大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目申報(bào)書—環(huán)糊精超分子電化學(xué)手性傳感器

1、大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目申報(bào)書項(xiàng)目名稱 ：環(huán)糊精超分子電化學(xué)手性傳感器項(xiàng)目負(fù)責(zé)人： 聯(lián)系電話 ： 所在學(xué)院 ： 指導(dǎo)教師 ： 填寫須知一、 項(xiàng)目類別說明創(chuàng)新訓(xùn)練項(xiàng)目是本科生個(gè)人或團(tuán)隊(duì)，在導(dǎo)師指導(dǎo)下，自主完成創(chuàng)新性研究項(xiàng)目設(shè)計(jì)、研究條件準(zhǔn)備和項(xiàng)目實(shí)施、研究報(bào)告撰寫、成果（學(xué)術(shù)）交流等工作。二、 封面項(xiàng)目名稱應(yīng)準(zhǔn)確、簡明的反映出主要內(nèi)容和特征，字?jǐn)?shù)（含符號）不超過35 個(gè)漢字。項(xiàng)目負(fù)責(zé)人為學(xué)生，所在學(xué)院指項(xiàng)目負(fù)責(zé)人所在學(xué)院。三、 申報(bào)書請按順序逐項(xiàng)填寫，填寫內(nèi)容必須實(shí)事求是，表達(dá)明確嚴(yán)謹(jǐn)。空缺項(xiàng)要填“無”。四、 項(xiàng)目負(fù)責(zé)人應(yīng)為在校本科生，申請參加大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)的人數(shù)含負(fù)責(zé)人在內(nèi)不得超過

2、5 名本科生；每位申請人同期參與的項(xiàng)目不得超過 2 個(gè)，且至多作為 1 個(gè)項(xiàng)目的負(fù)責(zé)人。五、 一個(gè)項(xiàng)目的指導(dǎo)教師數(shù)量不得超過 3 人；一名指導(dǎo)教師同期指導(dǎo)的項(xiàng)目不得超過 3 個(gè)。六、 項(xiàng)目年限建議為 1 年期或 2 年期，如 2016 年 4 月-2017 年 4 月，或2016 年 4 月-2018 年 4 月，以便于統(tǒng)一管理；七、 請用 A4 紙張雙面打印，不得改變表格格式，內(nèi)容不得隨意涂改； 八、 如有不明事宜，請咨詢教務(wù)處實(shí)踐教學(xué)科，聯(lián)系電話：85356053。項(xiàng)目名稱環(huán)糊精超分子電化學(xué)手性傳感器申請經(jīng)費(fèi)2 萬元項(xiàng)目期限 1年期 2年期負(fù)責(zé)人姓名性別學(xué)號學(xué)院年級專業(yè)聯(lián)系方式主要分工設(shè)計(jì)

3、合成項(xiàng)目組成員設(shè)計(jì)檢測指導(dǎo)教師姓名性別出生年月學(xué)院職稱職務(wù)最后學(xué)位聯(lián)系方式立項(xiàng)依據(jù)與研長期以來，碳的同素異形體只有石墨、金剛石、線型碳，雖然零維富勒烯(C60、C70)、一維碳納米管、三維金剛石和石墨是碳的重要同素異形體，但因二維碳材料的長期缺席，一直無法構(gòu)成從零維到三維的完整碳材料體系。2004 年，Konstantin Novoselov 與 Andre K.Geim 通過機(jī)械剝離法制備了石墨烯，有效的填補(bǔ)了這一空缺。石墨烯是由單層 sp2 雜化碳原子緊密排列而成的二維蜂窩狀晶體結(jié)構(gòu)的一種碳質(zhì)新材料，其表現(xiàn)出優(yōu)良的電化學(xué)、熱學(xué)和機(jī)械性能。目前，石墨烯研究主要集中在高分子物理學(xué)、材料科學(xué)、應(yīng)

