兰州化物所在碳点修饰硅胶色谱填料研究取得系列进展

gmao800

碳点作为一种新型的零维准球形碳基发光纳米材料，具有种类多样、易功能化、表面基团丰富等优点，在生物成像、传感、药物/基因载体、催化和光电器件等领域应用广泛。同时，由于碳点具有极小的粒径和适中的吸附性能，使其在作为硅胶填料的表面键合相时，可提供丰富的反应位点，保证了色谱填料装柱时的均匀性，有效避免了由于大的π共轭体系对某些分析物的强相互作用而造成的峰拖尾现象，进而提高柱效，在色谱分离领域展示出良好的应用前景。
　　中国科学院兰州化学物理研究所手性分离与微纳分析课题组多年来致力于新型分离介质和分析技术在复杂成分分析中的应用研究。
　　他们率先以氨基酸、聚乙烯亚胺、葡萄糖等亲水化合物作为碳源制备出系列亲水碳点，并与硅烷化试剂键合，通过“Nano-On-Micro”策略制备出系列碳点修饰硅胶亲水色谱填料（专利申请号：CN201910404282.4；CN201910404281.X；CN201910454808.X），其对糖类、碱基核苷、人参皂苷、氨基酸、抗生素等亲水有机小分子表现出良好的分离性能，可实现冬虫夏草、枸杞、罗红霉素等复杂样品中相应目标成分的定性和定量检测。相关成果相继发表在Analytical and Bioanalytical Chemistry, 2017, 409, 2401; Microchimica Acta, 2017, 184, 2629; Analyst, 2020, 145, 1056; Talanta, 2020, 209, 120518; Journal of Chromatography A, 2020, 1619, 460930。
　　为进一步增强碳点修饰硅胶色谱填料的分离选择性，研究人员通过杂原子掺杂的策略，制备出杂原子掺杂的碳点修饰硅胶色谱填料，在色谱分离过程中表现出更优的分离选择性。相关成果发表在Talanta, 2020, 218, 121140。
　　随后，研究人员在亲水碳点的制备过程中引入了疏水长链，最终制备出碳点修饰硅胶疏水色谱填料（图1），对多环芳烃、烷基苯及黄酮类化合物表现出良好的分离选择性，可用于黄芪药材中黄酮类化合物的定性和定量检测。相关成果在线发表在Chinese Chemical Letters, 2021, DOI: 10.1016/j.cclet. 2021.04.052。

图1 碳点修饰硅胶疏水色谱填料的制备示意图（a-c）及对应的接触角（d-f）

　　为提高硅胶表面功能基团的键合量，研究人员又将碳点和前体分子共同修饰到硅胶表面，制备出碳点和前体分子共键合的硅胶色谱填料（专利申请号：CN201910660757.6；CN202110373403.0）。结果表明，通过共键合方式制备出的硅胶色谱填料，较单纯碳点修饰硅胶色谱填料或前体分子修饰的硅胶色谱填料拥有更优异的色谱性能（图2）。相关成果相继发表在Journal of Chromatography A, 2019, 1597, 142; Talanta, 2021, DOI:10.1016/j.talanta.2021.122513。

图2 聚乙烯亚胺修饰硅胶、碳点修饰硅胶、聚乙烯亚胺/碳点共键合硅胶亲水色谱填料的制备示意图  

　　以上研究工作为碳点在色谱填料制备方面提供了新思路，通过改变碳点的种类，有望将制备得到的色谱填料应用于不同复杂基质中相应目标成分的定性和定量检测（图3）。

图3 不同碳点修饰硅胶色谱填料的激光共聚焦显微成像图

　　鉴于该课题组在碳点修饰硅胶色谱填料方面的系列成果，受《TrAC Trends in Analytical Chemistry》的邀请，研究人员撰写的有关综述文章近日在该刊在线发表（TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2021, 134, 116135）。文章首次全面总结了碳点在样品前处理（如：固相萃取、分散固相萃取、磁固相萃取、磁分散固相萃取）和色谱分离（高效液相色谱、气相色谱、毛细管电泳）领域的研究进展；阐述了碳点在样品前处理和色谱分离研究过程中每种方法的亮点和不足（图4）；讨论了碳点在样品前处理和色谱分离中的优势、挑战和机遇；展望了碳点在样品前处理和色谱分离未来的发展前景。

图4 碳点在样品前处理和色谱分离领域中的应用

　　以上工作得到了国家自然科学基金、中科院青年创新促进会和甘肃省自然科学基金项目的支持。


      文章来源：兰州化物所