CN111440286A - 一种手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备方法与应用 - Google Patents
一种手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备方法与应用 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种手性Co‑MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备方法以及该材料用于青霉胺对映体高效电化学识别的应用,属于纳米催化、手性传感等技术领域。其主要步骤是室温合成Co‑MOF,加入L‑半胱氨酸手性修饰,与异佛尔酮二异氰酸酯聚合制得手性Co‑MOF/CoSR/PU核壳复合材料。该复合材料制备所用原料成本低,制备工艺简单,反应能耗低。制备的手性传感器用于L‑青霉胺和D‑青霉胺对映体含量的灵敏检测,方法简单、易操作,手性检测效果显著。
Description
技术领域
本发明涉及一种手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备方法和应用,属于纳米材料、金属有机配合聚合物和催化等技术领域。
背景技术
分子式和构造式相同,其构型互为镜像关系但无法重叠的异构体,称为对映异构体,简称对映体,相应的分子称为手性分子。现代医药和农药行业中许多重要的分子是手性分子。很多情况下,对映体中的一种表现出所需要的生理活性,而对映体中的另一种则表现出无活性甚至毒性。由于对映体在非手性环境下表现出相同的物理和化学特性,因此,对映体的识别和量化是一个重要的研究课题。目前,基于手性固定相的核磁共振(NMR)、气相色谱(GC)和高效液相色谱法(HPLC)对对映体的检测和分析,仍广泛应用于实验室和工业生产中,对控制相关产品的质量具有重要的作用。然而,这些方法需要高浓度的分析物,操作过于复杂,仪器相对昂贵,并且,通常情况下,气相色谱法和高效液相色谱法耗时长。分子印迹聚合物(MIPs)拥有80多年的历史,在对映体分析的基础研究上已取得相当大的进展。因MIPs创建的三维交联聚合物对于模板或者靶向分子的形状、尺寸和官能团有记忆,因此,MIPs选择性强,但也存在一些问题,如模板消除不彻底,传质能力弱,结合能力差和动力学速率低,因此,限制了该技术在的广泛应用。电化学传感技术具有高选择性、仪器成本低廉、操作简便以及实时在线检测等优点。与色谱仪器不同,该技术的检测范围广,适于低浓度检测。然而,目前电化学手性传感的研究还处于初级阶段。
制备传感器电活性界面材料是电化学手性传感器的关键。手性金属有机框架物(MOFs) 是由金属离子和多齿手性配体合成的一类新型晶体材料。由于手性MOFs超高的表面积、明确的网络结构、可控的手性通道和孔隙以及主客体相互作用等诸多优点,使其在电化学手性传感器方面有着潜在的应用前景。但迄今为止,仅几例报道非手性MOFs作为电化学传感用于检测一些非手性物质。例如,Gassensmith的团队用γ-环糊精的衍生物CDMOF-2定量测量空气中CO2浓度。吴的团队研制出一种水稳定Cu-MOF同时检测抗坏血酸和L-色氨酸的。除此之外,也有极少的文献报道非手性MOFs材料及其衍生物在酶生物传感器中的应用。本发明基于MOFS材料构建了电化学传感器,用于青霉胺异构体的检测。测试结果显示该电化学传感器灵敏度高,检出限低,稳定性好。
发明内容
本发明的技术任务之一是为了弥补现有技术的不足,提供一种手性Co- MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备方法,该方法所用原料成本低,制备工艺简单,反应能耗低,具有工业应用前景。
本发明的技术任务之二是提供一种手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的用途,即将该手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料用于检测L-青霉胺和D-青霉胺对映体的含量,该检测仪器成本低、分析效率高、操作方便,操作技术要求低。
本发明的技术方案如下:
1.一种手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备方法
(1)制备手性Co-MOF/CoSR复合材料
将1.8-2.2mmol六水合硝酸钴和7-9mmol 2-甲基咪唑分别溶于12-15mL乙醇中,混合上述两种溶液,室温静置24h,离心分离,乙醇洗涤3次,即制得Co-MOF;向制得的Co-MOF 中加入5-8mL、0.2M的L-半胱氨酸水溶液共混,磁力搅拌1h,继续离心分离,乙醇洗涤 3次,85℃干燥至恒重,制得手性Co-MOF/CoSR复合材料;
(2)制备手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料
将0.4-0.6g异佛尔酮二异氰酸酯、0.2-0.3g的手性Co-MOF/CoSR复合材料与15-20mL体积比为15/85的水/DMF的混合溶剂共混,30-40℃恒温加热1h,离心分离,体积比为15/85水/DMF洗涤3次,90℃干燥至恒重,即制得手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料。
所述SR,构造式如下:
所述Co-MOF,为ZIF-67,属于金属有机框架物,化学式为Co(C4H5N2)2,是由1个Co2+和2个C4H5N2 -组成,C4H5N2 -为2-甲基咪唑负离子;
所述PU,为异佛尔酮二异氰酸酯分子中的高活性异氰酸酯基-NCO与Co-MOF/CoSR表面上的氨基反应生成的聚脲高分子;
所述手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料,为Co-MOF/CoSR为核、PU为壳的核壳复合材料。
2.如上所述的制备方法制备的手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料用于电化学传感检测对映体的应用。
(1)制备手性传感器工作电极
