一种基于二氧化硅纳米通道分离氨基酸对映异构体的方法

摘要

本发明公开了一种基于二氧化硅纳米通道分离氨基酸对映异构体的方法，以氧化铝为模板，采用溶胶-凝胶法在标称孔径Φ100nm的氧化铝模板的孔壁内沉积二氧化硅20~40min，二氧化硅纳米通道。β-环糊精通过氢键修饰在富含羟基的二氧化硅纳米通道孔壁上，形成手性的纳米通道。在含D型色氨酸（D-Trp）和L型色氨酸(L-Trp)的混合溶液中，当D-Trp和L-Trp通过β-CD功能化的SiO2纳米通道时，由于β-CD对D-Trp的亲和力大于β-CD对L-Trp的亲和力，D-Trp在纳米通道中的迁移速率低于L-Trp在纳米通道中的迁移速率，借此实现对色氨酸对映异构体的分离。基于此发明发展了SiO2纳米通道分离色氨酸对映体的方法。

权利要求

1.一种基于二氧化硅纳米通道分离氨基酸对映异构体的方法，其特征和步骤如下：

1)制备二氧化硅纳米通道膜

采用溶胶-凝胶法在标称孔径为Φ100nm氧化铝模板的孔壁内沉积二氧化硅20～

40min，制得二氧化硅纳米通道；具体步骤为：将乙醇、正硅酸乙酯和1mol/L HCl溶液按照体积比为50:5:1的比例混合，放置30min，制得溶胶前驱体溶液；将氧化铝膜浸入该溶胶溶液中并超声1min，将膜从超声仪中取出并静置39min后，将溶胶溶液浸透的氧化铝膜放在空气中干燥10min；将处理好的氧化铝膜置于真空干燥箱中于150℃干燥过夜；得到的二氧化硅纳米通道膜的孔径约为80nm；

2)SiO2纳米通道的功能化

将制备好的SiO2纳米通道膜放在丙酮中浸泡5min，而后用超纯水浸泡冲洗干净，最后用N2吹干备用；将干净的SiO2膜置于含有1.85％β-CD的0.10mol/L磷酸溶液中浸泡12h；

得到表面修饰有β-CD的SiO2膜；

3)分离设备及其氨基酸对映异构体的分离

以U型流通池作为膜分离装备，所述的U型流通池左右柱分别为进样池和透过池，二氧化硅纳米通道膜置于U型流通池底部分隔进样池和透过池；在进样池中加入含DL-色氨酸的缓冲液，在透过池中加入不含DL-色氨酸的缓冲液；维持两池中的液面平行，待色氨酸渗透过膜后，在透过池中取适量的溶液用紫外可见分光光度计在波长279nm处测定单组份色氨酸含量；混合溶液则采用旋光仪测定。

2.根据权利要求1所述的一种基于二氧化硅纳米通道分离氨基酸对映异构体的方法，其特征在于：步骤3)中，所述的缓冲液为pH＝5.90，浓度为0.10mol/L的PBS溶液，DL-色-5氨酸的浓度为2.50×10 mol/L。

3.根据权利要求1所述的一种基于二氧化硅纳米通道分离氨基酸对映异构体的方法，2

其特征在于：步骤3)中，所述的二氧化硅纳米通道膜的有效透过面积为4.15cm，其直径为

23mm，进样池和透过池容积均为16mL。

4.根据权利要求1所述的一种基于二氧化硅纳米通道分离氨基酸对映异构体的方法，其特征在于：步骤3)中，二氧化硅纳米通道膜四周设有“○”型圈进行密封。

说明书

一种基于二氧化硅纳米通道分离氨基酸对映异构体的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种基于纳米通道膜材料上的分子水平膜制备分离技术。具体为一种基于二氧化硅纳米通道分离氨基酸对映异构体的方法；涉及材料领域和纳米技术领域，背景技术

[0002] 纳米通道指孔径在0.1~100nm的孔或管道结构。特殊的纳米效应使纳米技术受到越来越多的关注。纳米通道因其独特的小尺寸，物理化学性质，在材料物理、化学、生物医学等方面的应用表现出高度的优越性。

[0003] 二氧化硅纳米通道是一维结构的无机纳米材料，它们可以通过模板合成法制备。这些材料在生物应用领域显示出许多优点，例如：表面易于功能化，巨大的内部空腔可以作为物质的载体，低细胞毒性以及易于分散。通过在纳米通道和纳米试管的外壁及内壁修饰不同的官能团，这种多功能的二氧化硅纳米通道可应用于生物分子的分离和基因传递。

