本发明属于纳米材料制备和分子识别技术领域，具体涉及一种金@银核壳纳米粒子及其可用于电化学交流阻抗超灵敏手性识别的方法。
背景技术：
手性和手性分析在现代化学和化学技术中具有重要意义，因此开发简单而智能的对映体识别装置已成为生命科学和许多其他相关领域的研究热点。氨基酸是重要的对映体化合物，它的不同构型在生命科学中扮演着不同甚至相反的角色。因此，氨基酸对映体的手性识别在生命科学中具有重要意义。目前，最常见的用于对映体选择性识别的方法主要有色谱法和光谱法，然而这两种方法成本高且耗时长。因此，开发一种低成本、快速且灵敏的手性识别方法显得十分必要。
电化学由于具有成本低、速度快、灵敏度高等优点受到了人们的广泛关注。在过去的几十年中，大多数研究人员都专注于选择手性修饰剂来构建电化学手性传感器，包括壳聚糖、β-环糊精和牛血清白蛋白等。然而，非电活性手性修饰剂会阻碍电极/溶液界面上的电子传输，从而严重影响电化学手性识别的灵敏度。因此，开发新型的电活性手性修饰剂用于超灵敏手性识别就显得十分重要。
近几年来，基于单金属纳米粒子如金纳米粒子和银纳米粒子的本征手性进行比色法手性识别受到了相当多的关注。但是，利用核壳结构的纳米粒子进行电化学手性识别的报道比较少。比色法手性识别是利用目标物选择性地诱导纳米粒子发生聚集，从而导致纳米粒子溶液的颜色和表面等离子共振发生变化。然而，比色法手性识别的主要缺点是其灵敏度差，不能对低浓度的对映异构体进行有效识别。为了克服这个缺点，我们制备了一种金@银核壳纳米粒子，并将其用于电化学交流阻抗超灵敏手性识别对映异构体。
技术实现要素：
本发明的目的是提供一种可用于电化学交流阻抗超灵敏手性识别的金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物的制备方法，实现了对浓度低至0.1nmol/l的色氨酸对映体的超灵敏手性识别。
本发明提供的技术方案如下：
一种金@银核壳纳米粒子，所述金@银核壳纳米粒子的制备方法包括如下步骤：
采用四氯金酸三水合物和柠檬酸钠制备金纳米粒子；将金纳米粒子加热至沸腾，加入柠檬酸钠溶液和硝酸银溶液，制得金@银核壳纳米粒子。
进一步的，制备金纳米粒子包括如下步骤：
将四氯金酸三水合物溶液中加入水并搅拌，将溶液加热至沸腾，加入柠檬酸钠溶液，溶液由浅黄色变为深红色，在高温下继续搅拌，制得金纳米粒子。
进一步的，金@银核壳纳米粒子包括如下步骤：将金纳米粒子溶液加热至沸腾，加入柠檬酸钠溶液和硝酸银溶液，溶液由深红色变为橘黄色，在高温下继续搅拌，即可制得金@银核壳纳米粒子。
本发明还提供上述金@银核壳纳米粒子在电化学交流阻抗超灵敏手性识别中的应用。
一种电化学交流阻抗超灵敏手性识别方法，采用上述金@银核壳纳米粒子，加入色氨酸溶液，静置反应，得到金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物，将金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物滴涂于玻碳电极表面，在红外灯下烘干，制得金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极；将金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极静置于含有铁氰化钾/亚铁氰化钾的氯化钾溶液中，记录金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极的电化学交流阻抗谱图，通过对电化学交流阻抗谱图的比较实现对色氨酸对映体的超灵敏手性识别。
进一步的，若将金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极与金@银核壳纳米粒子修饰电极的电化学交流阻抗谱图进行对比，如果金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极的电荷转移电阻明显增大，差值超过50ω，则所述色氨酸为d-色氨酸；若基本一致，差值不超过10ω，则为l-色氨酸。
进一步的，电化学交流阻抗的频率范围为0.01～106hz，振幅为5mv。
进一步的，红外灯下烘干时间为10～20min。
进一步的，所述含有铁氰化钾/亚铁氰化钾的氯化钾溶液浓度为5mmol/l铁氰化钾/亚铁氰化钾的0.1mol/l氯化钾溶液。
进一步的，所述色氨酸浓度可低至0.1nmol/l。
可用于电化学交流阻抗超灵敏手性识别的金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物的制备方法，步骤如下：
a、制备金纳米粒子：向98ml水中加入1ml四氯金酸三水合物溶液并搅拌，将溶液加热至沸腾，加入1ml柠檬酸钠溶液，溶液由浅黄色变为深红色，在高温下继续搅拌10min，即可制得金纳米粒子；
b、制备金@银核壳纳米粒子：取20ml步骤a制备得到的金纳米粒子于烧杯中，将溶液加热至沸腾，加入1ml柠檬酸钠溶液和20μl硝酸银溶液，溶液由深红色变为橘黄色，在高温下继续搅拌10min，即可制得金@银核壳纳米粒子；
c、制备金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物：取2ml步骤b制备得到的金@银核壳纳米粒子，分别加入0.5ml一定浓度的l-色氨酸和d-色氨酸溶液，室温下静置反应15min，即可制得金@银核壳纳米粒子/l-色氨酸复合物和金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物；
