鉑摻雜L-纈氨酸聚合膜對普萘洛爾的識別研究

陳 翠,李 洋,傅英姿

(西南大學化學化工學院,重慶400715)

鉑摻雜L-纈氨酸聚合膜對普萘洛爾的識別研究

陳 翠,李 洋,傅英姿*

(西南大學化學化工學院,重慶400715)

該文將氯鉑酸與L-纈氨酸按一定比例混合，通過循環(huán)伏安法在玻碳電極表面電沉積形成鉑摻雜L-纈氨酸聚合膜，“一步”構建一個簡單的手性傳感平臺，以普萘洛爾自身為氧化還原探針，采用差分脈沖伏安法研究了該手性傳感平臺與普萘洛爾對映異構體之間的相互作用。結果表明：該傳感平臺與普萘洛爾產(chǎn)生相互作用，并與R-普萘洛爾作用更強，能成功用于普萘洛爾的電化學識別。

手性表面;普萘洛爾;電化學;手性識別

0 引言

普萘洛爾(propranolol,PRO)，是一種β-腎上腺素受體拮抗劑，在臨床上常常用于心絞痛、心律失調(diào)、高血壓以及甲狀腺功能亢進等癥狀的治療，但是嚴重心功能不全、竇性心動過緩，或者重度房室傳導阻滯和支氣管哮喘等患者禁止使用。它的兩種對映異構體藥效差別很大，S-PRO的活性比R-PRO高100倍[1]，因此單獨服用S-PRO比服用R-PRO或者普萘洛爾的外消旋體的治療效果更好。目前，已經(jīng)有許多方法對普萘洛爾對映體進行檢測和識別，包括液相色譜技術[2]、毛細管電泳技術[3]、拉曼散射[4]和室溫磷光[5]等方法，但這些技術的成本高，操作復雜，對測試樣品的要求也比較高，因此發(fā)展一個簡單、靈敏的手性識別PRO對映體的方法仍然十分重要。

氨基酸具有氨基和羧基，能通過電聚合的方式修飾在電極表面上，使得聚合物的表面高度有序并且具有手性，其特有的α-螺旋結構能與手性物質(zhì)的對映異構體之間產(chǎn)生不同的作用，從而達到識別目的。聚合氨基酸表面穩(wěn)定且易于控制，這種手性表面用于手性氨基酸和藥物的分離已見報道[6-9]。納米鉑是繼納米金、納米銀之后發(fā)展起來的一種金屬納米材料，具有較高的電子密度、較好的介電特性和良好的催化作用，能提高表面的電子傳輸速率、增強檢測信號。將氯鉑酸與L-纈氨酸按一定比例混合，在特定的電勢范圍內(nèi)，在玻碳電極表面沉積得到鉑摻雜L-纈氨酸聚合膜修飾玻碳電極(Pt-PLV/GCE)。

實驗將氯鉑酸與L-纈氨酸按一定比例混合，采用“一步法”通過循環(huán)伏安法在玻碳電極表面電沉積形成鉑摻雜L-纈氨酸聚合膜，構建了一個簡單的手性感應平臺，用于對普萘洛爾的電化學識別。以普萘洛爾自身為氧化還原探針，采用差分脈沖伏安法研究該手性表面與普萘洛爾對映異構體之間的作用，并比較了不同界面對識別普萘洛爾的影響。該傳感平臺構建簡單、成本低、靈敏度高、耗時少，有望在以后傳感器的設計中得到更多的應用。

1 實驗部分

1.1 實驗試劑和材料

R-(S-)普萘洛爾鹽酸鹽(R-(S-)-PRO,＞98%)購于Sigma公司(St．louis，MO，美國)，L-纈氨酸(LVal,＞98%)購自梯希愛化成工業(yè)發(fā)展有限公司(上海，中國)，氯鉑酸六水合物(鉑含量37．5%)購于阿拉丁試劑公司(上海，中國)，硝酸(HNO3,69．2%)、硝酸鉀購自化學試劑公司(重慶，中國)。含有0．1 mol/L氯化鉀的 0．1 mol/L磷酸緩沖液(PBS, pH7．0)作為實驗支持溶液，不同濃度、不同pH值的S-PRO和R-PRO由對應pH的PBS配制。其它化學試劑均為分析純，無需二次處理即可直接使用，所有實驗用水均為二次蒸餾水。

