碳納米管原生手性電化學傳感器應(yīng)用研究進展

背景介紹對手性物質(zhì)進行識別研究在化學生物學及藥學等領(lǐng)域具有重要的意義。手性識別方法主要有波譜法、色譜法和傳感器法等。其中，由于手性電化學傳感器具有簡單快速、價格低廉、靈敏度高等優(yōu)點而得到廣泛應(yīng)用。碳納米管可看作是由石墨片卷成的圓柱體，其不同的結(jié)構(gòu)形態(tài)由參數(shù)(n,m)來確定，n=?m=?0時的單壁碳納米管可表現(xiàn)出手性，而以化學氣相沉積法制備的短徑多壁碳納米管也可能具有手性。2002年法國的課題組就從理論上證明了手性分子能被手性單壁碳納米管所識別，但一直沒有實驗證據(jù)。2013年北京大學朱志偉課題組首次以實驗證明了基于碳納米管原生手性構(gòu)建手性電化學傳感器的有效性，并提出了放大碳納米管原生手性的新策略。文章亮點1詳細總結(jié)了近十年來碳納米管原生手性電化學傳感器的研究進展，包括其構(gòu)建方法、識別機理以及相關(guān)應(yīng)用；2討論了碳納米管原生手性電化學傳感器領(lǐng)域現(xiàn)存的挑戰(zhàn)，展望了其未來的發(fā)展前景。內(nèi)容介紹1手性識別機理手性識別過程中兩種對映體分別與手性選擇劑的分子間作用力會產(chǎn)生微小差別。該作用力主要包括庫侖力、氫鍵、π-π堆疊以及范德華力等，且常常為幾種作用力共同驅(qū)使，其中最強的一種占有主導地位。由此形成的兩種瞬態(tài)非對映異構(gòu)體復合物有著不同的立體構(gòu)型、結(jié)合能或溶解平衡常數(shù)。手性識別可將這種微小的差別轉(zhuǎn)化為放大的信號差異，從而實現(xiàn)區(qū)分。分子間復雜的相互作用力，致使手性識別的機理十分復雜。其中較為知名的模型包括：三點作用、鎖鑰理論和包合作用等。圖1

三點作用模型[13]Fig.1

Three-pointinteractionmodel[13]2電化學傳感器相較傳統(tǒng)的手性識別方法（波譜法、色譜法等），電化學傳感器法操作簡單、靈敏度高、價格低廉。但電化學傳感器識別界面理論塔板數(shù)較低（相對色譜分離而言）。為克服這一難題，科學家們嘗試各種方法提高塔板效率，已取得明顯成果[7-10]。2.1

CNTs原生手性電化學傳感器2.1.1

原生手性電化學傳感器手性電化學傳感器的關(guān)鍵在于識別界面的構(gòu)建[21]。不同材料用于搭建此界面，如環(huán)糊精、糖類、蛋白質(zhì)等，提供手性結(jié)合位點。2.1.2

CNTs原生手性結(jié)構(gòu)CNTs的結(jié)構(gòu)可看成由單層或多層石墨烯圍繞同一中心軸、按一定螺旋角卷曲而成。3CNTs原生手性電化學傳感器原理3.1

CNTs原生手性電化學傳感器理論基礎(chǔ)關(guān)于CNTs的手性拆分能力，科學家先從理論角度進行了分析。圖2

SWCNTs識別丙氨酸對映體Fig.2

SWCNTsfortherecognitionofalanneenantiomers3.2

CNTs原生手性電化學傳感器實驗基礎(chǔ)除理論研究外，科學家還從實驗角度探索了CNTs用于手性電化學傳感器的可行性。4CNTs原生手性電化學傳感器研究進展近十年來，CNTs原生手性電化學傳感器的研究取得了一些進展（表1），其相關(guān)報道如下所述。表1

不同CNTs原生手性電化學傳感器比較注Tab.1

Comparisonofdifferent“InherentChirality”-basedelectrochemicalsensors5結(jié)論及展望本文綜述了CNTs原生手性在電化學傳感器中應(yīng)用的最新進展，詳細比較了各類傳感器的搭建方式及識別機理，旨在推動CNTs原生手性電化學傳感器的發(fā)展。同時發(fā)現(xiàn)，由于CNTs優(yōu)良的電化學性能、較大的比表面積、較好的生物相容性