[发明专利]一种氨基酸对映体的光电催化手性识别方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料、光电化学分析与手性生物分子识别技术领域，尤其是涉及一种氨基酸对映体的光电催化手性识别方法。

背景技术

手性是自然界的本质属性之一，自然界中许多构成生命体的生物分子，如氨基酸、蛋白质、多糖、核酸和酶等，大多是手性的。很多化学物质包括一些人工合成的氨基酸、药物和农药也都具有手性结构，而且往往以外消旋体形式出现。在非手性环境中，手性对映体的物理化学性质几乎相同，可以看作是同一物质。但是在手性环境中，特别是手性化合物相互作用时，手性对映异构体往往表现出不同的特性，有时甚至表现出截然相反的性质，可以认为是两种不同化学性质的物质。

在众多的手性物质中，氨基酸是最常见也最基础的手性对映体。在生命体系中， L-氨基酸是构成蛋白质的一种基本单元，而D-氨基酸很少参与蛋白质的构成，甚至会对生命体系产生一些副作用。不仅手性物质的生物效应，如致畸、致癌、致突变、内分泌干扰活性等会呈现出手性选择性，事实上，手性选择性在生命过程和自然界演变中普遍存在，如氨基酸的一种异构体可能会优先被生物摄取吸收并在生物体内代谢转化。因此，进行氨基酸手性识别及其对映体选择性检测的研究，在生命、环境、农药、材料等领域中均具有重要的理论和实际研究意义。 

光电化学方法由于具有简单、快速、准确、易于实时在线检测等特点，特别是采用TiO₂、ZnO等各种氧化物半导体作为催化剂的光电检测方法，一直备受青睐。光电催化氧化方法主要是通过电极表面产生具有强氧化能力的羟基自由基将底物进行氧化降解，具有快速高效、氧化较彻底等优点。但是，也正是因为如此，反应的选择性差，往往较难实现混合体系中不同底物的选择性光电催化氧化以及进一步的选择性光电检测。因此，如何实现有机物的选择性催化氧化也是目前光电催化研究领域中一个重要的前沿问题和技术难点。近年来众多科学家们尝试通过对催化剂表面进行修饰或改性以攻克光电催化氧化技术缺乏选择性这一难题。例如，结合分子印迹技术，通过在印迹材料制备过程中添加目标物质作为模板分子可以获得对目标分子具有选择性识别能力的识别位点；将它和光电催化氧化相结合，可以有效改善光电催化的选择性氧化的能力。除了采用传统的有机聚合物作为印迹材料外，更多的人致力于研究直接在无机光催化剂上构筑印迹位点。但是常见的无机光催化剂（TiO₂、ZnO）通常以无序纳米膜或颗粒的形式存在，表面往往凹凸不平，三维起伏；而且TiO₂光催化剂往往为锐钛矿和金红石混合晶型、多晶结构生长。在其表面直接制备目标污染物的识别位点对于印迹表达的重现性可能会造成一定影响。而且，手性污染物的对映体分子量和大小完全相同，仅存在空间结构的差异，这对于构筑具有手性识别功能的选择性光电催化剂是一个很大的挑战。我们认为，如果从这两方面对无机光催化剂进行改善，能够很大地提高其选择性，有望实现手性氨基酸的光电识别和选择性检测。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷，通过直接在单晶ZnO表面构筑手性氨基酸的印迹位点来提供一种简单易行、选择性好，检测灵敏度高、重现性好、适用范围广的氨基酸对映体的光电催化手性识别方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

氨基酸对映体的光电催化手性识别方法，选用手性对映体L-苯丙氨酸和D-苯丙氨酸作为识别对象，配置一定浓度的L-苯丙氨酸和D-苯丙氨酸对映体溶液，分别加入0.1M Na₂SO₄电解液中，搅拌10分钟，静置，并采用i-t曲线的方法，在0.5mW紫外光照射下，施加偏压0.6V，测定光电流的响应，并用模板对映体L和干扰对映体D-苯丙氨酸的光电流增加率的比值来说明该电极在单一体系中对其目标手性物质的选择性；同时地，采用该电极检测在加入模板对映体L后再加入D-苯丙氨酸引起的干扰光电流，以说明该电极在混合体系中对手性对映体的识别能力。

所述的光阳极在混合体系中手性光电催化识别是在分别加入的不同浓度的L-苯丙氨酸到电解液中，测得相应的光电流响应，再分别加入0.5、1、10、20、50、100倍数的干扰对映体D-苯丙氨酸到电解液中检测其引起的干扰光电流响应。

采用手性印迹功能化的光阳极的光电检测方法，分别将配制的不同浓度的待测物质L和D-苯丙氨酸的标准溶液，依次分别加入到电解池中作为电解液，搅拌10分钟后，静置后测定光电流，根据光电流与标准溶液浓度的线性关系绘制工作曲线。