功能化石墨烯分子印迹手性SPR传感器对手性氨基酸的识别及其机理研究

The content of D-amino acids (AAs) in foodstuff is an important indicator of food composition, biological function and food safety. It’s necessary to develop a rapid, sensitive, real-time and online AAs chiral sensor for nutrition analysis and quality control of food. This project aims to construct a chiral surface plasmon resonance (SPR) sensor based on functionalized grapheme-molecularly imprinted polymers composite . The composite is synthesized using L-tryptophan(L-Trp) as template molecule, dopamine as functional monomer and crosslinker, graphene as signal amplification agent functionalized by polydopamine. Then a rapid, sensitive and accurate recognition method for chiral AAs can be achieved. On the basis of real-time investigating recognition differences of kinetics and thermodynamic between sensing film and Trp enantiomers by the chiral sensor, computer-aided molecular simulation technology is employed to analyze the chiral recognition factors affecting selectivity and sensitivity. Then the chiral recognition mechanism is explained from the molecular level.. The completeness of this project will provide a new separation technology for chiral AAs and lay the foundation for systematical analysis and avoiding contaminated diet for consumers. Meanwhile, this work has general reference meaning for small chiral molecular in food, medicine and environment, great scientific significance for enriching and promoting the theory and practice of chiral recognition.

食品中D-氨基酸的含量是反映食品组成、生物功能及安全性的重要指标。发展快捷、灵敏、实时和在线的手性传感器识别手性氨基酸对于食品营养分析和质量控制十分必要。本项目拟以L-色氨酸为模板，多巴胺为功能单体和交联剂，制备分子印迹聚合物，通过聚多巴胺功能化的石墨烯纳米材料增敏，构筑具有手性识别功能的分子印迹SPR传感器，建立手性氨基酸的快速灵敏准确的识别方法。在实时研究传感膜与色氨酸L-和D-型异构体相互作用过程屮识别动力学和热力学差异的基础上，结合计算机分子模拟技术，分析总结影响手性识别选择性和灵敏度的因素，从分子水平上阐释手性识别机理。. 本项目的完成，将为手性氨基酸的识别分离提供新技术，为系统分析和规避消费者饮食奠定基础；对于食品、药品和环境中等诸多小分子手性物质的识别及其识别机制研究具有普遍的借鉴意义，对于丰富和推进手性识别的理论和实践具有重要的科学意义。

手性物质因其理化性质非常相似，给分离分析带来很大挑战。目前，用于氨基酸手性识别研究的常用方法主要包括色谱法和光谱法。以上两类方法分离能力强，但仪器昂贵，样品前处理繁琐，难以实现原位和在线检测，无法直观监测手性识别的动态过程，发展快捷、灵敏、实时和在线的手性传感器具有重要意义。本项目以L-色氨酸（L-Trp）为模板分子，多巴胺作为功能单体和交联剂，并功能化石墨烯，构筑具有手性识别功能的分子印迹SPR传感器，建立手性氨基酸的快速灵敏准确的识别方法。并结合计算机分子模拟技术，从分子水平上阐释手性识别机理。所取得的主要成果为：（1）功能化石墨烯分子印迹聚合物的制备与表征：采用“一锅法”，合成手性功能化石墨烯分子印迹聚合物，优化了聚合物制备条件，并采用采用扫描电镜、红外光谱、拉曼光谱、X 射线衍射等对聚合物进行了表征。（2）分子印迹传感器的构建及分析：分别采用光聚合和热聚合方法制备MIT-SPR传感器芯片，构建了MIT-SPR传感器。SPR分析显示，传感芯片对L-Trp产生的响应值比D-Trp更高。在0.15-2.5 mmol/L的范围内，传感芯片对L-Trp相对于D-Trp具有更好的线性关系（R2=0.99），表现出较好的亲和力。（3）识别机理研究：分子模拟结果表明，色氨酸对映体与多巴胺之间的氢键作用差异为传感器产生手性识别的主要原因，导致经过洗脱后形成的印迹位点无论从空间形状上还是化学键上，都只能与模板分子相匹配，产生特异性识别。本项目的完成，将为手性氨基酸的识别和分离提供新技术，对食品、药品和环境中等诸多小分子手性物质的识别及其识别机制研究具有普遍的借鉴意义，对于丰富和推进手性识别的理论和实践具有重要的科学意义。