4、用物理學(xué)等技術(shù)領(lǐng)域，被認(rèn)為是最有希望取代電子元件中硅的材料，是當(dāng)之無愧的“明星”材料并吸引了大量關(guān)注的目光。然而，由于石墨烯納米片間存在范德華力和靜電力，這使得石墨烯在溶液中易發(fā)生不可逆團(tuán)聚現(xiàn)象，這將嚴(yán)重影響石墨烯的進(jìn)一步應(yīng)用，且石墨烯的反應(yīng)活性不高，表面呈現(xiàn)惰性狀態(tài)，并且石墨烯納米復(fù)合材料大多都是與聚合物或者無機(jī)物結(jié)合,所以對石墨烯進(jìn)行修飾和功能化就顯得比較重要。環(huán)糊精是由 6，7 或 8 個(gè) D-吡喃葡萄糖單元通過 -1,4 糖苷鍵連接而成的腔內(nèi)疏水、究目的腔外親水的環(huán)狀低聚糖，分別稱為 -,-,-環(huán)糊精。環(huán)糊精表面分布眾多反應(yīng)性羥基， 是一種典型的無底無蓋的“錐筒”狀分子，由于其特殊的結(jié)

5、構(gòu)使其在水溶液中可以識別和包結(jié)一系列的底物，同時(shí)可以排除其他物質(zhì)的干擾，使得檢測更準(zhǔn)確，是超分子化學(xué)中一種便宜易得、生物相容性良好的重要主體分子。手性識別與拆分是當(dāng)前醫(yī)學(xué)和化學(xué)領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向之一。許多藥物的兩個(gè)對映異構(gòu)體在生物體內(nèi)的藥理活性、代謝過程、速率及毒性等差異顯著。因此，建立快速、高效、準(zhǔn)確的手性藥物拆分方法，獲取高旋光純手性藥物對映體，對于研究藥物的體內(nèi)藥動學(xué)過程、藥理和毒理作用機(jī)制以及產(chǎn)品質(zhì)量控制都具有十分重要的意義?；谝陨媳尘?，本研究將以石墨烯為導(dǎo)電載體、環(huán)糊精為手性識別單元，點(diǎn)擊化學(xué)為手段，可控構(gòu)建具備優(yōu)異手性識別性能的新型超分子電化學(xué)手性傳感器，探索傳感機(jī)制及構(gòu)效關(guān)系，

6、以期建立一套較為完備的方法學(xué)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境或食品中的手性化合物檢測的研究目標(biāo)。擬以氧化石墨(GO)為原料，采用 Hummers 氧化法制備氧化石墨烯接枝環(huán)糊精復(fù)合物(RGO-CD)。通過紅外光譜(FT-IR)、拉曼光譜分析(Raman spectra)、熱失重分析(TG)、透射電鏡分析(TEM)、X-射線衍射分析(XRD)、紫外光譜(UV)對復(fù)合物進(jìn)行表征。本研究預(yù)期將 -CD 成功地接枝到氧化石墨烯的表面，利用 RGO-CD 溶液和作為電化學(xué)指示劑的亞甲基藍(lán)溶液來修飾玻碳電極，采用循環(huán)伏安法分析二者 在修飾電極上的電化學(xué)響應(yīng)行為。采用這種方法修飾電極，可以將石墨烯優(yōu)良的電化 學(xué)性能和環(huán)糊精對客體

7、分子的識別行為結(jié)合起來，構(gòu)建出一種高靈敏的電化學(xué)傳感器， 從而對某些手性分子進(jìn)行有效的識別。參考文獻(xiàn):1. Cheng.J,Chang.PR,Zheng.PW,Ma.XF,NDUSTRIAL & ENGINEERING CHEMISTRY RESEARCH. 2014,53,1415-1421.2. 孫濤日,李建業(yè),郝愛友.環(huán)糊精一石墨烯超分子體系.Chin.J.Org.Chem.2012,32,2054-2062.3.Xu.CH,Wang.JC,Li.W,Lin.JJ,Wang.XB,J.Mater.Chem.2011,21,10463.一、主要研究內(nèi)容本研究旨在設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)可控的 RGO-CD

