用于功能手性分子识别的传感器研究

论文题目: 用于功能手性分子识别的传感器研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 分析化学

作者: 尹秀丽

导师: 孔继烈

关键词: 手性识别,配体交换,电化学,氨基酸,光学活性聚苯胺,自组装

文献来源: 复旦大学

发表年度: 2005

论文摘要: 分子识别是自然界一切生命现象的共同基础。其中，手性识别是一种特殊的分子识别，它不仅是生物体内分子识别的基本模式，也是生物和化学领域中研究的热点。对于手性识别有更充分的认识和了解，不仅可以帮助我们了解许多重要的生命过程，手性药物和生物酶的作用机理，而且对于不对称合成、对映体的拆分和检测、新药研发等均具有十分重要的科学意义和实际应用价值。本文主要针对氨基酸手性识别的新方法进行了研究，建立了几种有效的识别体系，并从定性和定量的角度对不同的体系进行了一系列具有原始创新性的研究工作，并取得了比较有意义的研究成果。全文分四章，主要内容为：第一章对手性识别的重要性及其在手性识别研究中已报道的体系进行了较为全面和系统的综述。文献检索表明，在自然界以及生命体中蕴藏着大量的手性分子，手性的研究在生命科学、制药以及材料科学中起着重要的作用。自从人们认识到手性识别的重要性，就已经开始对其进行探索。手性识别按照所研究的体系不同，可以大致分为五种：（1）主客体体系。这些主客体体系的研究主要包括一些大环状和笼状分子（如环糊精、杯芳烃、冠醚、多糖、胍盐类受体、甾族类受体等，通常被人们称为手性选择剂）与小分子之间的弱相互作用、抗原抗体的特异性识别、人工受体与底物之间的相互作用。在此对环糊精类、杯芳烃类、冠醚类、卟啉类等人工受体对氨基酸的手性识别研究进行了详细的综述，并对分子印迹聚合物用于手性识别也作了较为详细的论述。（2）超分子体系用于手性的识别与放大。在这一部分中介绍了两种用于手性识别的受体，一种是诱导类型的受体，它没有手性，但是易变形，结合特异性的手性客体以后，手性就会传到受体上。另一种固有手性受体，这种受体的对映体的混合物在手性客体存在的情况下，以对映体混合物存在的平衡状态会被打破，而形成以一种对映态为主的非对映异构体。（3）聚合物用于手性识别与放大。介绍了螺旋聚合物在该领域的最新动态。（4）利用金属复合物进行手性识别与分离。介绍了镧系金属复合物和过渡金属复合物用于手性识别的情况。（5）表面手性。通过在金属表面吸附手性或非手性分子和特殊的金属表面处理而获得手性表面，应用高级的显微技术及相关的表面分析技术来表达。第二章建立了基于氨基酸-Cu自组装膜的电化学手性识别新方法。通过金表面自组装N-乙酰基-L-半胱氨酸，在该自组装膜上与Cu2+形成三元配合物，然后利用配体交换对手性组氨酸、色氨酸、苯丙氨酸和青霉胺进行了识别，识别过程中使用方波伏安、交流阻抗、圆二色谱、核磁共振、X-ray光电子能谱和量子化学计算等多种方法对研究内容进行测定、表征和验证。实验结果表明，在这些氨基酸的识别过程中，N-乙酰基-L-半胱氨酸在电极上与Cu2+形成的三元复合物对侧链为链状的氨基酸没有识别作用，所以在识别过程中Cu-π弱相互作用起着重要的作用。在进行苯丙氨酸识别的过程中，在电极上形成混合的三元复合物—非对映异构体以后，非对映异构体表现在方波伏安上的电位差异为32mV。同时我们使用量子化学中UB3LYP方法计算了手性底物与表面自组装膜发生配体交换的立体效应，用该方法获得的两者理论能量差异值为3.5KJ／mol，该能量值与我们实验所测量得到的电位差所对应的能量差相当。因此该方法为设计新型电化学手性探针提供了理论依据。此外，我们发现，当用青霉胺组装在电极上对含有苯环的氨基酸进行识别时，没有发现手性识别作用，所以N-乙酰基-L-半胱氨酸分子中的乙酰基在识别过程中也起着一定的作用。因此，在利用金属配合物的性质进行手性识别时，分子间或分子内的弱相互作用是进行识别的一个必要条件。第三章通过制备手性聚苯胺膜传感器对苯丙氨酸进行了手性识别，并研制了基于不同构型的两种苯丙氨酸手性传感器。首先用电化学和化学两种合成方法合成了光学活性的聚苯胺，并对合成的聚苯胺进行了透射电镜和圆二色谱的表征。鉴于电化学合成法速度较慢，故使用化学合成法合成的光学活性的聚苯胺修饰玻碳电极。研究发现，（-）聚苯胺传感器可以有效地识别L-苯丙氨酸，表现为它对L-苯丙氨酸的响应斜率为59mV／dec，对D-苯丙氨酸的响应斜率为35mV／dec；（+）聚苯胺传感器可以有效的识别D-苯丙氨酸表现在它对D-苯丙氨酸的响应斜率为61mV／dec，对L-苯丙氨酸的响应斜率为31mV／dec。以（-）聚苯胺传感器为例，对该传感器的其它性质进行了详细的研究。该传感器的线性范围为2.0×10-3至1.8×10-2M，检测限为5.0×10-6M，对映选择性系数为0.23。对苯丙氨酸异构体混合物响应斜率则介于35～59mV／dec之间，这些斜率与对映体的混合物的比例之间的关系，可以作为对映体混合物纯度的一个定性分析指数。本章还研究了溶液pH、介质、电极表面覆盖度等因素对该传感器的影响以及传感器的选择性和稳定性等。第四章采用自组装的方法将牛血清白蛋白（BSA）固定在电极上，使用电位阶跃通过测定膜电容直接检测氨基酸。虽然电位阶跃法相对比较灵敏，而且测试速度也比较快，然而氨基酸这样的小分子结合在BSA上以后相对于BSA这样的大分子而言，它对膜的厚度的影响是微不足道的，因此也不会使膜电容有很大的变化。实验结果表明，这种方法直接用来识别氨基酸是不可取的。根据实验失败的原因提出了两个解决问题的方案：一是制备色氨酸保护的纳米金，使氨基酸分子“变大”，希望可以能够使用电容法在电极上实现大分子对小分子的检测。另一个方案是将氨基酸进行荧光化衍生，测定氨基酸的衍生物和BSA之间的相互作用。

