CN110879244A - 一种采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法，属于离子通道构建和手性识别技术领域。本发明将手性纳米通道放置在带孔的电解质样品池中间作为离子通道，采用电化学测试含有不同对映体的氨基酸的离子传输信号，即可实现不同氨基酸对映体的识别。使用该方法可以实现数十种氨基酸构型的识别。其中目前已知的氨基酸中，色氨酸的对映体识别灵敏度最高。本发明的方法通过离子传输实现手性构型的识别，为手性检测新方法的建立和离子通道的应用扩展提供了巨大的可能。

Description

一种采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法
技术领域
本发明涉及一种采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法，属于离子通道构建和手性识别技术领域。
背景技术
离子通道作为调节生命体正常生命活动不可或缺的重要组成部分，在物质识别、能量转换、机体活动等方面具有重要的作用。根据相关报道，机体内天然的离子通道本身是手性结构蛋白，因此，研究手性纳米通道的物质识别机制一直是研究的热点。但是，天然离子通道为蛋白质，蛋白质易变性和易碎的结构一定程度限制了离子通道的研究。
精准的人工纳米操纵技术的发展为构建人工纳米通道提供了新思路。纳米通道可控的纳米通道尺寸和表面多样性的修饰位点为构建功能性离子通道提供了极大的可能性。金纳米颗粒自组装形成的纳米通道由于其高的比表面积和纳米尺度效应，在分离和检测领域具有广泛的应用价值。
手性分子是具有对映异构体的外消旋混合物，氨基酸对映体是非常重要的化合物。在诸多领域，如医药化学、农业化学、食品化学及生物化学领域，氨基酸对映体的识别具有重要的意义。这些手性氨基酸在结构和化学物理性质上极为相似，但是在毒性和药物作用方面却具有很大的差异。对手性氨基酸对映体的识别是非常艰巨和具有挑战性的任务。因此，利用手性纳米通道技术对手性氨基酸进行识别检测具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的是克服上述不足之处，提供一种采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法，其采用苯丙氨酸修饰的金纳米颗粒自组装形成的单层金纳米膜和阳极氧化铝构建手性纳米通道。当L-或D-型氨基酸通过手性纳米通道时，会表现出不同的电流整流信号，利用该特性可以实现L-或者D-型氨基酸的识别
本发明的技术方案，一种采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法，将手性纳米通道放置在带孔的电解质样品池中间作为离子通道，采用电化学测试含有不同对映体的氨基酸的离子传输信号，即可实现不同氨基酸对映体的识别。
在本发明的一种实施方式中，所述氨基酸对映体识别的氨基酸包括：色氨酸、酪氨酸、精氨酸、组氨酸、脯氨酸、缬氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、天冬酰胺或谷氨酰胺。
在本发明的一种实施方式中，所述电解质样品池体积为2mL，电解质样品池一侧底部设有直径为1mm的孔用于离子传输。
在本发明的一种实施方式中，所述电解质样品池中的电解质溶液具体为浓度为10mM的磷酸盐缓冲溶液PBS；所述磷酸盐缓冲溶液PBS中含有浓度为1mM的氨基酸对映体。
在本发明的一种实施方式中，所述电化学测试时，选择的测试模式为线性扫描模式，测量获得电流-电压曲线；测试中，外加的电压为-2~+2V，线性扫描速度为20mV/s。
在本发明的一种实施方式中，所述氨基酸对映体具体通过计算整流比进行比较后识别。
在本发明的一种实施方式中，所述的氨基酸对映体在纳米通道两侧具有相同的添加量。