在氧化铝粉末抛光、水和乙醇清洗洁净的4mm的玻碳电极表面上,滴涂6μL手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料悬浮液,室温晾干,制得Co-MOF/CoSR/PU手性传感器工作电极;
所述手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料悬浮液,是将3mg手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料与250μL异丙醇、720μL水、30μL Nafion共混,在180W的水浴中超声10- 15min制得;
(2)构建手性电化学传感器
将Co-MOF/CoSR/PU手性传感器工作电极、饱和甘汞参比电极和铂丝对电极连接在电化学工作站上,制得了Co-MOF/CoSR/PU手性电化学传感器;
(3)检测L-青霉胺和D-青霉胺对映体
以pH为7.0、0.1mol·L-1的PBS缓冲溶液为电解液,采用步骤(2)制得的手性电化学传感器,采用差分脉冲伏安法,分别测定不同浓度的L-青霉胺和D-青霉胺标准溶液的电流值,绘制基于手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的L-青霉胺和D-青霉胺对映体工作曲线;将待测样品的溶液代替L-青霉胺和D-青霉胺标准溶液,进行样品中L-青霉胺和D-青霉胺含量的检测;
所述手性传感器对L-青霉胺和D-青霉胺对映体溶液的检测范围为0.1-1.0×10-12g·mL-1。
本发明有益的技术效果如下:
(1)本发明手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备,制备过程一锅法操作,工艺简单,易于工业化。
(2)本发明手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备过程中加入了手性配体L-半胱氨酸,与Co-MOF反应生成CoSR,不仅提高了复合材料的导电性,并且L-半胱氨酸导致Co-MOF复合材料产生手性;另一方面,异佛尔酮二异氰酸酯分子中的高活性异氰酸酯基-NCO与Co-MOF/CoSR表面上的氨基反应生成的聚脲高分子,导致生成的Co- MOF/CoSR/PU复合材料为核壳复合材料,聚脲高分子又引进了-NHCONH-活性位点,使得该复合材料活性增加。。
(3)本发明提供的手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的电化学手性传感器,方法简单、易操作,检测L-青霉胺和D-青霉胺对映体的含量,具有快速响应、检测范围宽、灵敏度高、操作简单、省时等特点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述,但本发明的保护范围不仅局限于实施例,该领域专业人员对本发明技术方案所作的改变,均应属于本发明的保护范围内。
实施例1一种手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备方法将1.8mmol六水合硝酸钴和7mmol 2-甲基咪唑分别溶于12mL乙醇中,混合上述两种溶液,室温静置24h,离心分离,乙醇洗涤3次,即制得Co-MOF;向制得的Co-MOF中加入 5mL、0.2M的L-半胱氨酸水溶液共混,磁力搅拌1h,继续离心分离,乙醇洗涤3次, 85℃干燥至恒重,制得手性Co-MOF/CoSR复合材料;
将0.4g异佛尔酮二异氰酸酯、0.2g的手性Co-MOF/CoSR复合材料与15mL体积比为15/85的水/DMF的混合溶剂共混,30℃恒温加热1h,离心分离,体积比为15/85水/DMF洗涤 3次,90℃干燥至恒重,即制得手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料。
所述SR,构造式如下:
所述Co-MOF,为ZIF-67,属于金属有机框架物,化学式为Co(C4H5N2)2,是由1个Co2+和2个C4H5N2 -组成,C4H5N2 -为2-甲基咪唑负离子;
所述PU,为异佛尔酮二异氰酸酯分子中的高活性异氰酸酯基-NCO与Co-MOF/CoSR表面上的氨基反应生成的聚脲高分子;
所述手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料,为Co-MOF/CoSR为核、PU为壳的核壳复合材料。
实施例2一种手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备方法
将2.0mmol六水合硝酸钴和8mmol 2-甲基咪唑分别溶于12mL乙醇中,混合上述两种溶液,室温静置24h,离心分离,乙醇洗涤3次,即制得Co-MOF;向制得的Co-MOF中加入 6mL、0.2M的L-半胱氨酸水溶液共混,磁力搅拌1h,继续离心分离,乙醇洗涤3次, 85℃干燥至恒重,制得手性Co-MOF/CoSR复合材料;
将0.5g异佛尔酮二异氰酸酯、0.2g的手性Co-MOF/CoSR复合材料与18mL体积比为15/85的水/DMF的混合溶剂共混,35℃恒温加热1h,离心分离,体积比为15/85水/DMF洗涤 3次,90℃干燥至恒重,即制得手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料。
所述SR、Co-MOF、PU、Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的结构和性质同实施例1
实施例3一种手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备方法
将2.2mmol六水合硝酸钴和9mmol 2-甲基咪唑分别溶于15mL乙醇中,混合上述两种溶液,室温静置24h,离心分离,乙醇洗涤3次,即制得Co-MOF;向制得的Co-MOF中加入 8mL、0.2M的L-半胱氨酸水溶液共混,磁力搅拌1h,继续离心分离,乙醇洗涤3次, 85℃干燥至恒重,制得手性Co-MOF/CoSR复合材料;
将0.6g异佛尔酮二异氰酸酯、0.3g的手性Co-MOF/CoSR复合材料与20mL体积比为15/85的水/DMF的混合溶剂共混,40℃恒温加热1h,离心分离,体积比为15/85水/DMF洗涤 3次,90℃干燥至恒重,即制得手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料。