d、制备金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极：用移液枪分别移取步骤c制备得到的金@银核壳纳米粒子/l-色氨酸复合物和金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物滴涂于玻碳电极表面，在红外灯下烘干，即可制得金@银核壳纳米粒子/l-色氨酸复合物修饰电极和金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物修饰电极；
e、电化学交流阻抗超灵敏手性识别色氨酸对映体：将步骤d制备得到的金@银核壳纳米粒子/l-色氨酸复合物修饰电极和金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物修饰电极静置于20～30ml含5mmol/l铁氰化钾/亚铁氰化钾的0.1mol/l氯化钾溶液中，在频率范围为0.01～106hz，振幅为5mv的电化学窗口内分别记录两种金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极的电化学交流阻抗谱图。通过比较电化学交流阻抗谱图上的两种金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极的电荷转移电阻的差异，实现对色氨酸对映体的超灵敏手性识别。
进一步地，步骤a中加入的四氯金酸三水合物溶液的浓度为0.01～0.04mol/l，柠檬酸钠溶液的浓度为0.01～0.13mol/l。
进一步地，步骤b中加入的柠檬酸钠溶液的浓度为0.01～0.13mol/l，硝酸银溶液的浓度为10～90mmol/l。
进一步地，步骤c中加入的l-色氨酸和d-色氨酸溶液的浓度均为0.1～0.19nmol/l。
进一步地，步骤d中移液枪移取的金@银核壳纳米粒子/l-色氨酸复合物和金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物的体积均为1～9μl，红外灯下烘干时间为10～20min。
本发明的有益效果是：
核壳结构的纳米粒子可以提高材料的稳定性并放大电化学信号，本发明采用简便的一锅法合成了可作为电活性手性修饰剂的金@银核壳纳米粒子，进而制备了金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物，制备的金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物可用于超灵敏手性识别色氨酸对映体，对浓度低至0.1nmol/l的色氨酸对映体也能实现有效的电化学交流阻抗识别，这主要归因于电化学交流阻抗法识别可以将手性分子识别行为转化为易于观察且灵敏的阻抗信号。但是，单纯依靠肉眼直接观察的比色法则无法实现对0.1nmol/l的色氨酸对映体的手性识别。因而电化学交流阻抗识别具有更高的灵敏度。
附图说明
下面结合附图对本实验进一步说明。
图1为实施例一中金纳米粒子的透射电镜图。
图2为实施例一中金@银核壳纳米粒子的透射电镜图。
图3为实施例二中金@银核壳纳米粒子修饰电极、金@银核壳纳米粒子/l-色氨酸复合物修饰电极和金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物修饰电极在含5mmol/l铁氰化钾/亚铁氰化钾的0.1mol/l氯化钾溶液中的电化学交流阻抗谱图。
图4为实施例二中金@银核壳纳米粒子、l-色氨酸和d-色氨酸的圆二色谱图。
图5为对比例一中金@银核壳纳米粒子、金@银核壳纳米粒子/l-色氨酸复合物和金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物的紫外-可见吸收光谱图。
具体实施方式
现在结合具体实施例对本发明做进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
现在结合具体实施例对本发明做进一步说明，以下实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定。
实施例一：
金@银核壳纳米粒子的制备包括以下几个步骤：
(1)向98ml水中加入1ml0.025mol/l四氯金酸三水合物溶液并搅拌，将溶液加热至沸腾，加入1ml0.07mol/l柠檬酸钠溶液，溶液由浅黄色变为深红色，在高温下继续搅拌10min，即可制得金纳米粒子。
(2)取20ml步骤(1)制备得到的金纳米粒子于烧杯中，将溶液加热至沸腾，加入1ml0.07mol/l柠檬酸钠溶液和20μl50mmol/l硝酸银溶液，溶液由深红色变为橘黄色，在高温下继续搅拌10min，即可制得金@银核壳纳米粒子。
附图1为金纳米粒子的透射电镜图，从图中可以看出金纳米粒子分散良好，尺寸分布均匀，金纳米粒子的平均粒径约为10nm。附图2为金@银核壳纳米粒子的透射电镜图，从图中可以看出金@银核壳纳米粒子分散良好，金@银核壳纳米粒子的平均粒径约为22nm。通过计算可得出，在金纳米粒子表面形成的银壳层厚度约为6nm。
实施例二：
金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极的制备包括以下几个步骤：
(1)取2ml实施例一制备得到的金@银核壳纳米粒子，分别加入0.5ml0.1nmol/l的l-色氨酸和d-色氨酸溶液，室温下静置反应15min，即可制得金@银核壳纳米粒子/l-色氨酸复合物和金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物。
