用于电化学手性识别的3D-rGO-AgNPs-L-Pen复合物修饰电极及其制备方法和应用

用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于分析化学领域，特别涉及一种用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极及其制备方法和应用。


背景技术：

2.手性是自然界的基本属性之一，自然界及生命体中蕴藏着大量的手性分子，作为生命活动重要基础的许多生物大分子如蛋白质、多糖和核酸等基本均有手性。手性的研究在生命科学、制药以及食品科学中起着重要的作用。对于医药领域，许多品种药品或者药物中间体都具有手性，但在实际应用中，往往一种对映体对人体起到药理的作用而另一种对映体则不起作用或有毒副作用。近年来，虽然有关手性识别技术的研究越来越多，电化学方法对映体选择性识别由于其简单，快速而成为医药和生物技术领域的研究热点。
3.还原后的氧化石墨烯(3d-rgo)具有独特的多孔结构赋予其超高的比表面积和电导率，作为一种新兴传感材料已经被应用于构筑电化学传感器。银纳米粒子由于兼具有纳米材料和单质ag的独特性质，因而在医药、光学、电子和传感器等领域具有广泛的应用价值。此外，金属纳米材料因活性位点多、比表面积大、电子转移速度快等优势在催化领域更具有突出应用前景。l-青霉胺是一种特效药物的中间体，用于合成hiv-1蛋白酶抑制剂，具有很强的抗病毒能力。从结构上可以看出，l-青霉胺属于氨基酸类化合物，它含有一个活性碳原子。因此，我们通过还原石墨烯、银纳米粒子和l-青霉胺通过共价结合在一起构建了一种新型手性传感器，用于l-/d-苯丙氨酸对映体(l-/d-phe)识别。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种可应用于l-/d-苯丙氨酸对映体手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极及其制备方法和应用。三维还原氧化石墨烯有较大的比表面积，能够显著提高电导性，银纳米粒子能够增强其导电性，l-青霉胺作为手性选择剂能够有效识别对映体。
5.本发明第一方面提供了一种可用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极，包括电极和修饰在电极表面的3d-rgo-agnps-l-pen复合物，由3d-rgo-agnps-l-pen混悬液滴涂在电极表面后烘干而得。
6.本发明第二方面提供了上述可用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极的制备方法，包括以下步骤：
7.(1)制备3d-rgo粉末：称取适量go分散于去离子水中，超声；加入l-半胱氨酸置上述溶液中，随后迅速滴加氨水，将混合物置于油浴中加热，冷却至室温后，用去离子水洗涤，离心，得到黑色沉淀，冷冻干燥制得3d-rgo粉末。
8.作为优选，go与l-半胱氨酸的质量比为1:2。
9.(2)制备agnps：将适量壳聚糖(cs)固体溶解于冰醋酸溶液中，在高速机械搅拌下
加入抗坏血酸固体(vc)，然后油浴加热并逐滴加入新鲜的agno3溶液，反应结束后冷却至室温，离心分离获得乳白色沉淀，再分散于水中，得到壳聚糖稳定的agnps溶液。
10.作为优选，cs加入1％冰醋酸溶液中溶解12h后，再加入vc，其中vc:cs的质量比为1:12，然后油浴加热至100℃并逐滴加入浓度为0.01mol/l的agno3溶液10ml，继续反应1h。
11.作为优选，得到的壳聚糖稳定的agnps溶液中，agnps的浓度为2
×
10-5
mol/ml。
12.(3)制备3d-rgo-agnps-l-pen复合物：称取适量3d-rgo粉末制得分散液，用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐(edc
·
hcl)和n-羟基琥珀酰亚胺(nhs)活化羧酸基团后，加入步骤(2)得到的壳聚糖稳定的agnps溶液，搅拌，并加入l-pen，继续搅拌得到3d-rgo-agnps-l-pen复合物。
13.作为优选，edc
·
hcl和nhs的质量浓度比为1.2:1。
14.作为优选，3d-rgo-agnps-l-pen悬浮液中3d-rgo与l-pen的质量比为1:1.5，agnps的浓度为8
×
10-7
