CN106841352B - 一种苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的制备及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种苯丙氨酸二肽‑石墨烯量子点复合材料的制备及其应用。包括以下步骤：制备石墨烯量子点、制备苯丙氨酸二肽‑石墨烯量子点复合材料、制备苯丙氨酸二肽‑石墨烯量子点复合材料修饰电极、电化学法识别色氨酸对映体。本发明的有益效果是：苯丙氨酸二肽‑石墨烯量子点复合材料修饰电极的制备方法简单环保，且苯丙氨酸二肽‑石墨烯量子点复合材料修饰电极对色氨酸对映体有着较好的识别能力。这是因为苯丙氨酸二肽具有一定的旋光性。
Description
技术领域
本发明涉及一种苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的制备及其应用，属于分子识别和电化学研究领域。
技术背景
蛋白质、核酸、多糖、氨基酸是生命活动必需的物质，它们几乎都具有手性。对于手性化合物，它的两个对映体在外部是非手性环境时，除光学活性外，化学性质和物理性质完全相同，核磁共振谱和红外光谱也完全一致。然而当外部存在性环境时，两个光学异构体就表现出截然不同的性能。因此，手性识别具有重要研究意义。目前，手性识别研究方法主要包括毛细管电泳法、色谱法、荧光检测和电化学法。其中色谱方法已经被广泛用于分离、分析手性化合物，并且证明是一种有效的手性分析方法，但缺陷是成本高，历时长，难以实现在线检测。另外，毛细管电泳法也存在较多缺陷，例如：进样量少、制备能力差、敏度较低、重现性较差等。此外，荧光检测的应用范围也很窄。因此，电化学传感器因其低成本、高识别效率等优点在识别手性物质领域有较高的研究价值。
氨基酸是蛋白质的基本组成单位，而蛋白质是生命的物质基础，是构成细胞的基本有机物，是生命活动的主要承担者。因此，氨基酸对映体的分离分析研究对生命科学、药物化学、人类健康都具有极其重要的作用。大多氨基酸具有手性异构体，D-型和L-型对映体的生理作用迥然不同。体内的天然氨基酸分子均为L-型氨基酸，而过量D-型氨基酸的摄入则会引起中毒。色氨酸是人体必需的氨基酸之一，已经被确定为血清素神经递质的前驱体，因此采用适当的技术对其进行准确的识别、分离和提纯显得极其重要。
石墨烯量子点是继富勒烯、碳纳米管和石墨烯之后，一种新型的准零维的纳米材料。它具有优异的发光性能、耐光漂白、良好的生物相容性、无毒(低毒)且表面易功能化等众多优点，受到了研究者们的广泛关注，被定义为理想的荧光标记和检测材料。迄今为止，石墨烯量子点已被应用于太阳能电池、电子设备、光学染料、生物标记和复合微粒系统等领域。除此以外，石墨烯量子点在生物、医学、材料、新型半导体器件等领域也具有潜在的应用价值。而将石墨烯量子点电化学修饰材料的作为电化学修饰材料的相关研究却仍未有报道。电化学传感器通常利用膜电极或修饰电极对手性分子进行识别，并在膜内嵌入一个手性探针，依靠手性探针的特殊对应性对相应的异构体进行识别。本发明选取苯丙氨酸二肽作为手性探针，因为苯丙氨酸二肽是一种手性材料，有相关文献报道将其用于色谱法分离氨基酸对映体。肽基材料自组装已成为化学、生物学和材料学等交叉领域的研究热点。
发明内容
本发明的目的是在于提供一种苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的制备及其应用。将苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰于玻碳电极后能够高效的识别色氨酸对映体。
本发明所述一种苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的制备及其应用，包括以下步骤：
a、制备石墨烯量子点：称取柠檬酸固体研磨成白色粉末后加入坩埚中，用程控箱式电炉进行加热反应。反应结束后，取出固体样品，加入适量超纯水，超声溶解。待产物充分溶解后，抽滤得黄色透明溶液，常温下避光保存。
b、制备苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料：将20μL六氟异丙醇加入1.00mg苯丙氨酸二肽中，配成50mg/mL苯丙氨酸二肽的六氟异丙醇溶液，向上述溶液中加入超纯水，稀释成3mg/mL的苯丙氨酸二肽溶液。然后向苯丙氨酸二肽溶液中加入步骤a制备的石墨烯量子点溶液，得到苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料。
c、制备苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极：用移液枪移取步骤b制备的复合材料滴加至玻碳电极上，在一定温度下自组装一定时间，即可获得相应苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极。
d、电化学法识别色氨酸对映体：采用差分脉冲法来识别色氨酸对映体，将苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极静置在20～30mL色氨酸对映体溶液中，在0.4～1.2V(vs.SCE)的电化学窗范围内记录差分脉冲伏安图，每次测完后修饰电极在20～30mL0.1～0.3M磷酸二氢钠(pH＝6～8)中扫稳以恢复电极活性。
进一步地，步骤a中石墨烯量子点溶液的浓度为1～3mg/mL。
进一步地，步骤b中石墨烯量子点溶液的体积为10～30μL。
进一步地，步骤c中移液枪移取的体积为1～10μL。
进一步地，步骤c中自组装温度10～40℃。
进一步地，步骤c中自组装时间4～8h。
进一步地，步骤d中色氨酸对映体的浓度为0.1～1mM。
进一步地，步骤d中静置时间为30～90s。
本发明的有益效果是：苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的制备方法简单环保，且苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极对色氨酸对映体有着较好的识别能力。这是因为苯丙氨酸二肽具有一定的旋光性。
附图说明
下面结合附图对本实验进一步说明。
图1为实施例一中苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的场发射扫描电镜图。
图2为实施例二中苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极的循环伏安图。
图3为实施例三中苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极对色氨酸对映体的识别效果图。
图4为对比例一中苯丙氨酸二肽修饰电极对色氨酸对映体的识别效果图。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明做进一步说明，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。