论文目录:

摘要

Abstract

第一章前言

1.1 手性和手性化合物

1.1.1 手性的定义

1.1.2 手性的级别

1.2 手性识别

1.2.1 手性识别及其重要性

1.2.2 手性识别研究的进展及现状

1.2.3 手性识别的一般性原理

1.3 本论文研究的目的及意义

参考文献

第二章金属鳌合物自组装膜测定氨基酸的绝对构型

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 仪器和试剂

2.2.2 手性电极的制备

2.3 手性识别过程及手性识别结果

2.3.1 实验装置

2.3.2 N-乙酰基-L-半胱氨酸在金电极上的组装

2.3.3 Cu(NAC)_2 自组装膜对苯丙氨酸的手性识别

2.3.4 Cu(NAC)_2 自组装膜对组氨酸的手性识别

2.3.5 Cu(NAC)_2 自组装膜对色氨酸的手性识别

2.3.6 Cu(NAC)_2 自组装膜对脯氨酸和青霉胺的手性识别

2.4 手性识别机理

2.5 本章小结

参考文献

第三章手性聚苯胺对苯丙氨酸的手性识别研究

3.1 引言

3.2 仪器与试剂

3.3 手性聚苯胺的合成

3.3.1 电化学法合成手性聚苯胺纳米线

3.3.2 水—油界面法合成手性聚苯胺

3.4 构建手性识别传感器

3.4.1 传感器的制备

3.4.2 开路电位测量

3.5 实验结果与讨论

3.5.1 手性聚苯胺的表征

3.5.2 开路电位的测量结果

3.6 本章小结

参考文献

第四章牛血清白蛋白对氨基酸手性识别的初步研究

4.1 引言

4.2 基于金电极组装技术构建的电容型手性识别传感器

4.2.1 仪器与试剂

4.2.2 BSA传感器的组装过程及其表征

4.2.3 基于电位阶跃方法的实验测定原理

4.2.4 实验结果与讨论

4.3 本章小结

参考文献

结论

发表和待发表文章

致谢

发布时间: 2007-06-27

参考文献

[1].基于微纳纤维结构的钯基低浓度氢气传感器研究[D]. 陈然.浙江大学2016
[2].智能假肢的柔性触觉传感器研究[D]. 程晓颖.浙江大学2016
[3].新型光纤布拉格光栅传感器研究[D]. 冯定一.西北大学2016
[4].集成光学电磁场传感器研究[D]. 孙豹.电子科技大学2010
[5].基于钯基低维纳米结构增敏的光纤氢气传感器研究[D]. 宋涵.华中科技大学2016

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