8、 復(fù)合物并將其修飾玻碳電極，構(gòu)建一種靈敏、高效的電化學(xué)手性傳感器，探索其識別機(jī)理及構(gòu)效關(guān)系，優(yōu)化傳感器性能，確立最佳制備檢測方案。二、設(shè)計(jì)路線分析表征項(xiàng)目研究內(nèi)容三、擬解決的問題1.構(gòu)建結(jié)構(gòu)可控的 RGO-CD 復(fù)合材料。2.研究 -CD 衍生物種類對手性傳感過程的影響，考察不同取代基位置、類型對電化學(xué)傳感器識別作用與手性識別行為的影響。四、創(chuàng)新點(diǎn)與項(xiàng)目特色1.可控的 RGO-CD 設(shè)計(jì)合成路線：環(huán)糊精表面有眾多反應(yīng)羥基，如何使環(huán)糊精可控地接枝到石墨烯表面成為此研究課題的難點(diǎn)與創(chuàng)新點(diǎn)。2.創(chuàng)新性建立了 RGO-CD 衍生基團(tuán)對手性識別效果影響的對比體系：通過對比具有一、項(xiàng)目預(yù)期成果1. 本研究

9、預(yù)期將 -CD 成功可控地接枝到氧化石墨烯表面，利用 RGO-CD 溶液和作為電化學(xué)指示劑的亞甲基藍(lán)溶液(MB)來修飾玻碳電極，采用循環(huán)伏安法分析二者在修飾電極上的電化學(xué)響應(yīng)行為。2.采用上述方法修飾玻碳電極，將石墨烯優(yōu)良的電化學(xué)性能和環(huán)糊精對客體分子的項(xiàng)識別行為有機(jī)地結(jié)合起來，構(gòu)建出一種較高靈敏度的電化學(xué)傳感器，從而對異噁目唑啉類、黃烷酮類、丹磺酰氨基酸類等手性分子進(jìn)行選擇性識別與拆分。預(yù)期3.預(yù)期通過實(shí)驗(yàn)研究和對實(shí)際產(chǎn)物初試性能比較分析完成最優(yōu)設(shè)計(jì)路線選擇，對實(shí)成驗(yàn)進(jìn)展情況進(jìn)行總結(jié)反思，預(yù)期撰寫論文 1-2 篇。果二、成果使用范圍及效果本研究通過制備石墨烯接枝環(huán)糊精復(fù)合物(RGO-CD)，

10、結(jié)合了石墨烯優(yōu)良的電化學(xué)性能與環(huán)糊精對于客體分子的識別行為，應(yīng)用于檢測環(huán)境或食品中的手性化合物， 可用于各大制藥企業(yè)手性藥物生產(chǎn)過程的質(zhì)量監(jiān)控及批量生產(chǎn)，也可供各大專院?？蒲袑Ｓ?，廣泛應(yīng)用于分離天然有機(jī)化合物及有機(jī)合成產(chǎn)物，具有重要的商業(yè)和科研價(jià)值。一、研究工作進(jìn)度安排1. 準(zhǔn)備階段：2016.52016.9查閱相關(guān)資料，了解 RGO-CD 的發(fā)展現(xiàn)狀及前景、石墨烯在化學(xué)修飾電極方面的應(yīng)用，設(shè)計(jì)制備合成路線并測試其主要性能，完善 RGO-CD 復(fù)合材料工藝流程。項(xiàng)2. 實(shí)驗(yàn)階段：2016.92017.12目研通過 Hummers 氧化法制備氧化石墨(GO),進(jìn)而制備 RGO-CD 復(fù)合材料并進(jìn)

