[发明专利]ZrO2/石墨烯复合结构及其在磷酸肽捕捉、富集和分离中的应用

说明书

技术领域

本发明涉及一种复合纳米结构，特别涉及一种具有梭形ZrO₂负载在氧化石墨烯上的复合纳米结构，及其在磷酸肽富集、捕捉和分离中的应用。

背景技术

蛋白质磷酸化被认为在许多细胞进程例如信号传递、细胞生长和分裂以及新陈代谢中扮演着关键作用，蛋白质磷酸化位点的确定是分析了解生物系统调控的一个基本步骤。然而当前利用质谱对蛋白质磷酸化位点的测定仍然受到磷酸肽低丰度的影响，因此从复杂的多肽混合物中分离和富集磷酸肽是十分必要的。石墨烯是由单层sp2碳原子组成的六方蜂巢状二维结构，由于其特殊的结构，具有一系列优异的性质。目前应用较多的石墨烯衍生物主要是功能化的氧化石墨烯。氧化石墨烯含有大量的含氧活性基团，如羰基、羧基、羟基与环氧基等，具有良好的生物相容性和水溶液稳定性，并且可以进行化学功能化修饰，因此在生物医学领域具有很强的应用前景，可以用于生物元件、微生物检测、疾病诊断和药物输运系统等方面。纳米材料具有特殊的物理、化学性质，在生物医学领域正在吸引越来越多的关注。开发新的复合方法，将石墨烯和纳米材料有机地结合起来，充分利用两者的优点，将有可能带来更加新颖的性质和更为广泛的应用，对纳米生物器件的深入探索和应用开发具有重要作用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种ZrO₂和氧化石墨烯的复合结构。

本发明的进一步目的是提供一种梭形ZrO₂与氧化石墨烯复合生长的的温和有效的方法。

本发明的另一个目的是将上述ZrO₂/石墨烯复合结构，用于磷酸肽的富集和分离。

本发明还有一个目的就是利用所述ZrO₂/石墨烯复合结构对磷酸肽很好的捕捉能力，提供一种具有更好效果的磷酸肽的富集、捕捉和分离的方法。

本发明中的ZrO₂/石墨烯复合结构，按如下方法制备：

a)将Zr(NO₃)₄·5H₂O与和氧化石墨烯溶液在NaOH水溶液中混合，Zr(NO₃)₄·5H₂O与氧化石墨烯的质量比在0.4-80之间；

b)将上述混合溶液倒入高压釜中，关闭高压釜，于摄氏160-230度保持12-48小时，然后冷却到室温，收集固体产物，洗涤后干燥，该固体产物即为本发明中的ZrO₂/石墨烯复合结构。

本发明采用Zr(NO₃)₄·5H₂O和NaOH为反应物，利用氧化石墨烯的导向作用，高产率地合成了梭形ZrO₂与氧化石墨烯的复合结构。实验参数(例如：浓度、摩尔比、反应温度和反应时间等)在一定范围内变化都不会改变产物的形貌和结构，但是会在一定程度上影响梭形ZrO₂的尺寸、轴比、晶化度以及梭形ZrO₂在石墨烯上的负载量。图1为质量比为16地Zr(NO₃)₄·5H₂O与氧化石墨烯在10mL10mol·L^-1NaOH水溶液中混合，在水热条件下200℃反应24小时所得产物的X射线衍射(XRD)图谱。从图1中我们可以看出所得的产物具有氧化石墨烯和ZrO₂两种物质的特征XRD衍射峰，其中在十度左右的为石墨烯的衍射峰，剩余的为ZrO₂的衍射峰，说明产物中两种物质的存在。图2a为质量比为16的Zr(NO₃)₄·5H₂O与氧化石墨烯在10mL10mol·L^-1NaOH水溶液中混合，在水热条件下200℃反应24小时所得产物的扫描电镜(SEM)照片，从图中可以看出，氧化锆纳米颗粒均匀地分散在一层石墨烯的表面，呈梭状，其长度在150-200nm。图2b-c为所得ZrO₂/石墨烯复合结构的透射电镜(TEM)照片，同样可以看出，具有梭状结构的氧化锆纳米颗粒有效地分散在石墨烯片状结构的表面上。图2d选取电子衍射(SAED)图谱和图2e，f的高分辨透射电镜(HRTEM)照片说明了在石墨烯片上的梭形ZrO₂纳米颗粒具有[001]优先生长方向。由上述结果可以看到氧化石墨烯成功导向了氧化锆梭状纳米结构的生长，获得了梭形ZrO₂/石墨烯复合结构。