电化学手性识别材料的研究与应用
(北京大学化学与分子工程学院,北京 100871)
摘要
手性是指物质分子互成镜像但无法重合的性质,手性对映体在生物体内因不同的手性识别而呈现截然不同的作用,所以手性识别在生命科学、医药、食品及材料等领域均具有十分重要的科学意义。手性电化学传感器由于具有制备简单、检测快速和响应灵敏等优点而引起广泛的关注。手性识别材料是构建手性电化学传感器的基础,因此有关手性识别材料的研究在手性电化学检测中尤为重要。综述了近五年的手性电化学传感器研究进展,详细介绍了多种手性识别材料的具体应用,并对该领域的发展前景进行了展望,旨在为今后手性电化学传感器的设计提供参考。
引言 结论 目录 1 手性识别材料 1.1 碳基材料 用于构建手性电化学传感器的碳基材料主要有碳纳米管、石墨烯纳米片及其他碳基材料。 1.1.1碳纳米管(CNTs) CNTs是一种多孔纳米结构的碳材料,由单层或多层石墨烯片层卷曲而成,由于CNTs具有高导电性、大的比表面积、优异的化学和物理性能,可以用于大规模的电分析应用[2]。 1.1.2石墨烯纳米片(GNs) GNs被定义为一种由碳原子以sp²杂化轨道组成的六边型蜂窝网络结构的二维碳纳米材料,与CNTs类似,具有十分优异的电化学性能。 1.1.3其他碳基材料 除了CNTs和GNs,其他碳材料在电化学手性识别平台中也发挥着重要作用。 1.2 空腔材料 1.2.1 环糊精(CD) 因为CD具备低成本、内腔疏水而表面亲水的特性,再结合其优异的手性识别能力,相较于其他空腔材料,CD分子(主要包括α-、β-和γ-CD)及其衍生物在手性识别中应用非常广泛。然而,由于纯CD分子的导电性较差,通常难以实现有效的电化学手性识别。因此,CD分子需要与其他具有良好电化学性能的材料相结合,才能实现有效的电化学手性识别[21, 22]。 1.2.2 冠醚 冠醚又称大环醚,是含有多个氧原子的大环化合物。Atta等[39]制备了基于GCE的连续两层修饰电极,即含CNTs的离子液晶层和18-冠-6层,该新型手性电化学传感器为Tyr对映体的研究提供了新思路。 1.2.3芳烃 用于手性识别的芳烃主要有杯芳烃和柱芳烃。 1.3 分子印迹材料 1.3.1 分子印迹聚合物(MIP) 分子印迹技术是一种能够定制结合位点的技术。分子印迹聚合物一般是在有模板分子存在的条件下,由功能性单体和交联剂共聚反应而得。 1.3.2 分子印迹纳米材料和分子印迹金属 除了聚合物材料,用于手性电化学研究的印迹材料还有印迹纳米材料和印迹金属。 1.4 手性金属有机框架材料(MOF) 金属有机框架材料(MOF)是一种结构规则有序的多孔材料。 1.5 自组装材料 由于手性识别的重要性,近年来还出现了许多手性小分子自组装膜用于手性识别的研究[72]。 1.6 生物材料 1.6.1 酶 近年来,基于酶的手性电化学传感的研究不断涌现,比如Xia等[77]构建了一种基于功能化MWCNTs与D-氨基酸氧化酶的手性电化学传感器,该传感器对D-丙氨酸的检测限较低。 1.6.2 糖类 Bao等[83]通过羟丙基马铃薯淀粉构建了一种Trp对映异构体电化学手性识别平台。此外,CS不仅具有良好的光学活性和大量的手性位点,而且还具有良好的亲水性和附着力以及易成膜性,因此被广泛应用于电化学手性纳米结构的构建。 1.6.3 氨基酸及其衍生物 近年来,氨基酸及其衍生物作为手性选择剂在手性电化学识别中受到越来越多的关注。 1.6.4 其他生物材料 Yu等[103]构建了一种基于奎宁(QN)的手性传感平台,用于Trp异构体的电化学手性识别。 1.7 高分子聚合物 Dong等[104,105]制备了一对手性3,4-乙基二氧噻吩的衍生物((R)-EDTM或(S)-EDTM),并通过i-t方法将其电沉积于电极表面(形成聚合物(R)-PEDTM或(S)-PEDTM),分别制备了DOPA、Trp和PRO对映体的手性传感器。 1.8 手性离子液体(CILs) Wu等[125, 126]利用CILs结合Cu2+配合作用成功构建了手性电化学传感器。他们还利用离子液体合成的介孔有机硅球((S,S)-CPMO-3)制备了Trp手性传感平台[127]。Longhi等[128]同样利用CILs在有机相中实现了多种手性探针的识别。 1.9 手性金属配合物 Wang等[129]选择聚L-Lys作为手性选择剂进行电极修饰,在Cu2+存在下对Trp对映体进行了基于配体交换机制的手性识别。 1.10 场效应晶体管(FET) 电子器件FET具有集成紧凑、实时分析和快速响应等优点,可以提供理想的传感平台。 1.11 金属纳米材料 在电化学手性传感器中,金属纳米颗粒和碳纳米材料被广泛用于放大信号差异。 2 结语
引用本文:杨洋,朱志伟. 电化学手性识别材料的研究与应用[J].化学试剂, 2021, 43(1): 1-15.