[发明专利]一种基于复合等离激元手性纳米结构的分子手性探测和识别方法

说明书

本发明提供了一种基于复合等离激元手性纳米结构的分子手性探测和识别方法。本发明以手性纳米纤维和金纳米棒为基本组件构建复合等离激元手性纳米结构，通过等离激元手性光学放大实现分子手性的识别和探测。该复合纳米结构优良的等离激元圆二色光学特性可将在纤维界面发生的主‑客体手性识别相互作用转化为非对称的等离激元手性光学放大信号。该技术可在1分钟左右实现氨基酸分子的手性对映体探测识别，灵敏度达10^‑6摩尔/升。该结构还可用于分子对映体过剩值(ee)的定量分析，探测灵敏度可达±0.05。此外，鉴于本技术涉及的手性主客体复合物主要基于氢键相互作用，手性纤维主体可作为普适性基底广泛用于氨基酸类手性分子的探测。

技术领域

本发明提供了一种基于复合等离激元手性纳米结构的分子手性探测和识别方法，属于纳米光子学的应用领域。

背景技术

不能通过平移和旋转而与自身镜像重合的结构具有手性。生物体中绝大多数的氨基酸、蛋白质、单糖和多糖都是手性的。其中，组成蛋白质的氨基酸都是L-型的，而单糖和多糖则都为D-型。手性在人体内发挥着重要的生物学作用，相反手性的分子在生命活动中可能起到完全不同的作用。例如，沙利度胺可作为止痛剂，然而其S-型异构体却具有严重的致畸性。因此，开发一种可以在生物体系中原位、快速、方便且准确的手性识别方法具有重要意义。

光激发下纳米颗粒表面电子集体震荡使得非手性金纳米棒具有优异的表面等离激元光学性质，此性质常用于构建分子手性传感器。非手性金纳米颗粒可通过含巯基小分子或者生物分子和聚合物方法组装成一定手性组装体结构。在金纳米颗粒组装体中，相邻颗粒间表面等离激元共振相互耦合，使得组装体具有独特的集合等离激元性质。有鉴于此，我们设计利用金纳米棒和生物相容性好的凝胶手性分子(N-月桂酰-谷氨酸二正丁酰胺，以下简称GP1)构建自组装纳米复合等离激元手性结构，并在此基础上以氨基酸分子对映体为例研究分子手性的光学探测和识别。

有机小分子在溶液中能够通过氢键、π–π堆叠、静电相互作用、偶极-偶极相互作用和范德华相互作用以及金属-配体配位等相互作用自组装形成手性纤维结构。常用来进行分子手性识别。在分子或超分子手性传感器的设计中，主客体体系的发色和荧光团是其关键单元。比如，对于分子凝胶的手性传感器，手性对映体分子加入使得溶液呈现出不同的颜色，或发出不同颜色/强度的荧光。尽管发色团和荧光团在手性识别中得到广泛应用，然而设计和制备主客体复合物中带有特定发色团或荧光团，往往需要复杂繁琐的工艺或者比较费时。另外，手性光谱是另一种重要的探测和识别分子手性的方法，其利用分子手性传感器与分子对映体相互作用时产生的不同的电子的圆二色光学性质,但由于极弱的光与分子相互作用，其探测灵敏度很低，通常在10^-4mol量级。为此，我们设计了一种不依赖于发色团或荧光团的基于等离激元光学的简单、高效、灵敏度高的手性识别方法。

N-月桂酰-谷氨酸二正丁酰胺(GP-1)作为一种手性凝胶分子在水与丙二醇的共溶剂中能够形成手性螺旋纳米纤维结构。金纳米棒能够在手性螺旋纳米纤维上自组装成手性组装体结构，呈现等离激元圆二色(plasmonic circular dichroism，PCD)。PCD对金纳米棒间的相对位置和取向极其敏感。氨基酸分子与手性螺旋纤维微纳结构通过氢键相互作用，手性识别产生的微纳结构变化使得组装在手性纤维上的金纳米棒之间的几何位置发生微小的改变，探测相应的PCD信号的变化可实现对氨基酸对映体的探测和识别。简而言之，我们利用GP-1手性凝胶分子作为手性主体来识别氨基酸手性客体，通过金纳米棒在手性纤维上的自组装形成的自组装纳米复合等离激元手性结构的圆二色性质来识别氨基酸对映体。由于运用了具有生物相容的凝胶纤维，这种手性传感器有望在生物体内获得应用。

发明内容

一种基于复合等离激元手性纳米结构的分子手性探测和识别方法，其目的在于制备一种自组装纳米复合等离激元手性结构并应用于对分子手性进行探测和识别，尺度为500纳米到几微米之间，能通过金纳米棒表面电磁增强效应，将等离激元圆二色(CD)光谱信号从通常所在的微弱的紫外光谱区转移放大到可见/近红外区光谱区进行探测。