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1、基于巯基-环糊精手性识别多巴对映体研究 郭冬梅 冉佩瑶 王庆红 许娟娟 傅英姿 西南大学化学化工学院 摘 要： 利用氨基化离子液体修饰的氧化石墨烯(IL-r GO)、电沉积纳米金(dp Au)和巯基-环糊精(-CDSH)构建手性传感界面,并采用差分脉冲伏安法(DPV)研究该传感界面对多巴对映体的手性识别。其中,氨基化离子液体修饰的氧化石墨烯和电沉积纳米金能有效促进电子的传递,催化多巴的氧化还原反应;而巯基-环糊精作手性选择剂,识别多巴对映异构体。实验发现,D-多巴在传感界面的电流响应信号明显大于 L-多巴,且峰电流差值达到 88A,说明研制的传感体系与 D-多巴的作用更强。在 1.010-5m
2、ol/L 至 5.010-3mol/L 浓度范围内,D-多巴和L-多巴的峰电流与其浓度呈线性响应,检出限分别为 2.110-6 mol/L 和3.310-6mol/L(S/N=3)。该传感器制备简单、响应快速、检测灵敏,可用于手性化合物的识别研究。关键词： 手性识别; 多巴对映体; 巯基-环糊精; 石墨烯; 电沉积纳米金; 作者简介：傅英姿,E-mail:基金：国家自然科学基金(21272188)资助Study on thiolated -cyclodextrin for enantioselective recognition of DOPA enantiomersGuo Dong-mei
3、Ran Pei-yao Wang Qing-hong Xu Juan-juan Fu Ying-zi School of Chemistry and Chemical Engineering,Southwest University; Abstract： A chiral sensing interface was fabricated by ionic liquid reduced graphene oxide(IL-r GO), electrodeposition of gold nanoparticles(dp Au), and thiolated -cyclodextrin(-CD-S
4、H). Differential pulse voltammetry(DPV)was used to investigated the stereoselectivity of sensing interface to 3,4-dihydroxyphenylalanine(DOPA) enantiomers. Both ionic liquid reduced graphene oxide and gold nanoparticles could facilitate the electron transfer and accelerate the redox process of DOPA.
5、 As a chiral selector, thiolated -cyclodextrin could distinguish between DDOPA and L-DOPA. So a larger peak current of D-DOPA had been obtained on the sensing platform, and the peak current difference was 88 A. The results demonstrated that the sensing interface had a stronger interaction with DDOPA
6、 than L-DOPA. Under the optimum conditions, D-DOPA and L-DOPA presented a detection limit of 2.1mol/L and 3.3 mol/L(S/N=3), with a linear range of 1.010-5mol/L to 5.010-3mol/L. This proposed sensor could be used to discriminate chiral compounds with the advantages of simple operation, rapid detectio
7、n, sensitive response.Keyword： chiral recognition; DOPA enantiomers; thiolated -cyclodextrin; graphene; gold nanoparticles; 0 引言手性是自然界和生物体的基本属性, 酶、蛋白质、DNA 和受体等生物大分子广泛存在于生物体中,构成了庞大且复杂的手性系统。 手性药物进入生物体后,会与体内大分子进行严格的手性匹配,从而导致手性药物对映体的生理活性和药理作用存在显著差异。 大多数情况下,一种对映异构体具有药理活性,而另一种却可能产生副作用,甚至毒性1-3。 例如,作为多巴胺合成前
8、体的 L-多巴常被用于治疗帕金森病,但真正具有治疗作用的却是多巴胺,而多巴胺不能跨越脑屏障进入作用部位,因此只能服用多巴,再由体内的脱羧酶将其催化脱羧释放出多巴胺。 然而脱羧酶仅对 L-多巴具有脱羧作用, 对 D-多巴不具有脱羧作用。 如果服用多巴消旋体,D-多巴将不能被酶代谢,会在体内聚集,从而对人体造成伤害4。因此,发展简单、快速、可靠和实用的手性药物对映体纯度分析和含量检测技术成为医药学和生物学等领域的研究热点。 在众多的手性识别技术中,手性电化学传感器因具有操作简单、灵敏度和选择性高、成本低等优点,受到研究者的广泛关注5。环糊精(cyclodextrin,CDs)作为手性分离和分析中重
