振能量转移，产生荧光猝灭。当加入手性分子后，杯芳烃中的荧光分子被置换出来，荧光恢复。由于R构型、S构型的手性分子与杯芳烃之间的竞争性包合能力不同，所产生的荧光恢复信号强度不同，通过分别测定其荧光恢复值，即能实现手性识别的目的。

在其中一个实施例中，所述的杯芳烃具有式(I)所示的化学结构。该杯芳烃的一端含有羟基，能够与石墨烯形成氢键，使杯芳烃固定在石墨烯表面；而另一端含有手性基团，能够为手性分子提供识别位点，其含有的O原子可与手性分子形成氢键结合，并将其包合在杯芳烃的空腔内，从而将荧光分子置换出来，实现荧光恢复。在空间构型的影响下，该手性基团对R构型、S构型的结合能力不同，对荧光分子的置换能力不同，所产生的荧光恢复值不同，因而能够实现R构型与S构型的区分识别。

在其中一个实施例中，所述的荧光分子为罗丹明类化合物，包括罗丹明B、罗丹明6G、丁基罗丹明、罗丹明123等，其具有式(II)所示的化学结构，其中，R选自-H、-CH₃、-CH₂CH₃、-(CH₂)₃CH₃等基团。该罗丹明类化合物因其分子大小与杯芳烃的空腔相匹配，可被杯芳烃包合，同时因其与杯芳烃的结合力较弱，容易被手性分子置换出来，实现荧光恢复。

本发明所述的手性荧光传感器，其制备方法包括以下步骤：

1)取氧化石墨烯，加入水中，经超声分散，得到均匀的氧化石墨烯分散体系，然后加入杯芳烃、氨水和肼，搅拌反应，反应结束后过滤、洗涤、烘干，得到石墨烯-杯芳烃复合物粉末；

2)将石墨烯-杯芳烃复合物粉末加入水中，然后加入荧光分子，经超声处理进行包合反应，制得石墨烯-杯芳烃-荧光分子复合物溶液。

上述制备方法中，杯芳烃可通过其上的羟基与氧化石墨烯上的氧原子形成氢键结合，通过加入氨水和肼，能够还原氧化石墨烯上多余的活性基团，从而得到稳定的石墨烯-杯芳烃复合物；然后加入荧光分子，其通过疏水相互作用包合在杯芳烃的空腔内，从而形成石墨烯-杯芳烃-荧光分子复合物。

一种手性分子检测方法，其包括以下步骤：取本发明所制得的石墨烯-杯芳烃-荧光分子复合物溶液，加入手性分子，然后测定其荧光响应值，根据其荧光响应值判断手性分子的构型或测定手性分子的含量。

在其中一个实施例中，所述的手性分子为苏氨酸、扁桃酸、酪氨酸、色氨酸、布洛芬或倍他洛尔等。

附图说明

图1为不同浓度的手性扁桃酸荧光恢复率标准曲线图；

图2为不同含量比例的L-扁桃酸荧光恢复率标准曲线图；

图3为不同浓度的L-扁桃酸荧光恢复率标准曲线图；

图4为不同浓度的手性酪氨酸荧光恢复率标准曲线图。

具体实施方式

实施例一：制备本发明所述的手性荧光传感器

采用Hummer法制备氧化石墨烯，取氧化石墨烯粉末加入去离子水中，浓度为0.25mg/mL，超声分散2小时，得到均匀的氧化石墨烯分散体系；取50mL氧化石墨烯溶液，加入20mg杯芳烃、035μL浓度为25～28％的氨水以及25μL肼，搅拌5～10分钟后于60℃下放置3小时；反应结束后过滤、洗涤、烘干，得到10mg石墨烯-杯芳烃复合物粉末。

将制得的石墨烯-杯芳烃复合物粉末加入去离子水中，配制成0.1mg/mL的溶液，然后加入终浓度为2.5μmol/L的罗丹明6G，超声处理2小时以进行包合反应，制得所述的石墨烯-杯芳烃-荧光分子复合物溶液。