[0004] 手性是自然界的一种普遍现象，构成生物体的基本物质单位如氨基酸、糖类、蛋白质、核酸等都是手性分子，如自然界中的糖为D-构型,氨基酸为L-构型，蛋白质和DNA的螺旋构象又都是右旋的。结构中含有手性中心的手性药物除了对偏振光呈现不同的旋光性之外，其它的物理化学性质都是相同的，但是它们在生理活性、新陈代谢以及药代动力学上存在着很大的差异，因此手性药物的分离研究具有重要的生命意义。现代药理认为通常药物的吸收、分布、代谢及产生的生物活性，均系通过与生物体内受体、酶及蛋白质等靶点作用而产生结果，而这类靶点一般都具有手性。当一个手性药物引入生物体后，生物体内的手性受体、酶及蛋白质，能够识别或竞争性地与相应不同构型的药物对映体作用。如果手性受体的绝对构型与手性药物的绝对构型互补，可将整个蛋白质或邻近蛋白质激活产生生物活性，从而起到治疗作用。而对另一个对映体来说，是非活性的，或者具有不同的活性、毒性或者具有我们还不清楚的某种活性，因而显示出不同的治疗和毒理学性能。如心血管药物普萘洛尔（心得安，propranolol）其S-异构体是一种治疗心脏病的药，而其R-异构体却是一种避孕药，S-异构体的β-受体阻断作用比R-异构体强约100倍。沙利多胺（又名反应停，thalidomide）是一种镇静剂，其有效成分是R-异构体，而S-异构体却有强烈的胎儿致畸作用。正是由于手性药物一对对映体的生物活性往往具有很大的差异，目前国内外发展的趋势是生产和使用光学纯药物。早在1992年，美国食品药物管理局(U.S.Food and Drug Administration,FDA)就正式公布了题为《新立体异构药物开发政策声明》的手性药物法规管理指南，规定新药研究单位必需测定每个药物的立体异构体的组成，并且要求必须在报批资料中提供单个对映体的药理学和药代动力学研究结果。随后欧盟也于1994年公布了《手性物质研究》的文件，我国在新药审批要求中也提出了相应的规定。

[0005] 因此，快速准确而有效的分离、分析氨基酸对映体组分在当代药物化学、农业化学、食品化学和生物化学等领域的研究中具有非常重要的意义，对于进一步了解生命活动的本质也具有重要的意义。

发明内容

[0006] 本发明旨在提供一种基于二氧化硅纳米通道分离氨基酸对映异构体的方法。以实现色氨酸对映体的分离，为分离手性物质提供了一个新方法。

[0007] 本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

[0008] 一种基于二氧化硅纳米通道分离氨基酸对映异构体的方法，其步骤如下：

[0009] 1）制备二氧化硅纳米通道膜

[0010] 采用溶胶-凝胶法在孔径标称为Φ100nm氧化铝模板的孔壁内沉积二氧化硅20-40min从而制得二氧化硅纳米通道；具体步骤为：将乙醇、正硅酸乙酯和1mol/L HCl溶液按照体积比为50:5:1的比例混合，放置30min，制得溶胶前驱体溶液；将氧化铝膜浸入该溶胶溶液中并超声1min，将膜从超声仪中取出并静置39min；之后，将溶胶溶液浸透的氧化铝膜放在空气中干燥10min；将处理好的氧化铝膜置于真空干燥箱中于150℃干燥过夜；得到的二氧化硅纳米通道膜的孔径约为80nm。

[0011] 2）SiO2纳米通道的功能化

[0012] 制备好的SiO2纳米通道膜在丙酮中浸泡5min，而后用超纯水浸泡冲洗干净，最后用N2吹干备用。将干净的SiO2膜置于含有1.85%β-CD的0.10mol/L磷酸溶液中(PBS，pH=5.90)浸泡12h。可得到表面修饰有β-CD的SiO2膜。

[0013] 3）分离设备及其氨基酸对映异构体的分离

[0014] 将U型流通池作为膜分离装备，所述的U型流通池左右柱分别为进样池和透过池，二氧化硅纳米通道膜置于U型流通池底部分隔进样池和透过池；在进样池中加入含DL-色氨酸的缓冲液，在透过池中加入不含DL-色氨酸的缓冲液；维持两池中的液面平行，待DL-色氨酸渗透过膜后，在透过池中取适量的溶液用紫外可见分光光度计在波长279nm处测定单组份色氨酸含量。混合溶液则采用旋光仪测定。

