[发明专利]三维石墨烯纳米复合材料的制备及手性识别色氨酸的方法

说明书

本发明提供了三维石墨烯纳米复合材料的制备及手性识别色氨酸的方法。所述复合材料的制备，是先由微波法合成三维石墨烯(3D‑G)，再将3D‑G与羟丙基‑β‑环糊精(HP‑β‑CD)通过酯化反应脱水缩合制得复合材料(3D‑G/HP‑β‑CD)。该复合材料可借助环糊精的手性空腔结构和三维石墨烯优良的电化学性能，来实现对手性分子的电化学识别，构建手性识别传感器。色氨酸(Trp)作为手性氨基酸，它的两个对映异构体D‑Trp和L‑Trp在3D‑G/HP‑β‑CD纳米复合材料的存在下呈现显著不同的手性包合差异。本发明利用3D‑G/HP‑β‑CD的手性识别作用,提供了一种简单、快速手性识别色氨酸的方法。

技术领域

本发明涉及纳米材料手性识别领域，具体涉及一种三维石墨烯纳米复合材料的制备及其手性识别色氨酸的方法。

背景技术

色氨酸作为人体的必需氨基酸，有D型和L型两个对映异构体之分，且它们的生理活性和药理作用有明显的差异。L-色氨酸只能从食物中摄取，可预防抑郁症，改善睡眠和调节情绪等，在人和动物的成长和代谢过程中起着不可或缺的作用。而D-色氨酸在人体中几乎无代谢，但对某些动物具有营养价值，可作为甜味剂、植物生长素的合成原料，且具有特殊的药物作用。因此对色氨酸对映异构体的手性识别变得至关重要。对色氨酸的手性识别研究，主要采用高效液相色谱、毛细管电泳和荧光光谱等方法，这些方法存在分析时间长、过程复杂繁琐、仪器昂贵、灵敏度较低等缺点。

传统的二维石墨烯基复合材料，具有一系列优异的物理化学性能(如大的比表面积)，以及良好的电学性能(如电子导电性强)。虽然其在电化学传感器等方面有着广泛的应用，但它的水溶性差。而β-环糊精作为一种腔内疏水、腔外亲水的环状低聚糖，由于其特殊的手性空腔结构使其在水溶液中可以手性识别对映异构体。因此在二维石墨烯表面负载β-CD后，不仅提高了水溶性和对手性分子的识别能力，而且增强了电化学性能，但是识别效果不是很显著。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种三维石墨烯纳米复合材料的制备及其手性识别色氨酸的方法，解决现有技术存在的识别时间长且复杂繁琐、成本高、灵敏度低和识别效果不明显等的技术问题。

本发明提供的一种三维石墨烯纳米复合材料的制备方法，其中：包括以下步骤：

1)三维石墨烯(3D-G)的制备：

将30-50mg氧化石墨烯在15-25mL去离子水中超声处理0.5-1小时(优选1小时)制得氧化石墨烯分散液，然后将其置于容器中；

将70-90mg L-半胱氨酸溶解于氧化石墨烯分散液中，然后滴加400-600μL浓氨水(优选 25％)，并搅拌均匀；

最后将上述反应物放于微波炉中反应3-7分钟(优选5分钟)，得到黑色悬浮液；冷却至室温后，对黑色悬浮液进行抽滤，抽滤的过程中用去离子水反复洗涤，冷冻干燥20-30小时 (优选24小时)，得到3D石墨烯粉末；

2)三维石墨烯纳米复合材料(3D-G/HP-β-CD)的制备：

首先将10-30mg步骤1中所获得的3D石墨烯粉末在10-30mL去离子水中超声处理20-40 分钟(优选30分钟)，待其完全分散后，加入22-24mg 1-乙基(3-二甲基氨基丙基)碳二亚胺盐酸盐和13-15mg N-羟基琥珀酰亚胺，在室温下机械搅拌2-4小时(优选3小时)；所述机械搅拌速度800r/min；

然后在上述反应完的溶液中加400-800mg HP-β-CD(购于西安德力生物化工有限公司)，使混合液在50-70℃(优选65℃)下机械搅拌2-4小时(优选3小时)，得到黑色悬浮液；冷却至室温后，进行抽滤，并用去离子水反复洗涤，最后冷冻干燥20-30小时(优选24小时)，得到黑色3D-G/HP-β-CD粉末。