鉅大LARGE | 點擊量：514次 | 2022年11月29日
可高效分離手性分子的新型"分手"利器
左手右手，互為鏡像，但永遠不能在同側重疊，這種現象稱為“手性”。大到宇宙星云，小到海中螺殼，手性現象廣泛存在?；瘜W世界中，有一大類分子存在手性異構體，它們就像左右手，雖然看上去一模一樣，但完全不能重疊，這類分子被稱為“手性分子”。一些藥物中的手性分子的兩個鏡像異構體存在生物活性、代謝過程、毒性的顯著差別，有的更是“治病”和“致病”的天壤之別。因此，如何更為經濟、高效、便捷地將手性分子的“左右手”分開，獲取其中有益部分，成為化學界競相攻關的課題。
南開大學藥物化學生物學國家重點實驗室、藥學院陳瑤研究員課題組與南開大學化學學院張振杰教授、美國南佛羅利達大學馬勝前教授合作利用生物分子誘導的策略設計合成了一類手性共價有機框架材料并成功地應用于多種藥物、氨基酸等小分子的手性分離。該材料具有造價低、效率高、普適性強等特點，具有完全自主知識產權，作為新型“分手”利器，它將大幅降低手性藥物的生產成本。日前，介紹該工作的論文在線發(fā)表于國際著名學術刊物Angew.Chem.(《德國應用化學》)上。
目前，液相色譜技術是獲取手性分子單一構型對映體的重要手段之一，而具有高手性分離性能的手性固定相是這一技術的關鍵。含有手性分子的混合物流經分離柱時，不同構型對映體與填充其中的手性固定相相互作用，由于作用力大小不同，不同的異構體分別在不同的時間內流出，進而實現手性分離的目標。
“簡單來說，液相色譜儀中的分離柱就好像一個隧道，外觀、型號看起來完全一樣的汽車一起駛入，有牌照的汽車交警就可以讓其順利地快速通過，沒有牌照的就會因為被交警調查而落后通過。這樣，隧道另一端先出現的就都是有牌照的汽車，后出現的都是沒有牌照的汽車了。”陳瑤說，這其中最關鍵的部分就是“交警”，也就是“手性固定相”，需要識別能力強、穩(wěn)定且高效。
生物分子(如酶、肽段、氨基酸等)由于其本身固有的手性結構及其兩親性、兩性離子性等特點，可以用于多種手性分子的識別。但因其穩(wěn)定性差，生物分子必須固定到固體基質上才能發(fā)揮作用。然而，傳統(tǒng)的固體基質以二氧化硅為主，其pH穩(wěn)定性及強機械穩(wěn)定性較差。
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新興的多孔框架材料——共價有機框架材料(COFs)，具有高比表面積、較高孔道率、孔徑規(guī)則并容易調控、結構靈活、易于功能化等特性，并具有優(yōu)異的熱穩(wěn)定和化學穩(wěn)定性，十分適宜用作手性固定相的固體基質。然而，直接合成手性COFs材料非常困難。
“能否找到一種辦法，將生物分子和COFs材料結合起來，創(chuàng)造出一種新型的手性固定相？”經過一系列技術攻關，陳瑤課題組成功地將一系列生物分子(溶菌酶、三肽、氨基酸)引入到COFs材料中，非手性COFs通過繼承生物分子的手性特征從而變成手性COFs，進而可應用于手性分子的拆分。
“隧道中，高效、敬業(yè)的‘交警’——一種新型的高效液相色譜手性固定相被我們合成出來了?！标惉幷f，通過新策略得到的Biomolecule?COF1手性固定相性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)吸附法固定生物分子得到的手性固定相性能。
“一方面，COFs作為新型的、卓越的固體基質，可有效的保護和分散生物分子，明顯提升了生物分子的熱、機械及溶劑穩(wěn)定性；另一方面，生物分子的引入使得非手性的COFs材料具有了手性，并傳承了生物分子的兩親性等特性，可實現對多種手性分子的分離(如氨基酸、藥物等)?！标惉幷f。
通過進一步研究，該團隊發(fā)現，采用共價法引入了酶的COF1材料作為手性固定相具有優(yōu)異的手性分離效果，其可用于正相和反相等多種分離模式，可分離氨基酸、藥物等多種手性底物，分離度Rs均達到1.3以上，并且具有優(yōu)良的重復利用性和再現性，連續(xù)使用2個月，反復進樣120余次后，仍具有和初始狀態(tài)一樣的分離效果。
“這一研究為發(fā)展高效、耐用型的手性固定相，及拓寬共價有機框架材料在手性分離、手性催化方面的應用提供了巨大的潛力?！标惉幗榻B，新材料具有完全自主知識產權，它的應用可大幅降低分離柱的造價，打破進口依賴，也將大大降低手性藥物的生產成本。
南開大學陳瑤課題組博士生張賽男為論文第一作者，研究生鄭云龍為論文第二作者。陳瑤、張振杰、馬勝前為論文共同通訊作者。南開大學為論文第一單位。該研究工作得到了南開大學、藥物化學生物學國家重點實驗室以及天津市自然科學基金重點項目的資助。