mol/ml。
15.(4)制备3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极：取适量3d-rgo-agnps-l-pen悬浮液滴涂于电极表面，在红外灯下烘干，制得3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极。
16.作为优选，3d-rgo-agnps-l-pen在电极表面的滴涂量为10μl。
17.本发明第三方面提供了上述用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极的应用，用于手性识别l-/d-苯丙氨酸对映体，包括如下步骤：称取一定量的l-/d-苯丙氨酸置于容量瓶中，加入一定量的配制的磷酸盐缓冲液pbs，摇匀得对映体溶液，将3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极浸泡于对映体溶液中，取出，置于红外灯下烘干，即可制得l-/d-苯丙氨酸对映体电极；
18.采用三电极体系，l-/d-苯丙氨酸对映体电极为工作电极，铂片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在室温下将该三电极体系浸入配制的0.1mk3fe(cn)6溶液中，进行差分脉冲测试，电位范围为-0.2～0.6v。
19.作为优选，配制的l-苯丙氨酸和d-苯丙氨酸溶液的浓度均为5mm，pbs溶液的ph＝7，浓度为0.1m，静置时间为2min。
20.本发明的有益效果是：3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极的制备操作过程简单，对映体峰电流差异明显，识别效果明显。
附图说明：
21.图1为3d-rgo与agnps复合物的扫描电镜图；
22.图2为实施例1的3d-rgo-agnps-l-pen复合物的扫描电镜图；
23.图3为实施例1中用于l-/d-苯丙氨酸对映体手性识别的3d-rgo、agnps与l-pen复合物修饰电极的差分脉冲伏安图；
24.图4为实施例2中3d-rgo、agnps与l-pen复合物稳定性考察的循环伏安扫描图；
25.图5为实施例3中3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极中agnps加入量对峰电流值i
l
/id的影响；
26.图6为实施例4中3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极的3d-rgo与l-pen比值对峰电流值i
l
/id的影响。
具体实施方式
27.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。
28.本发明通过三维还原氧化石墨烯、银纳米粒子和l-青霉胺复合物修饰电极对l-/d-苯丙氨酸对映体按下述方法进行识别：
29.r
l/d
＝i
l
/id30.δe＝e
l-ed31.式中，r
l/d
表示l-/d-苯丙氨酸对映体氧化峰电流比值，δe表示l-/d-苯丙氨酸对映体氧化峰电位差值，i
l
和id分别表示l-苯丙氨酸和d-苯丙氨酸的氧化峰电流，e
l
和ed分别表示l-苯丙氨酸和d-苯丙氨酸的氧化峰电位。
32.实施例1
33.(1)制备3d-rgo粉末：称取100mg的go分散于50ml去离子水中超声；加入200mgl-半胱氨酸置上述溶液中，随后迅速滴加1.5ml氨水(25％)，将混合物置于油浴中加热3小时，冷却至室温后，用去离子水洗涤，离心，得到黑色沉淀，冷冻干燥制得3d-rgo粉末。
34.(2)制备agnps：称取0.6g壳聚糖固体加入100ml的1％冰醋酸溶液中溶解12h，待其彻底溶解后转移至三口瓶；在高速的机械搅拌下加入0.05g抗坏血酸，保持转速恒定不变，油浴加热至100℃后逐滴加入新鲜的0.01mol/lagno3溶液10ml，恒温加热1h后，停止反应冷却至室温，离心分离获得乳白色沉淀，然后将其分散于5ml去离子水中，即为壳聚糖稳定的agnps溶液。
35.(3)配制3d-rgo-agnps-l-pen复合物混悬液：称取5mg步骤(1)制备的3d-rgo粉末分散于5ml去离子水中，加入edc
·
hcl6mg和nhs5mg活化羧酸基团后，加入200μl步骤(2)制备的壳聚糖稳定的agnps溶液，搅拌2h，最后加入l-pen7.5mg，搅拌，即可制得3d-rgo-agnps-l-pen悬浮液。
