基于碳纳米管的手性电化学传感器研究与应用

The study of chiral recognition of enantiomers are playing an increasingly important role in chemical biology and pharmacology significance. According to the Hamada nomenclature, n and m are two integers that decide the characteristics of a tube. The chiral single walled carbon nanotubes (SWCNTs) can be prepared by rolling up a graphite sheet into a seamless tube under the condition of the roll-up index being n≠m≠0, and its chiroptical activity owing to kink sites has been observed. In some cases, multi-walled carbon nanotubes also show chirality. However, the field of enantioselective recognition directly using inherently chiral SWCNTs remains unexplored. This proposal aims to develop a series of carbon nanotubes based chiral electrochemical sensors, with the help of the inherent chirality of CNTs, or the interaction between nanoparticles and CNTs, or various electrochemical techniques. The recognition mechanism of CNTs including the possible scientific laws between integers and recognized molecules will be expected to be revealed. Additionally, this study may provide scientific basis for the development of universal chiral electrochemical sensor, with the scientific significance and application in extending the research field of CNTs and exploring the novel functions of CNTs.

对手性物质进行识别研究在化学生物学及药学等领域具有重要的意义。碳纳米管（CNTs）可看作是由石墨片卷成的圆柱体，依据Hamada命名规则，其不同的结构形态由参数(n,m)来确定，n≠m≠0时的单壁碳纳米管可表现出手性，而某些情况下得到的多壁碳纳米管也可能具有手性。鉴于CNTs目前在手性电化学传感器研究中的配角地位及其在手性识别方面潜在的应用价值，本项目提出以CNTs为中心，以电化学传感器构建和手性识别为基本点，通过手性CNTs本身，或CNTs与其他材料相复合，或选择合适的电化学检测手段来构建出一系列基于CNTs原生手性的手性电化学传感器，深入研究手性CNTs的识别机理，探寻手性指数与识别对象（手性药物等）间的科学规律，为发展对手性化合物具有普适性识别的电化学传感器提供科学依据。本项目研究在进一步拓展CNTs的研究领域、深入挖掘手性CNTs的新功能方面具备重要的科学意义和应用价值。

对手性物质进行识别研究在化学生物学及药学等领域具有重要的意义。在各种手性识别方法中，电化学传感因其简单经济、高效快捷等优点而备受关注，但传感器的识别空间十分有限，这也是手性电化学传感发展的瓶颈，因此亟需提高电化学手性识别效率。本项目以手性单壁碳纳米管（SWCNTs）为中心，以电化学传感器的构建和手性化合物的识别为基本点，通过改善SWCNTs在电极表面的排布状态以及与高频震荡装置相结合的方式，对SWCNTs的原生手性性质进行了有效利用和研究，依次成功构建了基于立体多孔手性SWCNTs凝胶的扁桃酸手性电化学传感器、基于手性SWCNTs/网格式压电超声换能器的多巴手性电化学传感器以及基于手性SWCNTs的普萘洛尔、酪氨酸和色氨酸手性电化学传感器。在基于SWCNTs阵列的多巴胺/尿酸电化学传感器研究和双锥形微米通道手性电化学传感研究等方面也取得了一些有价值的结果。本项目研究在进一步拓展SWCNTs的研究领域、深入挖掘手性SWCNTs的新功能方面具备重要的科学意义和应用价值，也为发展对手性化合物具有普适性识别的电化学传感器提供了科学依据。