黃 露， 陳毅挺， 李艷霞， 劉四杰

(閩江學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程系，福建福州 350108)

由于手性物質(zhì)的兩個對映體通常具有不同的生物活性，手性分析引起了人們越來越多的關(guān)注。當前，用于手性識別或拆分的方法，主要包括液相色譜、氣相色譜、毛細管電泳、電化學(xué)等。然而，上述方法大多耗時、成本高，不能用于食品安全、環(huán)境等領(lǐng)域的實時、實地檢測。因此，開發(fā)新的快速、高效、靈敏的手性識別方法對于藥學(xué)、農(nóng)學(xué)、環(huán)境和食品等科學(xué)領(lǐng)域研究都具有十分重要的意義。

金納米粒子，由于其穩(wěn)定性好、合成方法簡單、消光系數(shù)高、表面等離子共振強等，其在手性識別和拆分領(lǐng)域的研究越來越多。例如，金納米粒子制備的手性固定相被用于液相色譜[1,2]、毛細管電泳[3]和微流控芯片[4,5]手性拆分藥物對映體；β- 環(huán)糊精修飾的金納米粒子作為假固定相或是涂層固定相被用于毛細管電泳手性拆分藥物對映體[6,7]；N-乙酰-L-半胱氨酸[8]、半胱氨酸[9 - 11]修飾的金納米粒子被用于手性化合物的光度手性識別；金納米粒子修飾在電極表明上可用于手性化合物的電化學(xué)手性識別[12 - 15]。

對于手性識別，關(guān)鍵在于構(gòu)建手性納米材料。而創(chuàng)建手性最普遍和有效的方法就是將手性分子修飾到納米材料表面。本文將手性離子液體1-乙基-3-甲基咪唑L-酒石酸鹽(EMIML-Tar)作為修飾劑，氯金酸為原料，硼氫化鈉為還原劑，采用化學(xué)還原法合成了金納米粒子。并以酪氨酸(Tyr)對映體作為對象，研究了酪氨酸對映體與金納米粒子相互作用后的光譜行為，建立了一種手性識別Tyr對映體的新方法。

1 實驗部分

1.1 主要儀器和試劑

UV2450紫外-可見分光光度計(島津儀器蘇州有限公司)；TECNAI G2F20場發(fā)射透射電子顯微鏡(美國，F(xiàn)EI公司)；iS5紅外光譜儀(美國，尼高力公司)；pHS-3C臺式pH計(上海儀電科學(xué)儀器股份有限公司)；HX50照相機(索尼)。

D -Tyr和L-Tyr(純度99%，上海源葉生物科技有限公司)；1-乙基-3-甲基咪唑L-酒石酸鹽(EMIML-Tar)(純度99%，上海成捷化學(xué)有限公司)；硼氫化鈉、氯金酸(分析純，國藥集團化學(xué)試劑有限公司)；其他試劑均為分析純。

1.2 手性離子液體修飾金納米粒子的制備

將配制好1%氯金酸、1.0×10-3mol/L EMIML-Tar母液，放于冰箱中冷藏待用。采用化學(xué)還原方法合成納米金。首先移取0.4 mL 1%氯金酸于250 mL的燒杯中，然后加入99.4 mL的純凈水，接著加入0.1 mL 1.0×10-3mol/L EMIML-Tar，室溫下磁力攪拌20 min，加入新鮮冰水配制的0.3 mol/L硼氫化鈉0.1 mL，從而得到EMIML-Tar修飾的金納米粒子(EMIML-Tar-AuNPs)。從紅外光譜圖(圖略)可見，修飾后的金納米粒子在1 625 cm-1處出現(xiàn)C=C特征吸收峰，1 542 cm-1處出現(xiàn)C=N特征吸收峰，說明EMIML-Tar已被修飾到金納米粒子上。

1.3 D -Tyr和L-Tyr的手性識別

分別配制濃度為2.5、6.25、12.5、18.8、25.0、62.5、125、188、250 μmol/L的D -Tyr和L-Tyr溶液。依次取0.5 mL配制好的上述溶液加到1.5 mL EMIML-Tar-AuNPs膠體中，放置10 min后，通過紫外-可見分光光度計研究各組膠體最大吸收波長變化，結(jié)合膠體顏色實現(xiàn)對D -Tyr和L-Tyr的選擇性手性識別。

2 結(jié)果與討論

2.1 EMIML-Tar-AuNPs表征

圖1A為EMIML-Tar-AuNPs的透射電鏡(TEM)圖。從圖中可以看出，EMIML-Tar-AuNPs呈較規(guī)則的球形，分散均勻。圖1B給出了隨機選取100個EMIML-Tar-AuNPs的粒徑分布圖。從圖中可以看出，EMIML-Tar-AuNPs的粒徑主要集中在5.5～7.5 nm之間，平均粒徑約為6.5 nm。

2.2 紫外-可見吸收光譜分析

將1.25 mmol/L D -Tyr和L-Tyr加入到EMIML-Tar-AuNPs膠體中，觀察膠體顏色并進行紫外可見分光光度分析(圖2)。從圖中可以看出，EMIML-Tar-AuNPs膠體中加入D -Tyr后，膠體顏色幾乎沒有變化，而加入L-Tyr后，膠體顏色從初始的紅色轉(zhuǎn)變成藍紫色。同時，通過紫外可見分光光譜可以看到，L-Tyr的加入使得納米金膠體的波峰發(fā)生明顯展寬及紅移，而加入D -Tyr時，波峰紅移和展寬現(xiàn)象不明顯。這說明了EMIML-Tar-AuNPs對D -Tyr和L-Tyr的響應(yīng)具有明顯的不同。