在本发明的一种实施方式中，所述整流比的计算方法是-2V扫描电压下对应的电流值除以+2V扫描电压下对应的电流值所得的比值。
采用本发明方法对各种必须氨基酸的对映体识别时，色氨酸的对映体识别灵敏度最高。
本发明所述的手性金纳米通道先通过手性纳米颗粒自组装形成的单层金纳米膜与阳极氧化铝固定，制备获得。具体的制备过程于CN 110044979A中所公开。
在本发明手性金纳米通道的一种制备过程中，以L-、D-苯丙氨酸为手性配体修饰金纳米颗粒，金纳米颗粒的大小为35nm；修饰时，所述金纳米颗粒：苯丙氨酸的浓度比为10nM:30mM；固定时，阳极氧化铝的孔直径为20nm，厚度为60μm；固定温度为65℃。
本发明的有益效果：采用本发明的方法，可以直接快速的区分氨基酸的手性构型，确定氨基酸为左旋还是右旋，在对映体筛分领域具有巨大的应用潜力；可以实现色氨酸的高效识别，为手性色氨酸的检测和识别提供新的检测方法，这对应用于手性识别生物检测具有巨大的潜力；可以通过通道识别特性判断对应的氨基酸种类，具有一定的氨基酸识别应用潜力。
附图说明
图1手性金纳米膜通道的宏观照片。
图2手性金纳米膜的圆二色光谱图。
图3手性金纳米通道加入L-色氨酸的电流-电压曲线图。
图4 D型苯丙氨酸修饰的金纳米膜加入不同构象氨基酸分子的手性纳米通道的整流比统计图。
图5 L型苯丙氨酸修饰的金纳米膜加入不同构象氨基酸分子的手性纳米通道的整流比统计图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和对比例，对本发明进行进一步的阐述。
本发明涉及的测试方法如下：
手性金纳米膜的电化学测试方法：将手性苯丙氨酸与金纳米颗粒混合，在界面诱导自组装形成手性金纳米膜，将手性膜与氧化铝通道固定，获得手性纳米通道。将获得的手性纳米通道置于电解质溶液池中间，电解质池与纳米通道通过1mm的小孔相连。在电解质溶液池中加入2mL浓度为10mM的PBS溶液，向PBS溶液中加入1mM的氨基酸水溶液。用电化学工作站测试电流-电压曲线，其中所用的电极为Ag/AgCl电极，测试电压变化范围为-2V~+2V，扫描速度为20mV/s。
氨基酸对映体选择性的计算方法为：以整流比作为比较不同氨基酸对映体选择性强弱的标准。整流比的计算方法是-2V扫描电压下对应的电流值除以+2V扫描电压下对应的电流值所得的比值。
实施例1 手性纳米通道的电化学测试
将制备好的手性纳米通道（具体如图1和图2所示，图1为手性纳米膜通道的宏观照片，图2为手性纳米膜的圆二色光谱图）放置在两个容积为2mL的有机玻璃测试样品池中间，所用立方体底部有直径为1mm的孔隙用于连接两个电化学测试样品池。在两个测试样品池中间放置制备好的手性纳米通道。
在两个样品池中加入同样的2mL的PBS溶液，PBS溶液的浓度为10mM。将两个银/氯化银电极分别放入两个样品池中，然后采用电化学工作站的线性扫描模式进行电流-电压曲线测试。其中外加电压为-2V~+2V，扫描速度为20 mV/s。通过这一方法，可以测得手性纳米膜的I-U曲线，这时的纳米通道没有离子传输选择性，整流比为1。
实施例2 氨基酸对映体的识别
在电化学测试的两个样品池中，除了2mL浓度为10mM的PBS溶液以外，在两个样品池中同时加入L-或D-型的手性氨基酸分子水溶液，使氨基酸在PBS溶液中的终浓度为1mM。加入氨基酸溶液后，将整个体系在室温下孵育10min以后进行电化学测试。以L-色氨酸为例，在未加入氨基酸之前，测试电化学曲线，整流比为1；在加入氨基酸孵育10min以后，测试电化学曲线，整流比为7.48。电化学测试结果如图3所示。
实施例3 氨基酸对映体识别强弱的计算
通过电化学测试获得I-U曲线，通过整流比的计算来确认不同氨基酸对映体识别的强弱。具体的计算方法为：-2V扫描电压下对应的电流值除以+2V扫描电压下对应的电流值所得的比值。
不同氨基酸对映体在L-和D-苯丙氨酸修饰的手性金纳米通道中的整流比统计被列在了图4和图5。图4为D型苯丙氨酸修饰的金纳米膜加入不同构象氨基酸分子的手性纳米通道的整流比统计图，图5为L型苯丙氨酸修饰的金纳米膜加入不同构象氨基酸分子的手性纳米通道的整流比统计图。