[0015] 步骤3）中，所述的缓冲液为pH=5.90，浓度为0.10mol/L的PBS溶液，DL-色氨酸-5的浓度为2.50×10 mol/L。

[0016] 步骤3）中，所述的二氧化硅纳米通道膜的有效透过面积为4.15cm2，其直径为23mm，进样池和透过池容积均为16mL。

[0017] 步骤3）中，二氧化硅纳米通道膜四周设有“○”型圈进行密封。

[0018] β-环糊精通过氢键修饰在富含羟基的二氧化硅纳米通道孔壁上，形成手性的纳米通道。在含D-Trp和L-Trp的混合溶液中，当D-Trp和L-Trp通过β-CD功能化的SiO2纳米通道时，由于β-CD对D-Trp的亲和力大于β-CD对L-Trp的亲和力，D-Trp在纳米通道中的迁移速率低于L-Trp在纳米通道中的迁移速率，借此实现对色氨酸对映异构体的分离。基于此发明发展了SiO2纳米通道分离色氨酸对映体的方法。

[0019] 本发明的方法分离色氨酸对映体，装置简单，操作简便易行，易于放大，具有较好的应用前景。

附图说明

[0020] 图1手性分离色氨酸对映体的实验装置示意图

[0021] 图中：1、进样池 2、透过池 3、二氧化硅纳米通道膜

[0022] 图2为将Al2O3基底溶解后，SiO2纳米通道阵列(a)和单根SiO2纳米管道(b)的TEM图；

[0023] 图3Al2O3模板和修饰了SiO2后纳米通道的XPS谱图；

[0024] 图4为2.50×10-5mol/L的色氨酸对映体在SiO2纳米通道膜的迁移分离特性图。

具体实施方式

[0025] 下面结合具体实例，进一步阐述本发明。应该指出的是，这些实例仅用于说明本发明而不限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明描述的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

[0026] 下列实例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，如操作手册，或按照制造厂商所建议的条件。

[0027] 实施例1：D-色氨酸和L-色氨酸的分离:

[0028] 采用溶胶-凝胶法在孔径标称为100nm氧化铝模板的孔壁内沉积二氧化硅40min，制得内径为约80nm的二氧化硅纳米通道，将该膜β-CD功能化后用于色氨酸对映异构体的分离。所用的缓冲液为pH=5.90，浓度为0.10mol/L的PBS溶液，DL-色氨酸的浓度为-52.50×10 mol/L；将β-CD修饰的SiO2纳米通道膜置于U形池的进样池和透过池之间，在进样池中加入含DL-色氨酸的缓冲液，在透过池中加入不含有DL-色氨酸的缓冲液，维持两池中的液面平行，待DL-色氨酸渗透过膜后，在透过池中每隔2h取适量的溶液以紫外可见分光光度计于279nm波长处测定。

[0029] SiO2纳米通道阵列的表征：

[0030] (a)SiO2纳米通道阵列的场发射扫描电镜（FESEM）表征前处理

[0031] 将氧化铝模板固定在载玻片表面，按技术方案1所述方法在氧化铝的孔内沉积SiO2。嗣后用25%(wt/wt)的H3PO4溶液除去氧化铝模板，最后，用大量的乙醇和超纯水清洗并干燥备用。

[0032] 处理后的SiO2纳米通道阵列经FESEM表征。

[0033] (b)用于透射电子显微镜(TEM)和Zeta电位分析的样品的制备

[0034] 将二氧化硅膜浸入25%(wt/wt)的H3PO4溶液中过夜以除去氧化铝模板，用Φ20nm的氧化铝膜过滤，弃去滤液。过滤物用大量的乙醇和超纯水清洗，得到的二氧化硅纳米通道分散到乙醇溶液中。

[0035] 对分散到乙醇溶液的二氧化硅纳米通道进行TEM和Zeta电位。

[0036] 定义D-Trp和L-Trp的分离度S为：

[0037] S=KL-Trp/KD-Trp

[0038] 其中KL-Trp为L-Trp的过膜速率，KD-Trp为D-Trp的过膜速率。由图4可得到，D-Trp和L-Trp的分离度S=5.98，色氨酸对映异构体成功的得到分离。

[0039] 由该图2(b)可见，采用本发明方法可得型状良好的SiO2纳米管。

[0040] 由图3表明修饰层为纯SiO2。

[0041] 由图4可见，色氨酸对映异构体得到很好分离。