圖1 EMIML-Tar-AuNPs的TEM圖(A)和粒徑分布圖(B)Fig.1 The TEM image(A) and size distribution(B) of EMIML-Tar-AuNPs

圖2 添加D -Tyr或L-Tyr的EMIML-Tar-AuNPs的顏色圖及紫外可見光譜圖Fig.2 Photographs and UV-Vis spectra of EMIML-Tar-AuNPs in the presence of D -Tyr or L-Tyr experimental conditions:1.5 mL EMIML-Tar-AuNPs added with 0.5 mL 1.25 mmol/L D -Tyr or L-Tyr.

圖3A和3B分別給出了不同濃度的D -Tyr和L-Tyr與EMIML-Tar-AuNPs相互作用后的紫外-可見光譜圖。從圖中可以看出，加入D -Tyr后，膠體紫外-可見光譜圖在520 nm附近會出現(xiàn)最大吸收峰，峰值吸光度在0.2上下波動，波峰較窄，且沒有展寬的趨勢；與加入D -Tyr相比，加入同濃度的L-Tyr之后，膠體的最大吸收峰值變化不大，但是它的峰寬較寬，光譜圖擴展趨勢明顯。

圖3 不同濃度D -Tyr(A)和L-Tyr(B)與EMIML-Tar-AuNPs混合后的紫外-可見光譜圖Fig.3 UV-Vis spectra of EMIML-Tar-AuNPs mixed with D -Tyr and L-Tyr of different concentrations experimental conditions:2.5，6.25，12.5，18.8，25，62.5，125，188，250 μmol/L.

由于EMIML-Tar-AuNPs膠體的最大吸收峰在520 nm，而加入D -Tyr和L-Tyr后，膠體的紫外光譜圖在650 nm處呈現(xiàn)出明顯差異性，因而實驗用650 nm和520 nm的吸光度比值來衡量EMIML-Tar-AuNPs的性能。從圖4中可以看出，加入L-Tyr的膠體在650 nm和520 nm處的吸光度比值明顯高于加入同濃度D -Tyr的膠體。另外，隨著L-Tyr濃度的增大，A650/A520首先小幅度減小，到18.8 μmol/L后，A650/A520開始大幅度增加；而D -Tyr各濃度的A650/A520數(shù)值變化不大。該結(jié)果進一步證實了利用EMIML-Tar-AuNPs能夠?qū) -Tyr和L-Tyr進行手性識別。

另外，濃度在15～150 μmol/L和150～1 500 μmol/L范圍內(nèi)，其濃度對數(shù)值與A650/A520比值存在線性關(guān)系，其線性方程分別為：A650/A520=0.1919lgc+1.2941(R2=0.9924)，A650/A520=0.6433lgc+3.051(R2=0.9964)。

2.3 TEM分析

圖5給出了EMIML-Tar-AuNPs膠體中加入D -Tyr和L-Tyr后的TEM圖。由圖5A和圖1A對比可知，加入D -Tyr后，TEM圖無較大變化，納米金粒子分散情況好，無團聚；而圖5B中，納米金粒子間相互靠攏，出現(xiàn)較大顆粒，有團聚現(xiàn)象。這表明L-Tyr可使納米金粒子發(fā)生團聚。

圖4 A650/A520與2.5～250 μmol/L D -Tyr和L-Tyr的濃度對數(shù)圖Fig.4 The plot of A650/A520 versus logarithm of D -Tyr and L-Tyr concentration over the range of 2.5 to 250 μmol/L

圖5 經(jīng)過D -Tyr(A)和L-Tyr(B)處理后的EMIML-Tar-AuNPs的TEM圖Fig.5 TEM images of EMIML-Tar-AuNPs after treatment with D -Tyr(A) and L-Tyr(B) experimental conditions as shown in Fig.3.

綜上所述，金膠體的顏色變化主要是L-Tyr引發(fā)的納米粒子間的團聚所造成(從TEM圖中可以得到證實)。本實驗的手性選擇性主要依賴于EMIML-Tar-AuNPs與L-Tyr在分子水平上發(fā)生的化學(xué)相互作用。在簡單的雙分子體系中，三點接觸模型是手性識別當中最常用到的。因此，參照三點接觸模型提出了EMIML-Tar-AuNPs與L-Tyr可能的相互作用模式：L-Tyr通過羧基、氨基和羥基與EMIML-Tar發(fā)生靜電和氫鍵相互作用，從而導(dǎo)致金納米粒子的團聚。手性選擇性可能是由于L-Tyr的結(jié)構(gòu)比D -Tyr的結(jié)構(gòu)更易于與EMIML-Tar發(fā)生相互作用造成的。

3 結(jié)論

本文利用EMIML-Tar修飾的納米金溶液對D-和L-酪氨酸進行手性識別。實驗對合成納米金條件進行了優(yōu)化，并在最佳條件下，對系列濃度D-和L-酪氨酸標準溶液，以及混合D-和L-酪氨酸溶液進行紫外-可見分光光度分析。實驗結(jié)果表明，EMIML-Tar修飾的納米金溶液可以較好地對D-和L-酪氨酸進行手性識別，該方法靈敏度高、測定時間短，有望用于其他藥物對映體的手性識別。