中國(guó)科學(xué)院煙臺(tái)海岸帶研究所陳令新團(tuán)隊(duì)在手性印跡表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS）檢測(cè)技術(shù)領(lǐng)域取得重要進(jìn)展，研究成果“基于手性分子印跡的表面增強(qiáng)拉曼散射檢測(cè)策略用于絕對(duì)對(duì)映體區(qū)分”（Chiral molecular imprinting-based SERS detection strategy for absolute enantiomeric discrimination）發(fā)表在最新一期的《自然 通訊》（Nature Communications）上。
手性是自然界中普遍存在的現(xiàn)象。手性分子是與其鏡像不能重合的分子，對(duì)映異構(gòu)體間很多理化性質(zhì)相同，但生理活性往往有很大的差別，因而對(duì)單個(gè)對(duì)映體的選擇性識(shí)別與檢測(cè)在生命科學(xué)、環(huán)境監(jiān)測(cè)和食品安全等領(lǐng)域至關(guān)重要。然而單個(gè)對(duì)映體的識(shí)別存在很多挑戰(zhàn)。首先，理想的手性區(qū)分策略需要外消旋體中的絕對(duì)對(duì)映體識(shí)別方法和高靈敏度的傳感器件，并且保證對(duì)多種手性分子廣泛適用，如何抑制對(duì)映體在手性區(qū)分傳感器上的非特異性結(jié)合是關(guān)鍵。其次，對(duì)映體間具有相同的分子大小和官能團(tuán)，僅結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)鏡像對(duì)稱，因此不能根據(jù)一般傳感器上的主-客體相互作用結(jié)果一概而論。此外，大多數(shù)手性識(shí)別策略高度依賴手性分子的細(xì)微結(jié)構(gòu)特征，無(wú)法適用于復(fù)雜多樣的手性化合物。
海岸帶是關(guān)乎人類(lèi)社會(huì)發(fā)展的地球關(guān)鍵帶。人類(lèi)活動(dòng)通過(guò)多種途徑影響海岸帶生態(tài)，使其被開(kāi)發(fā)利用的同時(shí)，也造成了生態(tài)脆弱、災(zāi)害較多等問(wèn)題，發(fā)展海洋生態(tài)固碳、保護(hù)生態(tài)環(huán)境是海岸帶可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵之一。氨基酸是海洋有機(jī)碳和有機(jī)氮的重要組成部分，氨基酸的手性轉(zhuǎn)化是海洋微生物固碳的重要過(guò)程，了解手性氨基酸的結(jié)構(gòu)和功能對(duì)于海洋固碳機(jī)制研究非常重要。然而，海岸帶區(qū)域環(huán)境中的手性氨基酸含量很低、賦存介質(zhì)復(fù)雜，因此亟需發(fā)展能夠進(jìn)行分離富集、降低和消除基質(zhì)干擾的高靈敏手性分子檢測(cè)技術(shù)。
基于上述挑戰(zhàn)，陳令新團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性發(fā)展了基于手性分子印跡的表面增強(qiáng)拉曼散射（SERS-CIP）檢測(cè)策略，成功實(shí)現(xiàn)了對(duì)海水中精氨酸、組氨酸、天冬氨酸等8種氨基酸手性對(duì)映體的高選擇性和高靈敏分析檢測(cè)（如圖1所示）。手性分子印跡聚合物（CIP）具有在形狀、大小和官能團(tuán)三方面與目標(biāo)氨基酸分子互補(bǔ)的空腔，能夠高特異性結(jié)合目標(biāo)手性分子，在手性氨基酸識(shí)別方面表現(xiàn)出了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。由于聚合物框架和手性分子的官能團(tuán)之間的相互作用，不可避免的非特異性結(jié)合參與手性識(shí)別問(wèn)題一直是挑戰(zhàn)。研究發(fā)現(xiàn)，可以通過(guò)發(fā)展先進(jìn)的CIP識(shí)別機(jī)制并通過(guò)抑制非特異性結(jié)合提高CIP對(duì)映體識(shí)別特異性。在利用SERS對(duì)CIP非特異性結(jié)合來(lái)源進(jìn)行詳細(xì)研究后，團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種檢測(cè)識(shí)別機(jī)制來(lái)探索CIP的空間狀態(tài)，并借此區(qū)分特異性結(jié)合和非特異性結(jié)合的氨基酸對(duì)映體分子。通過(guò)對(duì)映選擇性測(cè)試、外消旋混合物分析以及在復(fù)雜實(shí)際樣品中的手性識(shí)別表明，這種機(jī)制能夠滿足理想的手性識(shí)別策略的要求，并具有良好的實(shí)用性。
該研究成果得到了國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院國(guó)際博士后項(xiàng)目等項(xiàng)目的支持。文章的第一作者為Maryam Arabi助理研究員，文章通訊作者為王運(yùn)慶研究員和陳令新研究員。
圖1. a) SERS-CIP檢測(cè)策略示意圖；b)含SERS標(biāo)記物的SERS-CIP玻璃毛細(xì)管照片，識(shí)別區(qū)域用紅色圓圈表示；c)在SERS-CIP上實(shí)現(xiàn)手性氨基酸識(shí)別檢測(cè)原理
文章鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33448-w