所述SR、Co-MOF、PU、Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的结构和性质同实施例1
实施例4手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料用于电化学传感检测对映体的应用
(1)制备手性传感器工作电极
在氧化铝粉末抛光、水和乙醇清洗洁净的4mm的玻碳电极表面上,滴涂6μL手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料悬浮液,室温晾干,制得Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料手性传感器工作电极;
所述手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料悬浮液,是将3mg实施例1或实施例2或实施例3制备的手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料与250μL异丙醇、720μL水、30μL Nafion 共混,在180W的水浴中超声10-15min制得;
(2)构建手性电化学传感器
将步骤(1)制得的工作电极、饱和甘汞参比电极和铂丝对电极连接在电化学工作站上,制得了Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料手性传感器;
(3)检测L-青霉胺和D-青霉胺对映体
以pH为7.0、0.1mol·L-1的PBS缓冲溶液为电解液,采用步骤(2)制得的手性电化学传感器,采用差分脉冲伏安法,分别测定不同浓度的L-青霉胺和D-青霉胺标准溶液的电流值,绘制基于手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的L-青霉胺和D-青霉胺对映体工作曲线;将待测样品的溶液代替L-青霉胺和D-青霉胺标准溶液,进行样品中L-青霉胺和D-青霉胺含量的检测。
所述手性传感器对L-青霉胺和D-青霉胺对映体溶液的检测范围为0.1-1.0×10-12g·mL-1。
Claims (6)
1.一种手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备方法,其特征在于,步骤如下:
(1)制备手性Co-MOF/CoSR复合材料
将1.8-2.2mmol六水合硝酸钴和7-9mmol 2-甲基咪唑分别溶于12-15mL乙醇中,混合上述两种溶液,室温静置24h,离心分离,乙醇洗涤3次,即制得Co-MOF;向制得的Co-MOF中加入5-8mL、0.2M的L-半胱氨酸水溶液共混,磁力搅拌1h,继续离心分离,乙醇洗涤3次,85℃干燥至恒重,制得手性Co-MOF/CoSR复合材料;
(2)制备手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料
将0.4-0.6g异佛尔酮二异氰酸酯、0.2-0.3g的手性Co-MOF/CoSR复合材料与15-20mL体积比为15/85的水/DMF的混合溶剂共混,30-40℃恒温加热1h,离心分离,体积比为15/85水/DMF洗涤3次,90℃干燥至恒重,即制得手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料。
3.根据权利要求1所述的一种手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备方法,其特征在于,所述Co-MOF,为ZIF-67,属于金属有机框架物,化学式为Co(C4H5N2)2,是由1个Co2+和2个C4H5N2 -组成,C4H5N2 -为2-甲基咪唑负离子。
4.根据权利要求1所述的一种手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的制备方法,其特征在于,所述手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料,为Co-MOF/CoSR为核、PU为壳的核壳复合材料;所述PU,为异佛尔酮二异氰酸酯分子中的高活性异氰酸酯基-NCO与Co-MOF/CoSR表面上的氨基反应生成的聚脲高分子。
5.根据权利要求1所述的制备方法制备的手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料用于电化学传感检测对映体的应用。
6.根据权利要求5所述的电化学传感检测对映体的应用,其特征在于,步骤如下:
(1)制备手性传感器工作电极
在氧化铝粉末抛光、水和乙醇清洗洁净的4mm的玻碳电极表面上,滴涂6μL手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料悬浮液,室温晾干,制得Co-MOF/CoSR/PU手性传感器工作电极;
所述手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料悬浮液,是将3mg手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料与250μL异丙醇、720μL水、30μL Nafion共混,在180W的水浴中超声10- 15min制得;
(2)构建手性电化学传感器
将Co-MOF/CoSR/PU手性传感器工作电极、饱和甘汞参比电极和铂丝对电极连接在电化学工作站上,制得了Co-MOF/CoSR/PU手性电化学传感器;
(3)检测L-青霉胺和D-青霉胺对映体
以pH为7.0、0.1mol·L-1的PBS缓冲溶液为电解液,采用步骤(2)制得的手性电化学传感器,采用差分脉冲伏安法,分别测定不同浓度的L-青霉胺和D-青霉胺标准溶液的电流值,绘制基于手性Co-MOF/CoSR/PU核壳复合材料的L-青霉胺和D-青霉胺对映体工作曲线;将待测样品的溶液代替L-青霉胺和D-青霉胺标准溶液,进行样品中L-青霉胺和D-青霉胺含量的检测。
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