本发明所述一种苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极对色氨酸对映体按下述方法进行识别：
RL/D＝IL/ID
式中，RL/D表示色氨酸对映体氧化峰电流比值，IL和ID分别表示L-色氨酸和D-色氨酸氧化峰电流值。
实施例一：
苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的制备包括以下几个步骤：
(1)称取柠檬酸固体研磨成白色粉末后加入坩埚中，用程控箱式电炉进行加热反应。反应结束后，取出固体样品，加入适量超纯水，超声溶解。待产物充分溶解后，抽滤得黄色透明溶液，配制成2mg/mL的石墨烯量子点溶液，常温下避光保存。
(2)取1.00mg苯丙氨酸二肽粉末于20μL六氟异丙醇中，配制成50mg/mL苯丙氨酸二肽的六氟异丙醇溶液，向上述溶液中加入超纯水，稀释成3mg/mL的苯丙氨酸二肽溶液。然后向苯丙氨酸二肽溶液中加入20μL步骤(1)制备的石墨烯量子点溶液，得到苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料。
(3)用移液枪移取5μL步骤(2)制备的苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料滴加至玻碳电极表面，在30℃下自组装6h，得到苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极。
附图1为苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的场发射扫描电镜图，从附图1看出苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料呈现出鸭掌状形貌。
实施例二：
将实施例一制备得到的苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极静置在5mM铁氰化钾溶液中，在-0.2～0.6V(vs.SCE)的电化学窗口下采用循环伏安法对该修饰电极进行表征，扫速为0.1V/s，扫描圈数为20圈，其结果如附图2所示，苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极所示的是可逆对称的循环伏安图。
实施例三：
将实施例一制备得到的苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极静置在25mL0.5mM的色氨酸对映体溶液中，静置60s后在0.4～1.2V(vs.SCE)的电化学窗范围内记录差分脉冲伏安图，每次测完后，修饰电极在25mL 0.1M磷酸二氢钠(pH＝7)中扫稳以恢复电极活性。苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极对色氨酸对映体的识别效果图见附图3，苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极对色氨酸对映体具有较好的识别效果(RL/D为2.71)。
对比例一：
苯丙氨酸二肽修饰电极识别色氨酸对映体包括以下几个步骤：
(1)取1.00mg苯丙氨酸二肽粉末于20μL六氟异丙醇中，配制成50mg/mL苯丙氨酸二肽的六氟异丙醇溶液，向上述溶液中加入超纯水，稀释成3mg/mL的苯丙氨酸二肽溶液。用移液枪移取5μL苯丙氨酸二肽溶液滴加至玻碳电极表面，30℃下自组装6h，得到苯丙氨酸二肽修饰电极。
(2)将步骤(1)中制备好的苯丙氨酸二肽修饰电极静置在25mL 0.5mM的色氨酸对映体溶液中，静置60s后在0.4～1.2V(vs.SCE)的电化学窗范围内记录差分脉冲伏安图，每次测完后，修饰电极在25mL 0.1M磷酸二氢钠(pH＝7)中扫稳以恢复电极活性。如附图4所示，苯丙氨酸二肽修饰电极对色氨酸对映体的识别效果(RL/D为1.18)较低，这是因为苯丙氨酸二肽在电极表面易团聚，从而不利于其与色氨酸对映体发生相互作用，导致较低的识别效果。
Claims (5)
1.一种可用于手性识别色氨酸对映体的苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的制备方法 ，步骤如下：
a、制备石墨烯量子点溶液：称取柠檬酸固体研磨成白色粉末后加入坩埚中，用程控箱式电炉进行加热反应，反应结束后，取出固体样品，加入适量超纯水，超声溶解，待产物充分溶解后，抽滤得黄色透明石墨烯量子点溶液，常温下避光保存；
b、制备苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料：将20μL六氟异丙醇加入1.00mg苯丙氨酸二肽中，配成50mg/mL苯丙氨酸二肽的六氟异丙醇溶液，向上述溶液中加入超纯水，稀释成3mg/mL的苯丙氨酸二肽溶液，然后向苯丙氨酸二肽溶液中加入步骤a制备的石墨烯量子点溶液，得到苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料；
c、制备苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极：用移液枪移取步骤b制备的复合材料滴加至玻碳电极表面，在一定温度下自组装一定时间，即可获得相应的苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极；
d、电化学法识别色氨酸对映体：采用差分脉冲法来识别色氨酸对映体，将苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料修饰电极静置在20～30mL色氨酸对映体溶液中，在0.4～1.2V的电化学窗范围内记录差分脉冲伏安图，每次测完后修饰电极在20～30mL 0.1～0.3M的pH为6～8的磷酸二氢钠溶液中扫稳以恢复电极活性。
2.根据权利要求1所述一种可用于手性识别色氨酸对映体的苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的制备方法 ，其特征是：所述步骤a中石墨烯量子点溶液的浓度为1～3mg/mL。
3.根据权利要求1所述一种可用于手性识别色氨酸对映体的苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的制备方法 ，其特征是：所述步骤b中加入的石墨烯量子点溶液的体积为10～30μL。
4.根据权利要求1所述一种可用于手性识别色氨酸对映体的苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的制备方法 ，其特征是：所述步骤c中移液枪移取的复合材料的体积为1～10μL，自组装温度10～40℃，自组装时间4～8h。
5.根据权利要求1所述一种可用于手性识别色氨酸对映体的苯丙氨酸二肽-石墨烯量子点复合材料的制备方法 ，其特征是：所述步骤d中色氨酸对映体的浓度为0.1～1mM，静置时间为30～90s。
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