36.(4)制备3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极：取步骤(3)制得的混悬液10μl滴涂于电极表面，在红外灯下烘干，即可制得3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极。
37.(5)制备l-/d-苯丙氨酸对映体电极：称取41mg的l-/d-苯丙氨酸置于50ml容量瓶中，加入磷酸盐缓冲液(pbs，ph＝7)溶解定容至刻度，摇匀，将步骤(4)制备的3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极浸泡于对映体溶液中2min中，取出，置于红外灯下烘干，即可制得l-/d-苯丙氨酸对映体电极。
38.(6)电化学法识别l-/d-苯丙氨酸对映体：采用三电极体系，l-/d-苯丙氨酸对映体电极为工作电极，铂片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在室温下将该三电极体系浸入配制的0.1mk3fe(cn)6溶液中，进行差分脉冲测试，电位范围为-0.2～0.6v，如图3所示。
39.实施例2
40.(1)制备3d-rgo粉末：称取100mg的go分散于50ml去离子水中超声；加入200mgl-半胱氨酸置上述溶液中，随后迅速滴加1.5ml氨水(25％)，将混合物置于油浴中加热3小时，冷却至室温后，用去离子水洗涤，离心，得到黑色沉淀，冷冻干燥制得3d-rgo粉末。
41.(2)制备agnps：称取0.6g壳聚糖固体加入100ml的1％冰醋酸溶液中溶解12h，待其彻底溶解后转移至三口瓶；在高速的机械搅拌下加入0.05g抗坏血酸，保持转速恒定不变，油浴加热至100℃后逐滴加入新鲜的0.01mol/lagno3溶液10ml，恒温加热1h后，停止反应冷
却至室温，离心分离获得乳白色沉淀，然后将其分散于5ml去离子水中，即为壳聚糖稳定的agnps溶液。
42.(3)配制3d-rgo-agnps-l-pen复合物混悬液：称取5mg步骤(1)制备的3d-rgo粉末分散于2ml去离子水中，加入edc
·
hcl6mg和nhs5mg活化羧酸基团后，加入200μl步骤(2)制备的壳聚糖稳定的agnps溶液，搅拌2h，最后加入l-pen7.5mg，搅拌，即可制得3d-rgo-agnps-l-pen悬浮液。
43.(4)制备3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极：取步骤(3)制得的混悬液10μl滴涂于电极表面，在红外灯下烘干，即可制得3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极。
44.(5)电化学法稳定性考察：采用三电极体系，3d-rgo-agnps-l-pen电极为工作电极，铂片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在室温下将该三电极体系浸入配制的0.1mk3fe(cn)6溶液中，进行循环伏安扫描。扫描电位范围为-0.2～0.6v，扫速为100mv
·
s-1
，循环扫描100圈，如图4所示。
45.实施例3
46.(1)制备3d-rgo粉末：称取100mg的go分散于100ml去离子水中超声；加入200mgl-半胱氨酸置上述溶液中，随后迅速滴加1.5ml氨水(25％)，将混合物置于油浴中加热3小时，冷却至室温后，用去离子水洗涤，离心，得到黑色沉淀，冷冻干燥制得3d-rgo粉末。
47.(2)制备agnps：称取0.6g壳聚糖固体加入100ml的1％冰醋酸溶液中溶解12h，待其彻底溶解后转移至三口瓶；在高速的机械搅拌下加入0.05g抗坏血酸，保持转速恒定不变，油浴加热至100℃后逐滴加入新鲜的0.01mol/lagno3溶液10ml，恒温加热1h后，停止反应冷却至室温，离心分离获得乳白色沉淀，然后将其分散于5ml去离子水中，即为壳聚糖稳定的agnps溶液。
48.(3)配制3d-rgo-agnps-l-pen复合物混悬液：称取5mg步骤(1)制备的3d-rgo粉末分散于5ml去离子水中，加入edc
·