1.2 儀器

循環(huán)伏安法 (CV)測試以及差分脈沖伏安法(DPV)均在CHI 440A電化學工作站(上海辰華，中國)上進行，標準的三電極體系由鉑絲電極作為對電極，裸玻碳電極或者修飾的玻碳電極作為工作電極，飽和甘汞電極(SCE)作為參比電極組成。所有實驗均在室溫下進行(25．0±0．5）℃。

1.3 玻碳電極的預處理

玻碳電極 (Φ=4．00 mm)連續(xù)用1．0，0．3和0．05 μm的Al2O3拋光粉拋光后用二次蒸餾水沖洗干凈，接著分別在二次蒸餾水、乙醇、二次蒸餾水中按先后順序超聲清洗5 min，完全沖洗干凈之后，將玻碳電極浸入1 mol/L的硫酸中循環(huán)伏安掃描15圈(電位范圍為-0．275～1．675 V，掃速為0．1 V/s)進行活化，拿出后洗凈晾干，備用。

1.4 手性表面的構建

用經(jīng)預處理好的玻碳電極作為工作電極，甘汞電極(SCE)作為參比電極，鉑絲電極作為對電極，組成三電極體系，在新鮮配制的聚合液(含有2．5×10-3mol/L氯鉑酸、1．25×10-3mol/L L-纈氨酸、0．135 mol/L硝酸和0．35 mol/L硝酸鉀)中靜置10 s，在-0．9～2．2 V的電位范圍進行循環(huán)伏安掃描8圈(掃速為0．18 V/s)，一步共聚制得鉑摻雜L-纈氨酸手性聚合膜修飾的玻碳電極 (記為Pt-PLV/ GCE)，修飾電極制成后取出用二次蒸餾水沖洗干凈，室溫下晾干備用。圖1給出了手性納米復合表面的逐步構建過程。

圖1 手性表面的構建Fig．1 The fabrication of chiral interface

1.5 電化學測試

手性表面的電化學特性測試在 5.0×10-3mol/L的[Fe(CN)6]4-/3-(含有0.1 mol/L氯化鉀，pH= 7.0的0.1 mol/L磷酸緩沖液作為支持電解質(zhì))中進行。循環(huán)伏安測試中，除特別說明，掃速均為0.1 V/s、掃描范圍為-0.2~0.6 V。差分脈沖伏安測試(DPV)中掃描范圍為0.7~1.5 V，脈沖周期設定為0.5 s，所有試驗均在室溫下進行。

2 結果與討論

圖2 手性表面的電聚合過程Fig.2 The polymerization process of chiral interface

圖3 不同電極表面在5.0×10-3mol/L的[Fe(CN)6]4-/3-(pH=7.0)中的循環(huán)伏安圖：a.裸玻碳電極,b.Pt-PLV/GCEFig.3 Cyclic voltammograms of the different electrodes in 5.0 mmol/L[Fe(CN)6]4-/3-(pH=7.0):a.GCE,b.Pt-PLV/GCE

2.1 手性表面的電化學特性

圖2為玻碳電極電聚合過程的循環(huán)伏安曲線，在0.25 V附近出現(xiàn)一個峰值，并隨著聚合的進行越來越明顯。不同修飾表面在5.0×10-3mol/L的[Fe(CN)6]4-/3-(pH=7.0)中的電化學行為如圖3所示。[Fe(CN)6]4-/3-在裸玻碳電極表面呈現(xiàn)一對標準的氧化還原峰(曲線a)，峰電流為221.2 μA，而鉑摻雜L-纈氨酸手性聚合膜修飾到玻碳電極表面之后，峰電流降低了大概55 μA(RSD=0.95%,曲線b)。

2.2 鉑摻雜L-纈氨酸手性聚合膜與PRO對映異構體的選擇性作用

采用差分脈沖伏安技術探討了鉑摻雜L-纈氨酸手性聚合膜與PRO對映異構體在0.1 mol/L磷酸緩沖液中的選擇性作用。如圖4所示，SPRO和R-PRO均在1.1 V左右出現(xiàn)了一個明顯的峰，這是由普萘洛爾對映異構體在鉑摻雜L-纈氨酸手性聚合膜修飾玻碳電極表面自身的氧化還原得到的。與S-PRO和R-PRO作用的峰電流分別為-19.5 μA (曲線a)和-22.7 μA (曲線b)，PRO對映體之間的電流差 (ΔI)為3.2 μA。表明PRO對映異構體均與鉑摻雜L-纈氨酸手性聚合膜發(fā)生作用，其中與R-PRO作用的電流響應信號更強，即Pt-PLV/GCE手性表面對PRO對映異構體有選擇性識別作用。

