[发明专利]壳聚糖6-OH固载环糊精衍生物的制备方法及其在H2O2检测荧光生物传感器中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种壳聚糖6-OH固载环糊精衍生物的制备方法及其在H₂O₂检测荧光生物传感器中的应用，属于高分子材料的制备与改性领域。

背景技术

壳聚糖由于其来源丰富，价格低廉，易于化学修饰，可与酶结合，具有良好的成膜性、生物相容性、生物可降解性、渗透性、亲水性、机械强度等优异性能，在生物传感器用功能膜材料中具有重要的应用价值。

环糊精具有独特的内疏水、外亲水的空腔结构，是荧光生物传感器检测的重要载体。将具有光化学探针性能的有机小分子在环糊精的疏水性空腔内进行包络，可使探针分子在水溶液中实现均匀分散，而且环糊精与适宜尺寸的荧光探针的匹配可增加荧光发射速度常数，减少分子移动自由度，避免去活碰撞，保持适宜的微环境，并保护激发态不与大体积水分子和猝灭剂接触，可显著增强荧光探针的荧光强度，更有利于对客体分子的检测。

将壳聚糖固载环糊精超分子主体应用于荧光传感器，可将壳聚糖的易成膜、易功能修饰性能以及良好的生物化学性能与环糊精空腔良好的超分子包络作用相结合，发挥各自优势，制备出性能优异的荧光生物传感器。

已有文献报道了在壳聚糖2-NH₂固载环糊精后，利用环糊精的疏水性空腔包结荧光探针用于传感器检测。但对于需要通过组合反应实现荧光检测的传感器响应模式来说，上述壳聚糖2-NH₂固载环糊精衍生物的检测效果将大大降低。如对目前食品、保健品中使用较多的添加剂H₂O₂在进行检测时，需要利用过氧化氢酶与荧光探针的协同作用实现检测，通过H₂O₂在过氧化氢酶的催化作用下，分解产生的·OH进一步氧化一定的荧光探针，从而使其荧光强度发生变化而实现检测。过氧化氢酶容易失活，为了提高其稳定性，需要将其固定在传感器敏感膜中。但当壳聚糖氨基上固载体积较大的环糊精大环化合物时，将产生较大的位阻，影响在壳聚糖氨基上酶的固定，影响酶与待测物的反应，从而影响检测效果。因此，目前有关壳聚糖固载环糊精应用于需要通过组合反应实现荧光检测的传感器未见报道。

在壳聚糖的6-OH定位取代环糊精，同时保留其2-NH₂，可制得性能优异的壳聚糖固载环糊精衍生物。对具有此结构的衍生物，可利用壳聚糖骨架上的2-NH₂固定生物酶，利用环糊精的疏水性空腔包结、稳定、增敏荧光探针，将催化分解与荧光响应在同一功能分子上实现，显著提高响应效果及测试稳定性。

但目前文献所报道的固载方法均存在一定的缺陷，环糊精的固载效率不高，均小于50μmol·g^-1。环糊精固载率较低时，固载的疏水性空腔难以包埋足够的荧光探针，导致荧光响应性能变差。

专利CN201110441171.4提出了一种通过点击化学反应制备具有高固载率的壳聚糖6-OH定位固载环糊精衍生物的制备方法。该方法的反应方程式为：

采用该方法制备的产物的环糊精固载率可达到210μmol·g^-1以上，壳聚糖2-NH₂具有较好的保留，保留程度可达到95％。但采用该方法制备的衍生物在水中的溶解性能有限，在有机溶剂中很难溶解，限制了其进一步应用。

发明内容

本发明的目的是通过对具有高固载率的壳聚糖6-OH定位固载环糊精衍生物的制备方法进行改进，提高衍生物在水和部分有机溶剂中的溶解性能，并进一步利用固载的环糊精疏水性空腔对荧光探针的包结作用，结合壳聚糖2-NH₂固定过氧化氢酶的优异性能，将获得的壳聚糖6-OH固载环糊精衍生物应用于H₂O₂检测的荧光生物传感器，实现对H₂O₂的稳定、快速、高效检测。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明以邻苯二甲酸酐保护壳聚糖2-NH₂，通过点击化学反应在其6-OH位置固载环糊精后，再以水合肼脱除壳聚糖2-NH₂的保护，制得在水和部分有机溶剂中具有良好溶解性的，具有高固载率的壳聚糖6-OH定位固载环糊精衍生物。

将通过本发明制得的壳聚糖6-OH固载环糊精衍生物中的环糊精疏水性空腔中固载荧光探针，壳聚糖吡喃环的2-NH₂固载过氧化氢酶后，应用于对H₂O₂含量检测用的荧光生物传感器。