(2)用移液枪分别移取5μl步骤(1)制备得到的金@银核壳纳米粒子/l-色氨酸复合物和金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物滴涂于玻碳电极表面，在红外灯下烘干15min，即可制得金@银核壳纳米粒子/l-色氨酸复合物修饰电极和金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物修饰电极。
将步骤(2)制备得到的两种金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极静置于25ml含5mmol/l铁氰化钾/亚铁氰化钾的0.1mol/l氯化钾溶液中，在频率范围为0.01～106hz，振幅为5mv的电化学窗口内分别记录这两种金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极的电化学交流阻抗谱图。从附图3中可以看出，金@银核壳纳米粒子修饰电极的电荷转移电阻只有350ω，这主要是由于金@银核壳纳米粒子具有良好的电荷传输能力。与金@银核壳纳米粒子修饰电极相比，金@银核壳纳米粒子/l-色氨酸复合物修饰电极的电荷转移电阻基本保持不变，而金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物修饰电极的电荷转移电阻却明显增大。这主要是因为金@银核壳纳米粒子与d-色氨酸的旋光性相同，但与l-色氨酸相反(附图4)，根据以往报道，若相互作用的两个手性分子旋光方向一致，则这两个手性分子更容易发生作用。因此，在相同的浓度下，d-色氨酸比l-色氨酸更容易与金@银核壳纳米粒子发生结合。众所周知，色氨酸的电荷传输能力要远远弱于金@银核壳纳米粒子，因此铁氰酸根离子/亚铁氰酸根离子电对的电荷转移在金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物修饰电极表面被显著抑制，从而导致显著增大的电荷转移电阻。
对比例一：
采用比色法对低浓度的色氨酸对映体(0.1nmol/l)进行手性识别。先向离心管中先加入2ml实施例一制备得到的金@银核壳纳米粒子，再分别加入0.5ml0.1nmol/l的l-色氨酸和d-色氨酸溶液，室温下静置反应15min，分别测定这三种溶液的紫外-可见吸收光谱，结果如附图5所示。与金@银核壳纳米粒子相比，金@银核壳纳米粒子/l-色氨酸复合物和金@银核壳纳米粒子/d-色氨酸复合物的紫外-可见吸收光谱并没有发生明显变化，都只在395nm和495nm处出现等离子共振吸收峰，并且这三种溶液的颜色仍然是橘黄色。这说明采用比色法无法实现对低浓度的色氨酸对映体(0.1nmol/l)的手性识别，而本发明提出的电化学交流阻抗法却可以实现对低浓度的色氨酸对映体的手性识别，因而具有更高的灵敏度。
1.一种金@银核壳纳米粒子，其特征在于，所述金@银核壳纳米粒子的制备方法包括如下步骤：
采用四氯金酸三水合物和柠檬酸钠制备金纳米粒子；将金纳米粒子加热至沸腾，加入柠檬酸钠溶液和硝酸银溶液，制得金@银核壳纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的金@银核壳纳米粒子，其特征在于，制备金纳米粒子包括如下步骤：
将四氯金酸三水合物溶液中加入水并搅拌，将溶液加热至沸腾，加入柠檬酸钠溶液，溶液由浅黄色变为深红色，在高温下继续搅拌，制得金纳米粒子。
3.根据权利要求1所述的金@银核壳纳米粒子，其特征在于，制备金@银核壳纳米粒子包括如下步骤：将金纳米粒子溶液加热至沸腾，加入柠檬酸钠溶液和硝酸银溶液，溶液由深红色变为橘黄色，在高温下继续搅拌，制得金@银核壳纳米粒子。
4.权利要求1～3任一项所述的金@银核壳纳米粒子在电化学交流阻抗超灵敏手性识别中的应用。
5.一种电化学交流阻抗超灵敏手性识别方法，其特征在于，采用权利要求1所述的金@银核壳纳米粒子，加入色氨酸溶液，静置反应，得到金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物，将金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物滴涂于玻碳电极表面，在红外灯下烘干，制得金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极；将金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极静置于含有铁氰化钾/亚铁氰化钾的氯化钾溶液中，记录金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极的电化学交流阻抗谱图，通过对电化学交流阻抗谱图的比较实现对色氨酸对映体的超灵敏手性识别。
6.根据权利要求5所述的电化学交流阻抗超灵敏手性识别方法，其特征在于，若将金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极与金@银核壳纳米粒子修饰电极的电化学交流阻抗谱图进行对比，如果金@银核壳纳米粒子/色氨酸复合物修饰电极的电荷转移电阻的差值超过50ω，则所述色氨酸为d-色氨酸；若电荷转移电阻的差值不超过10ω，则为l-色氨酸。
7.根据权利要求5所述的电化学交流阻抗超灵敏手性识别方法，其特征在于，电化学交流阻抗的频率范围为0.01～106hz，振幅为5mv。
8.根据权利要求5所述的电化学交流阻抗超灵敏手性识别方法，其特征在于，红外灯下烘干时间为10～20min。
9.根据权利要求5所述的电化学交流阻抗超灵敏手性识别方法，其特征在于，所述含有铁氰化钾/亚铁氰化钾的氯化钾溶液为浓度为5mmol/l铁氰化钾/亚铁氰化钾的0.1mol/l氯化钾溶液。
10.根据权利要求5所述的电化学交流阻抗超灵敏手性识别方法，其特征在于，所述色氨酸浓度大于等于0.1nmol/l。
技术总结