hcl6mg和nhs5mg活化羧酸基团后，分别加入100μl、150μl、200μl、250μl、300μl步骤(2)制备的壳聚糖稳定的agnps溶液，搅拌2h，最后加入l-pen7.5mg，搅拌，即可制得3d-rgo-agnps-l-pen悬浮液。
49.(4)制备3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极：取步骤(3)制得的混悬液10μl滴涂于电极表面，在红外灯下烘干，即可制得3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极。
50.(5)制备l-/d-苯丙氨酸对映体电极：称取41mg的l-/d-苯丙氨酸置于50ml容量瓶中，加入磷酸盐缓冲液(pbs，ph＝7)溶解定容至刻度，摇匀，将步骤(4)制备的3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极浸泡于对映体溶液中2min中，取出，置于红外灯下烘干，即可制得l-/d-苯丙氨酸对映体电极。
51.(6)电化学法表征手性便面材料的负载情况：采用三电极体系，l-/d-苯丙氨酸对映体电极为工作电极，铂片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在室温下将该三电极体系浸入配制的0.1mk3fe(cn)6溶液中，进行差分脉冲测试。电位范围为-0.2～0.6v，如图5所示。
52.实施例4
53.(1)制备3d-rgo粉末：称取100mg的go分散于100ml去离子水中超声；加入200mgl-半胱氨酸置上述溶液中，随后迅速滴加1.5ml氨水(25％)，将混合物置于油浴中加热3小时，冷却至室温后，用去离子水洗涤，离心，得到黑色沉淀，冷冻干燥制得3d-rgo粉末。
54.(2)制备agnps：称取0.6g壳聚糖固体加入100ml的1％冰醋酸溶液中溶解12h，待其彻底溶解后转移至三口瓶；在高速的机械搅拌下加入0.05g抗坏血酸，保持转速恒定不变，油浴加热至100℃后逐滴加入新鲜的0.01mol/lagno3溶液10ml，恒温加热1h后，停止反应冷却至室温，离心分离获得乳白色沉淀，然后将其分散于5ml去离子水中，即为壳聚糖稳定的agnps溶液。
55.(3)配制3d-rgo-agnps-l-pen复合物混悬液：称取5mg步骤(1)制备的3d-rgo粉末分散于5ml去离子水中，加入edc
·
hcl6mg和nhs5mg活化羧酸基团后，加入200μl步骤(2)制备的壳聚糖稳定的agnps溶液，搅拌2h，最后加入l-pen5mg，搅拌，即可制得3d-rgo-agnps-l-pen悬浮液。
56.使用以上相同步骤，再分别制备3d-rgo与l-pen质量比为1：1.5、1：2、1：2.5的3d-rgo-agnps-l-pen悬浮液。
57.(4)制备3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极：取步骤(3)制得的混悬液10μl滴涂于电极表面，在红外灯下烘干，即可制得3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极。
58.(5)制备l-/d-苯丙氨酸对映体电极：称取41mg的l-/d-苯丙氨酸置于50ml容量瓶中，加入磷酸盐缓冲液(pbs，ph＝7)溶解定容至刻度，摇匀，将步骤(4)制备的3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极浸泡于对映体溶液中2min中，取出，置于红外灯下烘干，即可制得l-/d-苯丙氨酸对映体电极。
59.(6)电化学法表征手性便面材料的负载情况：采用三电极体系，l-/d-苯丙氨酸对映体电极为工作电极，铂片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在室温下将该三电极体系浸入配制的0.1mk3fe(cn)6溶液中，进行差分脉冲测试。电位范围为-0.2～0.6v，如图6所示。

技术特征：