圖4 Pt-PLV/GCE在含有5×10-3mol/L PRO的0.1 mol/L PBS中的差分脈沖伏安圖:a.S-PRO,b.R-PROFig.4 DPVs of Pt-PLV/GCE in 0.1mol/L PBS containing 5 mmol/L S-PRO(a)and R-PRO(b)

2.3 聚合圈數(shù)對實驗的影響

研究了電聚合圈數(shù)對鉑摻雜L-纈氨酸手性聚合膜性質(zhì)的影響。圖5給出了聚合圈數(shù)與循環(huán)伏安電流響應的關系，隨著聚合圈數(shù)的增加電流信號響應逐漸減小，在8圈之后電流信號趨于穩(wěn)定，這是因為聚L-纈氨酸在玻碳電極表面會阻礙電子的傳輸，因此電流逐漸減小，而8圈時鉑摻雜L-纈氨酸聚合膜的含量達到飽和。因此，實驗

選擇鉑摻雜L-纈氨酸的聚合圈數(shù)為8圈。

圖5 聚合圈數(shù)的優(yōu)化圖Fig.5 Optimization image of polymerization circle number

3 結論

實驗在玻碳電極表面構建了鉑摻雜L-纈氨酸手性聚合膜，用于與普萘洛爾對映異構體作用。納米鉑的加入放大了信號，L-纈氨酸作為手性選擇劑，Pt-PLV/GCE與S-PRO和R-PRO的相互作用呈現(xiàn)不同的電流響應，可以對普萘洛爾對映異構體進行手性識別。該手性表面的構建簡單、耗時少，為以后手性氨基酸的聚合研究提供一定理論支持。

[1]Chen L S,Li K L,Zhu H,et al.A chiral electrochemical sensor for propranolol based on multi-walled carbon nanotubes/ionic liquids nanocomposite[J].Talanta,2013, 105:250-254.

[2]Aboul-enein H Y,Abou-basha L I,Bakr S A.Direct enantioselective separation of some propranolol analogs by HPLC on normal and reversed cellulose chiral stationary phases[J].Chirality,1996,8:153-156.

[3]Mart'mez-Pla J J,Mart'in-Biosca Y,Sagrado S,et al. Fast enantiomeric separation of propranolol by affinity capillary electrophoresis using human serum albumin as chiral selector:application to quality control of pharmaceuticals[J].Anal Chim.Acta.,2004,507:171-178.

[4]Bodoki E,Oltean M,Bodoki A,et al.Chiral recognition and quantification of propranolol enantiomers by surface enhanced Raman scattering through supramolecular interaction with 3-cyclodextrin[J].Talanta,2012,101: 53-58.

[5]Wei Y L,Kang H,Ren Y F,et al.A simple method for the determination of enantiomeric composition of propranolol enantiomers[J].Analyst,2013,138:107-110.

[6]Lee N H,Frank C W.Separation of chiral molecules using polypeptide modified poly(vinylidene fluoride)members[J].Polymer,2002,43:6255-6266.

[7]Higashi N,Koga T,Fujii Y,et al.Specific binding of α-Amino acid onto poly(L-glutamic acid)monolayers:effects of helicity and lateral helix distribution[J].Langmuir,2001,13:4061-4066.

[8]Ulbricht M.Advanced functional polymer membranes [J].Polymer,2006,47:2217-2262.

[9]Fireman-Shoresh S,Turyan I,Mandler D,et al.Chiral electrochemical recognition by very thin molecularly imprinted sol gel films[J].Langmuir,2005,21:7842-7847.

Chiral recognition of propranolol based on Pt doped L-valine polymer

Chen Cui,Li Yang,Fu Ying-zi*
(School of Chemistry and Chemical Engineering,Southwest University,Chongqing 400715,China)

In this work,chloroplatinic acid and L-valine(L-val)were mixed by a certain percentage,and then the L-val platinum-doped polymeric films were synthesized on the glassy carbon electrode(GCE)surface with “onestep”strategy,building a simple chiral sensing nanoplatform,and used to electrochemical identify of propranolol enantiomers(R-or S-PRO)successfully.Differential pulse voltammetry(DPV)technique was used to study the effect between this chiral interface and propranolol enantiomers,which propranolol was treated as redox probes.In addition,the recognition was considerably affected by the interface.The results showed that this chiral interface has a stronger interact with R-PRO,and it was efficacious to achieve the selective recognition of propranolol enantiomers.

chiral interface;propranolol;electrochemical;chiral recognition

國家自然科學基金資助項目(21272288)資助

*通信聯(lián)系人，E-mail:fyzc@swu.edu.cn