实施例二：扁桃酸手性分子的识别

按照实施例一所述的制备方法，制备石墨烯-杯芳烃复合物粉末；然后将石墨烯-杯芳烃复合物粉末加入去离子水中，制备出1mg/mL的石墨烯-杯芳烃复合物溶液。

取6份上述的石墨烯-杯芳烃复合物溶液，分别加入一定量的罗丹明6G溶液，其中，石墨烯-杯芳烃复合物终浓度均为0.1mg/mL，罗丹明6G终浓度分别为1.0μmol/L、1.5μmol/L、2.0μmol/L、2.5μmol/L、3.0μmol/L、4.0μmol/L，分别超声处理2小时以进行包合反应，得到6份石墨烯-杯芳烃-罗丹明6G复合物溶液。分别将该石墨烯-杯芳烃-罗丹明6G复合物溶液置于荧光分光光度计中，在激发波长480nm、检测波长551nm下，测定其荧光强度，记为I₀；然后分别加入浓度为50μg/mL的外消旋扁桃酸，再次测定其荧光强度，记为I，并分别计算其荧光恢复率(I/I₀)，测定结果如下表1所示。

表1外消旋扁桃酸荧光恢复率测定结果

罗丹明6G终浓度	荧光强度I₀	荧光强度I	荧光恢复率I/I₀
				1.0μmol/L	28.604	28.613	1.00
1.5μmol/L	80.092	91.533	1.14
				2.0μmol/L	201.373	257.437	1.28
2.5μmol/L	292.906	421.053	1.44
				3.0μmol/L	327.231	422.197	1.29
4.0μmol/L	804.348	917.620	1.14

由表1的结果可见，罗丹明6G终浓度为2.5μmol/L的石墨烯-杯芳烃-罗丹明6G复合物溶液，其荧光恢复率(I/I₀)最高，对扁桃酸手性分子的识别能力最强。

取上述的石墨烯-杯芳烃复合物溶液，分别加入一定量罗丹明6G溶液，使石墨烯-杯芳烃复合物终浓度为0.1mg/mL，罗丹明6G终浓度为2.5μmol/L，超声处理2小时以进行包合反应，得到石墨烯-杯芳烃-罗丹明6G复合物溶液。在激发波长480nm、检测波长551nm下，测定其荧光强度，记为I₁。将该石墨烯-杯芳烃-罗丹明6G复合物溶液等分为10份，取其中5份分别加入浓度为20μg/mL、40μg/mL、60μg/mL、80μg/mL、100μg/mL的L-扁桃酸，分别测定其荧光强度，记为I₂；取另外5份分别加入浓度为20μg/mL、40μg/mL、60μg/mL、80μg/mL、100μg/mL的D-扁桃酸，分别测定其荧光强度，记为I₂。分别计算L-扁桃酸和D-扁桃酸的荧光恢复率(I₂/I₁)，并分别以扁桃酸的浓度为横坐标、以I₂/I₁值为纵坐标，制作标准曲线，如图1所示。

取代测定的扁桃酸样品，配制成50μg/mL的扁桃酸溶液，加入上述石墨烯-杯芳烃-罗丹明6G复合物溶液中，在激发波长480nm、检测波长551nm下，测定其荧光强度，记为I_X。将I_X值分别代入图1所示的标准曲线，根据I_X值与标准曲线的吻合程度，即可判断其为L-构型或D-构型。

实施例三：扁桃酸手性分子的含量测定

取上述的石墨烯-杯芳烃复合物溶液，加入一定量罗丹明6G溶液，使石墨烯-杯芳烃复合物终浓度为0.1mg/mL，罗丹明6G终浓度为2.5μmol/L，超声处理2小时以进行包合反应，得到石墨烯-杯芳烃-罗丹明6G复合物溶液。在激发波长480nm、检测波长551nm下，测定其荧光强度，记为I₁。将该石墨烯-杯芳烃-罗丹明6G复合物溶液等分为6份，分别加入浓度为50μg/mL，L-扁桃酸含量(V_L/V_L+D)分别为0％、20％、40％、60％、80％、100％的外消旋扁桃酸，分别测定其荧光强度，记为I₃，并分别计算其荧光恢复率(I₃/I₁)。以L-扁桃酸的含量为横坐标、以I₃/I₁值为纵坐标，制作标准曲线，如图2所示。