1.一种可用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极，其特征在于，包括电极和修饰在电极表面的3d-rgo-agnps-l-pen复合物，由3d-rgo-agnps-l-pen混悬液滴涂在电极表面后烘干而得。2.如权利要求1所述的可用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)制备3d-rgo粉末：称取适量go分散于去离子水中，超声；加入l-半胱氨酸置上述溶液中，随后迅速滴加氨水，将混合物置于油浴中加热，冷却至室温后，用去离子水洗涤，离心，得到黑色沉淀，冷冻干燥制得3d-rgo粉末；(2)制备agnps：将适量壳聚糖固体加入冰醋酸溶液中溶解后，在高速机械搅拌下加入抗坏血酸固体，然后油浴加热并逐滴加入新鲜的agno3溶液，反应结束后冷却至室温，离心分离获得乳白色沉淀，再将其分散于水中，得到壳聚糖稳定的agnps溶液；(3)制备3d-rgo-agnps-l-pen复合物：称取适量3d-rgo粉末制得分散液，用1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐和n-羟基琥珀酰亚胺活化羧酸基团后，加入步骤(2)得到的壳聚糖稳定的agnps溶液，搅拌，并加入l-pen，继续搅拌得到3d-rgo-agnps-l-pen复合物；(4)制备3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极：取适量3d-rgo-agnps-l-pen悬浮液滴涂于电极表面，在红外灯下烘干，制得3d-rgo-agnps-l-pen修饰电极。3.根据权利要求2所述的可用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)所述的go与l-半胱氨酸的质量比为1:2。4.根据权利要求2所述的可用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中抗坏血酸固体与壳聚糖的质量比为1:12，agno3溶液的浓度为0.01mol/l。5.根据权利要求2所述的可用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)所述的油浴加热温度为100℃，反应时间为1h；所述的壳聚糖稳定的agnps溶液中，agnps的浓度为2
×
10-5
mol/ml。6.根据权利要求2所述的可用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)所述1-乙基-(3-二甲基氨基丙基)碳化二亚胺盐酸盐和n-羟基琥珀酰亚胺的质量浓度为1.2:1；所述3d-rgo-agnps-l-pen悬浮液中3d-rgo与l-pen的质量比为1:1.5，agnps的浓度为8
×
10-7
mol/ml。7.根据权利要求2所述的可用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极的制备方法，其特征在于，步骤(4)所述3d-rgo-agnps-l-pen在电极表面的滴涂量为10μl。8.如权利要求1所述的可用于电化学手性识别的3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极的应用，其特征在于，用于手性识别l-/d-苯丙氨酸对映体，包括如下步骤：称取一定量的l-/d-苯丙氨酸置于容量瓶中，加入一定量的配制的磷酸盐缓冲液pbs，摇匀得对映体溶液，将3d-rgo-agnps-l-pen复合物修饰电极浸泡于对映体溶液中，取出，置于红外灯下烘干，即可制得l-/d-苯丙氨酸对映体电极；采用三电极体系，l-/d-苯丙氨酸对映体电极为工作电极，铂片电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，在室温下将该三电极体系浸入配制的0.1mk3fe(cn)6溶液中，进行差分
脉冲测试，电位范围为-0.2～0.6v。

技术总结
本发明属于分析化学领域，具体涉及一种用于电化学手性识别的3D-rGO-AgNPs-L-Pen复合物修饰电极及其制备方法和应用，其中制备包括以下步骤：制备三维还原氧化石墨烯(3D-rGO)；制备银纳米粒子(AgNPs)；配制三维还原氧化石墨烯、银纳米粒子、L-青霉胺(3D-rGO-AgNPs-L-Pen)复合物溶液；制备3D-rGO-AgNPs-L-Pen修饰电极，电化学方法识别L-/D-苯丙氨酸对映体。本发明的有益效果是：3D-rGO-AgNPs-L-Pen修饰电极制备简单，成本较低，能够较好的识别对映体。能够较好的识别对映体。


技术研发人员：姜艳 李莎 姚文艳 谢立成
受保护的技术使用者：常州大学
技术研发日：2023.05.26
技术公布日：2023/8/16