通过比较整流比的大小可以确认氨基酸为L-或D-型，这为氨基酸对映体的识别提供了一种新思路。在筛选的不同氨基酸中，色氨酸是构型检测灵敏度最高的氨基酸。
对比实施例1 未修饰手性纳米通道的电化学测试
用未经手性苯丙氨酸修饰的金纳米膜和氧化铝模板组成未修饰手性纳米通道。使用该纳米通道进行电化学测试，其他参数与实施例1保持一致，观察电化学测得的I-U曲线的变化情况。
实验结果表明，非手性纳米通道在-2V~+2V的电压作用下，产生的电流-电压信号不稳定，容易出现漏液的现象。这一现象说明未经过苯丙氨酸修饰的手性纳米通道不适用于氨基酸对映体识别的研究。
对比实施例2 非手性纳米通道用于氨基酸对映体
在进行氨基酸对映体识别测试中，将手性纳米通道换为由外消旋的苯丙氨酸（DL-Phe）修饰的非手性纳米通道，其他参数与实施例1-2保持一致，观察电化学测得的I-U曲线的变化情况。
使用结果表明，非手性纳米通道在对L-或D-氨基酸对映体的识别实验中，未表现出识别特性。D-或L-氨基酸通过DL-苯丙氨酸修饰的纳米通道获得的电化学I-U曲线为一条直线，没有整流。这一现象表明非手性纳米通道不具备氨基酸对映体识别的能力。
虽然本发明已以较佳实施例公开如上，但其并非用以限定本发明，任何熟悉此技术的人，在不脱离本发明的精神和范围内，都可做各种的改动与修饰，因此本发明的保护范围应该以权利要求书所界定的为准。

Claims (8)

1.一种采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法，其特征在于：将手性纳米通道放置在带孔的电解质样品池中间作为离子通道，采用电化学测试含有不同对映体的氨基酸的离子传输信号，实现不同氨基酸对映体的识别。
2.根据权利要求1所述采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法，其特征在于所述氨基酸对映体识别的氨基酸包括：色氨酸、酪氨酸、精氨酸、组氨酸、脯氨酸、缬氨酸、苏氨酸、甲硫氨酸、天冬酰胺或谷氨酰胺。
3.根据权利要求1所述采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法，其特征在于：所述的氨基酸对映体为单一构象的氨基酸，即L-或D-型的氨基酸。
4.根据权利要求1所述采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法，其特征在于：所述电解质样品池体积为2mL，电解质样品池一侧底部设有直径为1mm的孔用于离子传输。
5.根据权利要求1所述采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法，其特征在于：所述电解质样品池中的电解质溶液具体为pH为7.0、浓度为10mM的磷酸盐缓冲溶液PBS；所述磷酸盐缓冲溶液PBS中含有浓度为1mM的氨基酸对映体。
6.根据权利要求1所述采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法，其特征在于：所述电化学测试时，选择的测试模式为线性扫描模式，测量获得电流-电压曲线；测试中，外加的电压为-2~+2V，线性扫描速度为20mV/s。
7.根据权利要求1所述采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法，其特征在于：所述氨基酸对映体具体通过计算整流比进行比较后识别。
8.根据权利要求7所述采用手性金纳米通道识别氨基酸对映体的方法，其特征在于：所述整流比的计算方法是-2V扫描电压下对应的电流值除以+2V扫描电压下对应的电流值所得的比值。
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