9、要的手性选择剂,具有高的分子选择性和对映选择性。 它是由 D-吡喃葡糖糖单元通过 -1,4-糖苷键连接而成的环状低聚糖, 具有外亲水内疏水结构,其疏水空腔可以通过非共价键作用包络与其腔体形状、大小适宜的客体分子,形成主-客体包埋复合物,实现对有机分子、无机分子和生物分子等的识别6-7。 根据 D-吡喃葡糖糖单元个数的不同,环糊精主要有 -环糊精(-CD), -环糊精(-CD)和 -环糊精(-CD)三种类型8, 其中 -CD 在手性识别研究中应用最为广泛。石墨烯(graphene)作为一种新型二维碳纳米材料,具有大的比表面积、优异的导电性能和高的稳定性,近年来在电化学传感器的构建上得到大量应用9
10、-11。然而石墨烯难分散、易团聚的特点限制了其应用,因此得到分散性和稳定性良好的石墨烯溶液, 仍是当今的研究难题之一。 最近, Yang 等12发现了一种用离子液体还原氧化石墨烯的方法,制得了分散性良好和电子传递能力优异的石墨烯衍生物。 离子液体是一种亲水性强、 电子传递能力好的绿色溶剂。 氨基化的吡啶类离子液体具有带正电的官能团, 可以通过氨基的还原作用同氧化石墨烯中的环氧基偶联,在还原氧化石墨烯的同时,引入较强的表面电荷, 极大地改善了石墨烯的分散性, 并加强其电子传递能力。在此,首先通过氨基化离子液体(IL-NH 2)还原氧化石墨烯(GO)制得离子液体修饰的氧化石墨烯复合物(IL-r G
11、O),然后将其滴涂于玻碳电极表面,再电沉积纳米金,最后通过金-硫键结合巯基-环糊精(-CD-SH),构建了一种新型的手性电化学传感器。 该传感器可用于手性分子或手性药物的识别研究或对映体纯度分析。1 实验部分1.1 试剂和仪器L - 多巴 (99% )、D - 多巴 (99% ) 和氯金酸 (HAu Cl 4x H2O, 99.9% ) 均购于阿拉丁试剂公司 (中国, 上海),1-氨丙基-3-甲基咪唑氯盐离子液体(IL-NH2,98% ) 购于上海成捷化学有限公司 (中国,上海 ),氧化石墨烯 (GO)购于南京先锋纳米材料科技有限公司(中国,南京),巯基-环糊精(-CD-SH)购于山东滨州智源
12、生物科技有限公司(中国,山东)。 其余化学试剂均为分析纯,无需进一步纯化即可直接使用。 所有实验用水均为二次蒸馏水。所有电化学测试均在 CHI 620D 电化学工作站(中国,上海辰华)上进行。 标准三电极体系中, 以饱和银/氯化银电极(Ag/Ag Cl)为参比电极,铂丝电极为对电极,玻碳电极为工作电极。1.2IL-rGO 复合物的制备IL-r GO 复合物的制备参照文献 13 : 称取 25 mg GO 分散于 50 m L 蒸馏水中,然后依次加入 50 mg IL-NH2和 50 mg KOH, 超声至分散均匀, 再将该混合溶液于 80 C 搅拌反应 24 h。 最后将所得的石墨烯复合物用乙
13、醇和水离心洗涤数次, 再分散于 50 m L 蒸馏水中。1.3 传感界面的制备裸玻碳电极(GCE,=4mm)分别用 1.0、0.3 和 0.05 m 的 Al2O3抛光粉打磨抛光,依次在乙醇和二次蒸馏水中超声清洗,自然晾干。 随后,在玻碳电极表面滴涂 8 L IL-r GO 分散液, 自然晾干。 然后将电极置于 1% HAu Cl4中恒电位 (电位为 -0.2 V)沉积 180 s,取出并用蒸馏水清洗干净。 最后将电极置于 2.0 mg/m L -CD-SH 溶液中于 4 下浸泡过夜。 测试时,用蒸馏水冲洗掉电极表面物理 吸附的 -CD-SH, 晾干后置 于用 0.25 mol/L 硫酸溶液配
14、制的 D-多巴或 L-多巴中进行 DPV 扫描测试。 电极构建示意图如图 1A 所示。2 结果与讨论2.1 不同修饰电极的电化学特性循环伏安技术(CV)是研究电极表面特性的常用方法,实验中采用其研究了电极修饰过程中电极表面电化学特性的变化。 电化学测试在 5.0 10mol/L Fe (CN)6溶液中进 行 ,扫速为 0.1 V/s。 如图 2 所示,裸 GCE 呈现一对可逆的氧化还原峰(曲线 a)。 滴涂 IL-r GO 后,峰电流响应明显增大,且氧化还原峰不再对称,还原峰电流明显高于氧化峰电流, 这可能是 IL-r GO 带正电所致(曲线 b)。电沉积纳米金后,氧化还原峰电流均明显增加,且
15、氧化还原峰可逆对称(曲线 c),可能是电沉积的纳米金带负电荷,中和了石墨烯表面的正电荷,从而导致氧化还原峰对称可逆。 自组装 -CD-SH 后,氧化还原峰电流显著减小(曲线 d),这是由于 -CD 阻碍电子的传递。图 1 (A)传感界面构建过程图,(B)传感界面和多巴对映体作用示意图, (C) 多巴的氧化还原机理 Fig.1 (A) Fabrication of the sensing platform, (B) Schematic illustration of the interaction between the sensing interface and DOPA enantiomer
16、s, (C) The oxidation-reduction reaction of DOPA图 2 电极修饰过程的 CV 响应:(a) 裸 GCE, (b) ILr GO/GCE, (c) dp Au/IL-r GO/GCE, (d) -CD-SH/dp Au/ IL-r GO/GCE Fig.2 CVs for different electrodes: (a) bare GCE, (b) ILr GO/GCE, (c) dp Au/IL-r GO/GCE, (d) -CD-SH/dp Au/ILr GO/GCE2.2 多巴对映异构体在不同修饰电极上的 DPV 响应采用 DPV 技术研究了 5.010mol/L 多巴溶液(0.25 mol/L H 2SO4溶液配制)在不同修饰电极表面的电化学行为。 如图 3 所示,两种构型的多巴对映体在裸GCE(图 A)和 IL-