取上述石墨烯-杯芳烃-罗丹明6G复合物溶液18份，分别加入浓度为20μg/mL、50μg/mL、80μg/mL，L-扁桃酸含量(V_L/V_L+D)分别为0％、20％、40％、60％、80％、100％的外消旋扁桃酸，分别测定其荧光强度，记为I₄，并分别计算其荧光恢复率(I₄/I₁)。分别以L-扁桃酸的含量为横坐标、以I₄/I₁值为纵坐标，制作标准曲线，如图3所示。由图3可见，不同浓度的外消旋扁桃酸溶液，所制得的标准曲线相一致。

取代测定的扁桃酸样品，配制成50μg/mL的扁桃酸溶液，加入上述石墨烯-杯芳烃-罗丹明6G复合物溶液中，在激发波长480nm、检测波长551nm下，测定其荧光强度，记为I_X。将I_X值代入图2所示的标准曲线，即可计算出该扁桃酸样品中L-构型、D-构型的含量。

实施例四：酪氨酸手性分子的识别

参照实施例二，取石墨烯-杯芳烃复合物溶液，分别加入一定量的罗丹明B溶液，使石墨烯-杯芳烃复合物终浓度为0.1mg/mL，罗丹明B终浓度为2.5μmol/L，超声处理2小时以进行包合反应，得到石墨烯-杯芳烃-罗丹明B复合物溶液。在激发波长540nm、检测波长625nm下，测定其荧光强度，记为I₅。将该石墨烯-杯芳烃-罗丹明B复合物溶液等分为10份，取其中5份分别加入浓度为20μg/mL、40μg/mL、60μg/mL、80μg/mL、100μg/mL的L-酪氨酸，分别测定其荧光强度，记为I₆；取另外5份分别加入浓度为20μg/mL、40μg/mL、60μg/mL、80μg/mL、100μg/mL的D-酪氨酸，分别测定其荧光强度，记为I₆。分别计算L-酪氨酸和D-酪氨酸的荧光恢复率(I₆/I₅)，并分别以酪氨酸的浓度为横坐标、以I₆/I₅值为纵坐标，制作标准曲线，如图4所示。

取代测定的酪氨酸样品，配制成50μg/mL的扁桃酸溶液，加入上述石墨烯-杯芳烃-罗丹明B复合物溶液中，在激发波长540nm、检测波长625nm下，测定其荧光强度，记为I_Y。将I_Y值分别代入图4所示的标准曲线，根据I_Y值与标准曲线的吻合程度，即可判断其为L-构型或D-构型。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种手性荧光传感器，其特征在于，所述的手性荧光传感器为石墨烯-杯芳烃-荧光分子复合物；所述的杯芳烃为手性杯芳烃衍生物；所述的杯芳烃通过氢键修饰在所述石墨烯的表面，所述的荧光分子包合在所述的杯芳烃内。

2.根据权利要求1所述的手性荧光传感器，其特征在于，所述的杯芳烃具有式(I)所示的化学结构。

3.根据权利要求2所述的手性荧光传感器，其特征在于，所述的荧光分子为罗丹明类化合物，其具有式(II)所示的化学结构，

其中，R选自-H、-CH₃、-CH₂CH₃或-(CH₂)₃CH₃。

4.权利要求1所述的手性荧光传感器的制备方法，包括以下步骤：

5.一种手性分子检测方法，包括以下步骤：取权利要求4所述制备方法制得的石墨烯-杯芳烃-荧光分子复合物溶液，加入手性分子，然后测定其荧光响应值，根据其荧光响应值判断手性分子的构型或测定手性分子的含量。

6.根据权利要求5所述的手性分子检测方法，其特征在于，所述的手性分子为苏氨酸、扁桃酸、酪氨酸、色氨酸、布洛芬或倍他洛尔。