基于手性离子液体构筑功能性石墨烯量子点及其高通量手性识别研究

The aim of this project is to construct and synthesize functional graphene quantum dots (GQDs) with stable optical properties. Given their good conductivity, novel chiral ionic liquids are carried out as the electrolyte and modifier for one-step preparation. Then the functional GQDs as chiral fluorescent probes are used for enantioselective recognition of the enantiomers such as amino alcohols, amino acids, carboxylic acids, and some drug molecules, which could realize rapid high-throughput analysis of enantiomers. Further, amino acid residues of the absolute configuration in life body is determined by this strategy. Meanwhile, the possible mechanism of chiral recognition is explored by different techniques including NMR, TEM, AFM, and CD. In summary, the study is to establish a simple and quick method of chiral fluorescent probes avoiding complicated synthetic process. And high-throughput chiral analysis is set up for enantiomers not only in organic solvents, but also in life body. Moreover, it provides the possibility to determine the amino acid sites of protein isomerization in body disease.

本项目拟针对手性离子液体良好的导电性和石墨烯量子点光学性质稳定的特点，采用电化学合成策略将手性离子液体键合到石墨烯量子点制备功能性纳米材料。同时，以该功能性石墨烯量子点作为手性荧光探针用于识别不同类型的对映体（氨基醇、氨基酸、羧酸类以及一些药物分子），深入探讨其可能的手性识别机理，并进一步将该手性荧光探针应用于生命体中氨基酸残基绝对构型的测定，实现对多种不同类型对映体的快速高通量分析。本研究可解决目前手性荧光探针制备过程复杂和分析对象单一的关键技术问题，不仅能实现对对映体的快速高通量分析，而且为氨基酸残基绝对构型快速分析提供相关科学依据，同时为确定生命体中病变蛋白的氨基酸异构化位点提供了可能。

手性，即两个分子互为镜面对称，是一种在自然界中普遍存在的特征，如构成生命体的主要活性分子氨基酸及糖类。由于不同构型的异构体可能具有完全不一样的生理活性，因此，构建新型手性识别探针，实现对对映体的快速高通量分析，就显得格外重要。. 本项目围绕新型的离子型手性功能材料的设计、制备及应用展开相关研究。主要研究内容包括：从天然源手性分子出发，设计、制备一系列离子型手性有机小分子；借助于离子型手性分子良好的导电能力和可控的亲疏水性制备一系列不同类型的功能性手性材料；利用制备的功能性手性材料实现对多种不同类型对映体的快速高通量分析；探讨基于本项目制备的功能性手性材料可能的手性识别机理。 . 在项目具体执行过程中，项目负责人及其团队成功制备了手性石墨烯量子点和其他类型的功能性手性材料。石墨烯量子点的制备一般需要高温，而高温会可能会破坏的手性化合物的结构。为了避免这一点，项目负责人以两步法且无需高温条件分别制备了离子化的手性石墨烯量子点和生物蛋白分子共价键合的石墨烯量子点，并成功应用于氨基醇类手性分子的高效识别。项目负责人也制备了一系列离子型手性分子和离子型非手性分子参与的传感体系：构建了基于π-π+作用参与的自组装手性识别体系，该方法有效地解决了电化学方法无法用于检测无电化学信号的手性化合物的问题（如苏氨酸、亮氨酸、组氨酸和谷氨酰胺）。构建了基于二茂铁基制备了聚合性手性分子，在识别过程中惊喜地发现分子的相互作用可以起到决定性作用，分子间作用的不同可以导致识别效果的反转。利用离子型分子本身就具有优良电子传导能力的特点，制备了一系列不同类型的离子型手性功能材料，如聚合型手性离子液体、使用离子型硅源前体经水热反应制备的有机介孔材料、分子印迹材料、轮烷分子、超分子手性识别体系、手性金属配位复合物等，同时将制备的具有良好导电能的功能材料构筑为手性传感界面对多种不同类型对映体进行快速识别。