11、行分析究表征，通過初試產(chǎn)物優(yōu)化設(shè)計(jì)合成路線，再將復(fù)合物應(yīng)用于電化學(xué)，進(jìn)行分子識別與進(jìn)度對映手性體拆分并優(yōu)化手性拆分條件。安排3. 實(shí)驗(yàn)總結(jié)：2018.1-2018.3二、分工1. 可控 RGO-CD 復(fù)合物設(shè)計(jì)合成主要負(fù)責(zé)人：張靜雨2. 對復(fù)合物進(jìn)行可控負(fù)載及手性識別研究主要負(fù)責(zé)人：張燁3. 對該研究成果進(jìn)行總結(jié)分析、評價(jià)全體組員一、研究積累與成績1. 本項(xiàng)目總負(fù)責(zé)人為化學(xué)專業(yè)大二學(xué)生，具有一定的知識儲備和動手實(shí)踐能力。現(xiàn)擔(dān)任班級團(tuán)支書，具有一定的組織能力和協(xié)調(diào)能力，曾榮獲天津大學(xué)三好學(xué)生、學(xué)習(xí)優(yōu)異先進(jìn)個(gè)人、“理學(xué)院為院爭光獎(jiǎng)”等榮譽(yù)稱號。總之，總負(fù)責(zé)人不論是從知識儲備還是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)方面，都可以

12、擔(dān)當(dāng)此項(xiàng)目的總負(fù)責(zé)人。2. 本項(xiàng)目其他團(tuán)隊(duì)成員為化學(xué)專業(yè)學(xué)生，具有扎實(shí)的知識儲備和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，基本素質(zhì)較高，能力較好，多次參加院、校級活動并取得優(yōu)異成績，動手能力較好，比較適合參加創(chuàng)新活動。3. 所有團(tuán)隊(duì)成員對化學(xué)專業(yè)有著濃厚的興趣，對跟化學(xué)知識相關(guān)的實(shí)驗(yàn)操作比較熟練，喜歡在已有知識基礎(chǔ)之上進(jìn)行創(chuàng)造性發(fā)明。已有4. 課題組指導(dǎo)教師長期從事化學(xué)分析研究工作，并取得重要研究成果。是我校理學(xué)院工化學(xué)系教授、博士生導(dǎo)師、現(xiàn)任化學(xué)系副主任；美國化學(xué)學(xué)會會員、中國分析測試協(xié)作基會會員；是天大北洋學(xué)者青年骨干教師。他主持國家自然科學(xué)基金青年基金、天津市礎(chǔ)自然科學(xué)基金、北洋學(xué)者基金多項(xiàng)，作為骨干參與國家自然科學(xué)

13、基金、“863 計(jì)劃”、天津市支撐計(jì)劃項(xiàng)目等。以上研究成果都為本課題的研究提供了極大的技術(shù)支持，為本項(xiàng)目的研究打下了基礎(chǔ)總之，團(tuán)隊(duì)成員在組成和安排上都有利于本次項(xiàng)目的完成。二、實(shí)驗(yàn)條件1. 本項(xiàng)目自提出便得到了學(xué)校的大力支持，可在學(xué)校的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)研究，且實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都較簡便，實(shí)驗(yàn)條件易于控制。但考慮到學(xué)校專業(yè)儀器有限，指導(dǎo)教師聯(lián)系相關(guān)院校，便于實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行。2. 本學(xué)校圖書館資料齊全，且擁有電子閱覽室，所以，在實(shí)驗(yàn)過程中遇到問題可以很方便的查閱相關(guān)資料與文獻(xiàn)，找到解決方法。并且指導(dǎo)教師經(jīng)驗(yàn)豐富，可以在關(guān)鍵時(shí)刻給予一定幫助。項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)預(yù)算序號支出科目主要用途小計(jì)（單位：元）1實(shí)驗(yàn)材料費(fèi)國產(chǎn)及進(jìn)口藥品、試劑，玻璃儀器等低值易耗品購置費(fèi)、加工費(fèi)及運(yùn)輸費(fèi)等10000.002信息費(fèi)文獻(xiàn)檢索費(fèi)、論文版面及印刷費(fèi)、打印費(fèi)、復(fù)印費(fèi)、入網(wǎng)等信息費(fèi)等3000.003分析測試費(fèi)FT-IR、Ramanspectra、TEM、UV、TG、XRD 等測試費(fèi)用7000.004合計(jì)（單位：元）20